小議鋰電池的應用發展研究

田潤釗*

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小議鋰電池的應用發展研究

田潤釗*

（河南省鄭州外國語學校，河南鄭州，450000）

鋰是高能電池理想的負極活性物質，因為它具有最負的標準電極電勢，相當低的電化學當量。鋰電池具有電壓高、比能量高、比功率大、壽命長、輕的特點。本文主要闡述了鋰電池的發展歷程、它的原理以及前景和應用。

鋰電池；優缺點；性能；應用；前景

引言

如今，微型電子技術的發展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰電池憑借著其在諸多方面卓越的性能被人們廣泛的應用于很多方面。比方說：手機、掌上電腦、筆記本電腦、電動工具、電動車、路燈備用電源、航行燈、攝像機、照相機、家用小電器甚至軍事裝備及衛星上。鋰電池被人們稱之為“最有應用前途的化學電源”，甚至稱為“極限電池”或“最后一代電池。

1 電池的發展簡史。

電池的發展史由1836年丹尼爾電池的誕生到1859年鉛酸電池的發明，至1883年發明了氧化銀電池，1888年實現了電池的商品化，1899年發明了鎳-鎘電池，1901年發明了鎳-鐵電池，進入20世紀后，電池理論和技術處于一度停滯時期。但在第二次世界大戰之后，電池技術又進入快速發展時期。1958年Harris提出了采用有機電解液作為鋰一次電池的電解質，20世紀70年代初期便實現了軍用和民用。隨后基于環保考慮，研究重點轉向蓄電池。鎳-鎘電池在20世紀初實現商品化以后，在20世紀80年代得到迅速發展。

1990年前后發明了鋰離子電池。1991年鋰離子電池實現商品化。1995年發明了聚合物鋰離子電池，（采用凝膠聚合物電解質為隔膜和電解質）1999年開始商品化?，F代社會電池的使用范圍已經由40年代的手電筒、收音機、汽車、和摩托車的啟動電源發展到現在的40-50種用途。小到從電子表手表、CD唱機、移動電話、MP3、MP4、照相機、攝影機、各種遙控器、剔須刀、手槍鉆、兒童玩具等。大到從醫院、賓館、超市、電話交換機等場合的應急電源，電動工具、拖船、拖車、鏟車、輪椅車、高爾夫球運動車、電動自行車、電動汽車、風力發電站用電池、導彈、潛艇和魚雷等軍用電池。還有可以滿足各種特殊要求的專用電池等。電池已經成為人類社會必不可少的便捷能源。

對于我國目前的電池工業而言，存在的主要問題是環境污染和資源浪費嚴重。對于環境污染而言，由于我國電池工業的自動化、機械化程度不高，很多企業多為手工操作，導致生產過程中污染很大，對工人身體危害大。為了減少污染，保護環境，維護生態平衡以及保護地球上的有限資源，應當盡可能擴大資源種類，選用儲量豐富的資源以及利用有利于環保的資源。因此，鋰離子電池成為我國必須發展的電池品種。

2 鋰電池的誕生過程

自從1958年美國加州大學的一位研究生提出了鋰，鈉等活潑金屬做電池負極的設想后，人類開始了對鋰電池的研究。而從1971年日本松下公司的福田雅太郎發明鋰氟化碳電池并使鋰電池實現應用化商品化開始，鋰電池便以其比能量高，電池電壓高，工作溫度范圍寬，儲存壽命長等優點，廣泛應用宇軍事和民用小型電器中，如移動電話，便攜式計算機，攝像機，照相機等。

鋰離子電池的研究始于20世紀80年代。1990年Moli和sony兩大電池公司宣稱將推出以碳為負極的鋰離子電池。1991年，日本索尼能源技術公司與電池部聯合開發了一種以聚糖醇熱解碳(PFA)為負極的鋰離子電池。1993年，美國Bellcore(貝爾電訊公司)首先報道了采用PVDF工藝制造成聚合物鋰離子電池(PLIB)。發展到今天性能有了極大地提高，被廣泛適用于手機、電腦等。

3 鋰電池的工作原理

鋰離子電池目前有液態鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLIB)兩類。其中，液態鋰離子電池是指以Li+嵌入化合物為正負極的二次電池。正極采用鋰離子化合物LiCoO2，LiNiO2或LiMn2O4 ，負極采用鋰-碳層間化合物LixC6 電解質為溶解有鋰鹽的LiPF6，LiAsF6等有機溶劑。聚合物鋰電池的正極和負極與液態鋰離子電池相同。只是原來的液態電解質改為含有鋰鹽的凝膠聚合物電解質。

4 鋰電池的應用與優缺點

鋰電池廣泛應用于水力、火力、風力和太陽能電站等儲能電源系統郵電通訊的不間斷電源，以及電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領域。

4.1 鋰離子電池的優點

（1）能量比比較高。具有高儲存能量密度，目前已達到460-600Wh/kg，是鉛酸電池的6-7倍；

（2）使用壽命長，使用壽命可達到6年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池用1CDOD充放，有可以使用10，000次的記錄；

（3）定電壓高（單體工作電壓為3.7V或3.2V），約等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯電壓，便于組成電池電源組；

（4）具備高功率承受能力，其中電動汽車用的磷酸亞鐵鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力，便于高強度的啟動加速；

（5）自放電率很低，這是該電池最突出的優越性之一，目前一般可以做到1%/月以下，不到鎳氫電池的1/20；

（6）高低溫適應性強，可以在-20℃--60℃的環境下使用，經過工藝上的處理，可以在-45℃環境下使用；

（7）重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產品的1/5；

（8）綠色環保，無論生產、使用和報廢，都不含有、也不產生任何鉛、汞、鎘等有害重金屬元素和物質；

（9）生產基本不消耗水，對缺水的我國來說，十分有利。

4.2 鋰電池的缺點

（1）鋰原電池均存在安全性差，有發生爆炸的危險。

（2）鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，安全性較差

（3）鋰離子電池均需保護線路，防止電池被過充過放電。

（4）生產要求條件高，成本高。

5 鋰離子未來發展前景

隨著對現有材料和電池設計技術的改進以及新材料的出現，鋰離子電池的應用范圍不斷的拓展。民用已從信息產業移動電話，PDA筆記本電腦等拓展到能源交通電動汽車，電網調峰，太陽能，風能電站蓄電，軍用則涵蓋了海，潛艇，水下機器人，陸軍士兵系統，機器戰士等。

鋰離子電池為電子產品提供動力能源的配套產品，其消費需求增長取決于需要其配套的電子產品的消費增長。目前主要用于手機，手提電腦，未來在臺式電話子母機，攝像機，電動自行車，軍警移動通訊工具和設備，以及電動汽車等領域將廣泛運用，其潛在需求巨大。人們越來越重視環境保護和尋求不可再生能源的替代品。各國都在研制環保型汽車，電動汽車是其中方案之一。如果鋰離子電池的成本能夠降下來，未來作為電動車的電源是完全能夠勝任的。追求高比能量的高性能電池隨著鋰離子電池的普及。人們對電池的性能也提出了更高的追求。所以開發高端的更安全，更輕薄，更大容量的鋰離子電池必將是未來鋰離子二次電池企業的必然之路。隨著太陽能，風能產業的發展，鋰離子電池在這些產業方面大有作為。電動汽車的產業化估計在未來的10年內完成，近十年必須開發出高比能，高比功率能快速充電和具有深度放電功能，循環和使用壽命長，安全不污染環境價格合理的電池及相關材料。

作為電池中的佼佼者，鋰離子電池正以一種令人驚訝的速度吞噬著越來越多的市場份額，并逐漸成為市場電池的主流產品?？梢哉f在未來的電池行業中，誰擁有更好的鋰電池制造技術就意味著誰能搶占市場的先機，獲得巨大的利潤。這將是為我國鋰電產業的發展提供直接的動力。

由于鋰電產業的發展關系到我國電池行業在世界市場的生存，我國政府對鋰電池的研究工作相當重視，早在“863”計劃中便把研究開發鋰離子電池列為重中之重的項目，“九五”期間又將鋰離子電池列入國家重點科技攻關項目，在使之成為電子行業新的重大經濟增長點的同時，帶動整個行業的技術進步和經濟發展。

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Research and Application Development of Lithium Battery

TIAN Runzhao*

(Henan Province, Zhengzhou foreign language school, Henan Zhengzhou, 450000, China)

the lithium anode active material is an ideal high energy battery, because it has the most negative standard electrode potential, electrochemical equivalent low. Lithium battery has the advantages of high voltage, high specific energy, high specific power, long life, light features. This paper describes the development of lithium battery, its principle as well as the prospect and the application.

lithium battery, advantages and disadvantages, performance, application, prospect

田潤釗. 小議鋰電池的應用發展研究[J]. 數碼設計, 2017, 6(5): 34-35.

TIAN Runzhao. Research and Application Development of Lithium Battery[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 34-35.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.013

TP3

A

1672-9129(2017)05-0034-02

2017-02-02；

2017-03-04。

田潤釗（2001.06-），男，河南鄭州，學生，研究方向：電子信息。E-mail:1531451374@qq.com