锂离子电池

锂离子电池(有时简称锂离子电池)是一种可充电电池的类型,其中一间的锂离子阳极阴极移动。从阳极放电时锂离子移动,从阴极向阳极和阴极充电时。锂离子电池通常用于消费电子产品。他们目前的便携式电子产品的电池最普遍的类型之一,其最佳的能量与重量的比率之一,无记忆效应,充电慢的损失在不使用时。某些种类的虐待可能会导致锂离子电池爆炸。除了使用消费电子产品,锂离子电池在国防,汽车迅速普及,航空航天应用,由于其高能量密度。
三个主要的锂离子电池功能部件是阳极,阴极,电解质,对其中的各种材料也可使用。商业化运作,最流行的负极材料是石墨,但材料,如TiS2原本使用。[3]然而,阴极材料一般是三种:1层状氧化物,如氧化钴,1阴离子如锂,一磷酸铁,或尖晶石,氧化锰等。根据所选择的阳极材料,阴极,电解质,电压,容量,寿命,以及锂离子电池的安全性可以显着改变。锂离子电池不要与锂电池混乱,关键区别在于,锂离子电池的锂金属阳极与锂离子电池阳极材料锂插入到其中。
历史锂离子电池是首次提出了咪威廷汉,然后在埃克森,在20世纪70年代。[4]威廷汉作为阴极和阳极的锂钛金属硫化物。锂电池,其中锂金属是阳极,造成严重的安全问题。因此,
锂离子电池开发的,其中阳极,阴极一样,也是一种材料锂离子插入到其中。锂离子电池已变成现实一次贝尔实验室开发出一种可行的石墨阳极[5],提供替代锂金属,锂电池。以下突破性由约翰古德诺[6](牛津大学后,现在领导在德州大学奥斯汀分校的研究团队阴极),第一个商业化的锂离子电池是由索尼公司于1991年公布。这些细胞利用层状氧化物化学,特别是锂钴氧化物。这些电池革命性的消费电子产品。1983年,迈克尔萨克雷鉴定为阴极材料锰尖晶石同事。[7]尖晶石表现出极大的承诺,因为这是一个低成本的材料,具有良好的电子和锂离子传导性,并具有三维结构,这使得它良好的结构稳定性。虽然纯锰尖晶石显示褪的循环,这是可以克服的物质的化学修饰。[8]锰尖晶石是目前商业细胞。[9]
1989年,阿鲁穆加姆Manthiram和约翰古德诺在德克萨斯大学奥斯汀分校表明,阴极含有硫酸盐等阴离子,显示出高于氧化物由于电压的阴离子诱导效应。[10]在此之后,于1996年,古德诺和同事们发现了橄榄石材料磷酸铁锂,磷酸铁电化学效用。这是一个重要的和新的锂离子电池正极材料,部分由于其安全性比其他增强锂离子化学。含磷酸铁锂电池阴极都已经商业化了多家公司,其中包括Phostech,价技术,A123Systems,Aleees和锂科技公司[编辑]电化学在锂离子电池的电化学反应的三个参与者是阳极,阴极和电解质。
无论是阳极和阴极材料的锂在其中插入和提取物。锂的加工成阳极或阴极移动称为插入,和相反的过程,其中锂移出阳极或阴极被称为萃取。当细胞放电,锂是提取阳极和阴极插入到。当充电电池,完全相反的过程发生:提取锂是从阴极和阳极插入到。在传统的锂离子电池阳极是由碳制成,阴极为金属氧化物和电解质是锂盐的有机溶剂。 [11]其基本化学反应,使锂离子电池来提供电力是:
编辑]重要的是要注意,锂离子本身不被氧化,而是在一个锂离子电池,锂离子运到,从阴极和阳极与过渡金属钴LixCoO2,正从碳酸+氧化为Co4 +充电时,从Co4 + .1,10期间减少到出院。阴极材料重量平均电压能力LiCoO2的3.7 V 140毫安时/克LiMnO2的4.0 V 100毫安时/克3.3伏170毫安的LiFePO4 /克Li2FePO4F 3.6 V的115毫安时/克
在锂离子电池液体电解质构成的固体锂盐电解质,如六氟磷酸锂,LiBF4,或高氯酸锂,有机溶剂,如乙醚。阿液体电解质锂离子进行,作为承运人的行为之间的阴极和阳极的电池时,经过外部电路的电流。然而,固体电解质和有机溶剂易分解的阳极在充电,从而防止电池激活。不过,在适当的时候为有机溶剂电解液使用的电解液分解,形成在第一项控罪是电绝缘和高锂离子固体电解质界面进行。该接口可以防止第二次充电后,电解液的分
解。例如,碳酸乙烯酯是在一个相对高电压分解,0.7 V的主场迎战李,形成致密稳定的接口电梯井口门
请参阅如何阴极氧化铀工程的一些细节。虽然铀氧化物在商业制造的电池不使用的方式,铀氧化物可以插入阳离子可逆的方式是相同的,其中许多锂离子电池阴极工作。[
人脸抓拍锂离子电池可形成了各种各样的形状和大小,从而有效地填补了设备的可用空间,他们的权力。
锂离子电池重量更轻比其他同等二次电池,通常轻得多。能量储存在这些电池通过锂离子的运动。然而,大部分得到有效的电极“房屋”的离子和增加重量,此外“自重”从电解液,目前收藏家,套管,电子和导电添加剂减少每单位的主管,以质量比更小其他可充电电池。一个使用锂离子化学的主要优点是高开路电压可在水溶液相比,如铅酸电池(取得,金属氢化物镍镉和镍)。[编辑]锂离子电池不遭受记忆效应。他们也有大约5%的低每月的自放电率,而每月超过30%的镍金属氢化物电池的共同(低自放电镍氢电池低得多的价值,他们仍然可以保持85%的费用,经过1年),每月10%的镍镉电池。
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根据一个制造商,锂离子电池(和,因此,“哑巴”锂离子电池)没有任何自我在这个词的通常意义的排放。[12]什么像一个自我期待,这些电池放电是一种永久丧失能力,在更下面详细说明。另一方面,“智能”锂离子电池做自放电,由于不断消耗小的内置电压监测电路。这样的消耗是自放电这些电池中最重要的来源。缺点一种锂离子电池的缺点是,它的独特的寿命是取决于从制造时(货架寿命),不论是否收取老化,而不是仅仅对充电/放电周期数。因此,一个较旧的电池将不会持续,只要一个新的电池纯粹由于其年龄,不像其他电池。这个缺点是没有广泛发布。[13]在100%的收费水平,一个典型的锂离子电池,笔记本电脑是在25度最充分的时间在摄氏或华氏77度将不可逆转地失去每年大约20%的能力。然而,电池内部存储的笔记本电脑通风不良,可能会受到长期暴露在高得多的温度超过25℃,这将大大缩短其使用寿命。损失的能力开始从电池是生产时间,甚至会发生时,电池未使用的。不同贮藏温度下产生不同的损失结果:6%,在0 ° C(32 ° F)时,20在25 ° C(77 ° F)时,在40和35℃(104 ° F)的%%的损失。当储存在40% - 60%的收费水平,这些数字减少到2%,4%,15%在0,25和40摄氏度分别。
在一定的温度条件下,电池有一种倾向,损坏,有时可能会无法完全充电一次。在某些情况下的温度太冷低于建议的电池温度()电池仍将保持其费用,但不能作为低温造成充电。
这是最常见的小型电池,如手机和手持设备。随着年龄的电池,其内阻上升。这将导致在码头上的电压降负荷下,降低最大电流可以从中得出。最后,他们到达一个点在哪个电池可以操作它不再是一个适当的时间安装的设备。如PowerTools建兴高消耗应用程序可能需要将电池能够提供的电流(15的H - 1)架C - 15/hour时代的“C” - 在安培小时的电池容量,而MP3播放器可能只需要(0.1 Ĥ -1)ç(以10小时放电)。与类似的技术,可以容忍的MP3电池内部电阻高得多,因此将有许多更有效的生命周期。[14]
锂离子电池,甚至可以说是进入一个深放电已知的状态。此时,电池可能需要很长的时间进行充电。例如,一台笔记本电脑电池,通常在3小时的费用完全可能需要长达42小时充电。或深放电状态可能会非常严重,电池就永远不会回来的生活。深放电发生时,只有可充电的电池产品在长时间的时间(通常是2年或以上),或当未使用的,他们是完全放电,常常使他们不能再举行一次充电。这使得锂离子电池备份应用中,他们可能会变得完全不适合出院。一个独立锂离子电池绝不能低于某一电压放电,以避免不可挽回的损害。因此所有的锂离子电池系统都配备了电路,关断时的电池低于预定义的阈值排放系统。[12]因此,它应该是不可能的“深放电”在一个适当设计的系统在正常使用的电池。这也导致锂离子电池很少出售,因为这样一个消费者,但只作为完成设计,以适应特定的系统电池。当
电压监测电路内置电池里面的(所谓的“智能”电池),而不是装备,它不断地从一个小电流的电池,即使电池在不使用绘制;此外,电池不能存储已经完全履行了长时间,以避免损坏,由于深放电。
锂离子电池都不如镍氢或镍镉设计耐用,可能是极其危险的虐待。他们通常比较昂贵。锂离子化学不如镍氢或镍镉安全,以及锂离子电池需要几个强制性的安全装置将在才能考虑使用外部安全实验室建成。它们是:关机分离器(为过热),催泪离开选项卡(内部压力),排气(减压),和热中断(过电流/过滥收费用)。[12]设备带走细胞内有用的空间,并增加了一个不可靠的附加层。通常情况下,他们的行动是永久和不可逆转地禁用细胞。大约1锂离子电池的召回%的课题。[15]。安全功能的数目可与金属氢化物镍电池,其中只有1 /氧氢重组器相比(防止因轻度损坏滥)和一个后勤压力阀。[编辑]
规格及设计比能量密度:150到200瓦/公斤(540至720千焦耳/公斤)体积能量密度:250至530瓦/升(900至1900 J /平方公分³)比功率密度:300至1500瓦/公斤(@ 20秒[16]和285瓦/升)由于锂离子电池可以有这样的能量密度和电压的正极和负极材料,电池规格,品种从化学到化学变化。用磷酸铁锂正极和负极石墨锂离子电池的3.6 V和4.2一个典型的
收费五,充电过程电压标称开路电压与电流限制在恒定电压电路进行。这意味着充电,直到4.2的电压是由细胞达到并恒定电流,直到电流下降到一个恒定的电压适用继续接近零。通常情况下,充电终止时的7%的初始充电电流。在过去,锂离子电池不能快速充电,一般需要至少两个小时才能完全充电。目前这一代细胞可完全充电在45分钟以内,有的锂离子变种可以达到在短短的10分钟90%。
商业化的锂离子电池锂钴氧化物阴极锂离子电池是在1991年首次商业化。索尼[18]使用的锂钴氧化物阴极和石墨阳极的电池。索尼和三洋的锂离子电池的主要生产国。[19] [20]对各种中文,日语和韩国公司生产的锂钴氧化物正极化学为基础的细胞。[21]
LG电子,这是锂离子电池的第三大生产国,其使用的锂锰尖晶石正极。它正在同其附属消费物价指数进行商业化的锂离子电池混合动力汽车的应用,其中载有锰尖晶石。[22]其他一些公司也在锰尖晶石,包括NEC和三星电子合作。[23]
得克萨斯大学的第一个授权其对磷酸铁锂正极专利HydroQuebec。[24] Phostech后来纺从Hydroquebec起飞的磷酸铁锂的唯一发展。价技术,在位于奥斯汀,得克萨斯州,也正在对磷酸铁锂电池。自2005年3月塞格威个人运输车已航运与延程型锂离子电池[价态技术取
得25]采用磷酸铁阴极材料。赛格威公司选择了建设有这个金属氧化物材料,因为它更安全阴极材料的大幅面电池。2005年11月,A123Systems宣布[26]的磷酸铁锂电池的发展从MIT授权研究的基础。[27] [28]虽然略有降低电池的能量密度锂离子,其他竞争技术,2阿尔细胞可以提供一无损伤高峰70放大器和操作超过60摄氏度的温度是他们的第一个单元格在生产(1Q/2006)和被消费产品,包括得伟电动工具,航空产品,汽车和混合动力汽车混合动力系统的转换使用。
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