田潤(rùn)釗*

?

小議鋰電池的應(yīng)用發(fā)展研究

田潤(rùn)釗*

（河南省鄭州外國語學(xué)校，河南鄭州，450000）

鋰是高能電池理想的負(fù)極活性物質(zhì)，因?yàn)樗哂凶钬?fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，相當(dāng)?shù)偷碾娀瘜W(xué)當(dāng)量。鋰電池具有電壓高、比能量高、比功率大、壽命長(zhǎng)、輕的特點(diǎn)。本文主要闡述了鋰電池的發(fā)展歷程、它的原理以及前景和應(yīng)用。

鋰電池；優(yōu)缺點(diǎn)；性能；應(yīng)用；前景

引言

如今，微型電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對(duì)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(yīng)用于很多方面。比方說：手機(jī)、掌上電腦、筆記本電腦、電動(dòng)工具、電動(dòng)車、路燈備用電源、航行燈、攝像機(jī)、照相機(jī)、家用小電器甚至軍事裝備及衛(wèi)星上。鋰電池被人們稱之為“最有應(yīng)用前途的化學(xué)電源”，甚至稱為“極限電池”或“最后一代電池。

1 電池的發(fā)展簡(jiǎn)史。

電池的發(fā)展史由1836年丹尼爾電池的誕生到1859年鉛酸電池的發(fā)明，至1883年發(fā)明了氧化銀電池，1888年實(shí)現(xiàn)了電池的商品化，1899年發(fā)明了鎳-鎘電池，1901年發(fā)明了鎳-鐵電池，進(jìn)入20世紀(jì)后，電池理論和技術(shù)處于一度停滯時(shí)期。但在第二次世界大戰(zhàn)之后，電池技術(shù)又進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。1958年Harris提出了采用有機(jī)電解液作為鋰一次電池的電解質(zhì)，20世紀(jì)70年代初期便實(shí)現(xiàn)了軍用和民用。隨后基于環(huán)?？紤]，研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向蓄電池。鎳-鎘電池在20世紀(jì)初實(shí)現(xiàn)商品化以后，在20世紀(jì)80年代得到迅速發(fā)展。

1990年前后發(fā)明了鋰離子電池。1991年鋰離子電池實(shí)現(xiàn)商品化。1995年發(fā)明了聚合物鋰離子電池，（采用凝膠聚合物電解質(zhì)為隔膜和電解質(zhì)）1999年開始商品化?，F(xiàn)代社會(huì)電池的使用范圍已經(jīng)由40年代的手電筒、收音機(jī)、汽車、和摩托車的啟動(dòng)電源發(fā)展到現(xiàn)在的40-50種用途。小到從電子表手表、CD唱機(jī)、移動(dòng)電話、MP3、MP4、照相機(jī)、攝影機(jī)、各種遙控器、剔須刀、手槍鉆、兒童玩具等。大到從醫(yī)院、賓館、超市、電話交換機(jī)等場(chǎng)合的應(yīng)急電源，電動(dòng)工具、拖船、拖車、鏟車、輪椅車、高爾夫球運(yùn)動(dòng)車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電站用電池、導(dǎo)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(jīng)成為人類社會(huì)必不可少的便捷能源。

對(duì)于我國目前的電池工業(yè)而言，存在的主要問題是環(huán)境污染和資源浪費(fèi)嚴(yán)重。對(duì)于環(huán)境污染而言，由于我國電池工業(yè)的自動(dòng)化、機(jī)械化程度不高，很多企業(yè)多為手工操作，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中污染很大，對(duì)工人身體危害大。為了減少污染，保護(hù)環(huán)境，維護(hù)生態(tài)平衡以及保護(hù)地球上的有限資源，應(yīng)當(dāng)盡可能擴(kuò)大資源種類，選用儲(chǔ)量豐富的資源以及利用有利于環(huán)保的資源。因此，鋰離子電池成為我國必須發(fā)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(xué)的一位研究生提出了鋰，鈉等活潑金屬做電池負(fù)極的設(shè)想后，人類開始了對(duì)鋰電池的研究。而從1971年日本松下公司的福田雅太郎發(fā)明鋰氟化碳電池并使鋰電池實(shí)現(xiàn)應(yīng)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(chǔ)存壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用宇軍事和民用小型電器中，如移動(dòng)電話，便攜式計(jì)算機(jī)，攝像機(jī)，照相機(jī)等。

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

3 鋰電池的工作原理

鋰離子電池目前有液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLIB)兩類。其中，液態(tài)鋰離子電池是指以Li+嵌入化合物為正負(fù)極的二次電池。正極采用鋰離子化合物L(fēng)iCoO2，LiNiO2或LiMn2O4 ，負(fù)極采用鋰-碳層間化合物L(fēng)ixC6 電解質(zhì)為溶解有鋰鹽的LiPF6，LiAsF6等有機(jī)溶劑。聚合物鋰電池的正極和負(fù)極與液態(tài)鋰離子電池相同。只是原來的液態(tài)電解質(zhì)改為含有鋰鹽的凝膠聚合物電解質(zhì)。

4 鋰電池的應(yīng)用與優(yōu)缺點(diǎn)

鋰電池廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲(chǔ)能電源系統(tǒng)郵電通訊的不間斷電源，以及電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車、軍事裝備、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。

4.1 鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)

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

（2）使用壽命長(zhǎng)，使用壽命可達(dá)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(lián)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(dòng)汽車用的磷酸亞鐵鋰離子電池可以達(dá)到15-30C充放電的能力，便于高強(qiáng)度的啟動(dòng)加速；

（5）自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)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(yīng)性強(qiáng)，可以在-20℃--60℃的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在-45℃環(huán)境下使用；

（7）重量輕，相同體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/5；

（8）綠色環(huán)保，無論生產(chǎn)、使用和報(bào)廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有害重金屬元素和物質(zhì)；

（9）生產(chǎn)基本不消耗水，對(duì)缺水的我國來說，十分有利。

4.2 鋰電池的缺點(diǎn)

（1）鋰原電池均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。

（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(hù)線路，防止電池被過充過放電。

（4）生產(chǎn)要求條件高，成本高。

5 鋰離子未來發(fā)展前景

隨著對(duì)現(xiàn)有材料和電池設(shè)計(jì)技術(shù)的改進(jìn)以及新材料的出現(xiàn)，鋰離子電池的應(yīng)用范圍不斷的拓展。民用已從信息產(chǎn)業(yè)移動(dòng)電話，PDA筆記本電腦等拓展到能源交通電動(dòng)汽車，電網(wǎng)調(diào)峰，太陽能，風(fēng)能電站蓄電，軍用則涵蓋了海，潛艇，水下機(jī)器人，陸軍士兵系統(tǒng)，機(jī)器戰(zhàn)士等。

鋰離子電池為電子產(chǎn)品提供動(dòng)力能源的配套產(chǎn)品，其消費(fèi)需求增長(zhǎng)取決于需要其配套的電子產(chǎn)品的消費(fèi)增長(zhǎng)。目前主要用于手機(jī)，手提電腦，未來在臺(tái)式電話子母機(jī)，攝像機(jī)，電動(dòng)自行車，軍警移動(dòng)通訊工具和設(shè)備，以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域?qū)V泛運(yùn)用，其潛在需求巨大。人們?cè)絹碓街匾暛h(huán)境保護(hù)和尋求不可再生能源的替代品。各國都在研制環(huán)保型汽車，電動(dòng)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(dòng)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(duì)電池的性能也提出了更高的追求。所以開發(fā)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(yè)的必然之路。隨著太陽能，風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鋰離子電池在這些產(chǎn)業(yè)方面大有作為。電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化估計(jì)在未來的10年內(nèi)完成，近十年必須開發(fā)出高比能，高比功率能快速充電和具有深度放電功能，循環(huán)和使用壽命長(zhǎng)，安全不污染環(huán)境價(jià)格合理的電池及相關(guān)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(chǎng)份額，并逐漸成為市場(chǎng)電池的主流產(chǎn)品?？梢哉f在未來的電池行業(yè)中，誰擁有更好的鋰電池制造技術(shù)就意味著誰能搶占市場(chǎng)的先機(jī)，獲得巨大的利潤(rùn)。這將是為我國鋰電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供直接的動(dòng)力。

由于鋰電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展關(guān)系到我國電池行業(yè)在世界市場(chǎng)的生存，我國政府對(duì)鋰電池的研究工作相當(dāng)重視，早在“863”計(jì)劃中便把研究開發(fā)鋰離子電池列為重中之重的項(xiàng)目，“九五”期間又將鋰離子電池列入國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，在使之成為電子行業(yè)新的重大經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的同時(shí)，帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

[1] 王芬, 張超武, 黃劍鋒. 硅酸鹽制品的裝飾及裝飾材料[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004: 244-249.

[2] 楊宗志. 鈷藍(lán)顏料及其進(jìn)展[J]. 涂料工業(yè), 1997, 20(4): 35-40.

[3] 劉亞明, 王艷飛, 黃磊, 等. 鋰離子電池鋁塑膜腐蝕的預(yù)測(cè)方法[J]. 電池, 2017, (01).

[4] 范洋, 郭戰(zhàn)勝,馮捷敏. 電解液浸泡對(duì)鋁塑復(fù)合膜熱封強(qiáng)度的影響[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2016, (04).

[5] 嚴(yán)明, 徐新輝, 林中祥. 鋁塑膜包裝用反應(yīng)型聚氨酯熱熔膠的影響因素[J]. 中國膠粘劑, 2016, (04).

[6] 張鵬博, 張曉華, 王訓(xùn), 等. 鋰離子電池用鋁塑復(fù)合膜精密沖壓工藝研究[J]. 熱加工工藝, 2016(07).

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(rùn)釗. 小議鋰電池的應(yīng)用發(fā)展研究[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì), 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(rùn)釗（2001.06-），男，河南鄭州，學(xué)生，研究方向：電子信息。E-mail:1531451374@qq.com