鋰離子電池是一種二次電池,它主要依靠鋰離子在正極和負極之間來回移動來工作。在充放電過程中,Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌:充電時,Li+從正極脫嵌,經過電解質嵌入負極,負極處於富鋰狀態放電時則相反。電池一般採用含有鋰元素的材料作爲正極材料,是現代高性能電池的代表。
鋰離子電池的種類:【據電解質材料不同】分爲液態鋰離子電池和聚合物鋰離子電池。鋰離子電池以其正極材料命名,根據正極材料的不同,鋰離子電池包括更多的類型,在此不一一列舉。下面以磷酸鐵鋰電池爲例:
優點:
A. 超長壽命,鋰離子電池的循環壽命可以達到兩千次以上、使用壽命可以達到7~8年,遠高於長壽命的鉛酸二次電池。
B. 快速充電,1C充電30分鐘容量可以達到標稱容量的80%以上,磷酸鐵鋰電池可以達到10分鐘充電到標稱容量的90%。
C. 耐高溫,錳酸鋰和鈷酸鋰電池的電熱峯值可達200℃左右,而磷酸鐵鋰達到了350℃—500℃。
D. 工作電壓高,單體電池的工作電壓高達3.7-3.8V(磷酸鐵鋰的是3.2V),是Ni-Cd、Ni-MH電池的3倍。
E. 無記憶效應,可充電池在經常處於充滿不放完的條件下工作,容量會迅速低於額定容量值,這種現象叫做記憶效應。鋰離子電池無此現象,電池無論處於什麼狀態,可隨充隨用,無須先放完再充電。
F. 體積比能量、質量比能量高,能達到的實際質量比能量爲555Wh/kg左右,即材料能達到150mAh/g以上的比容量(3--4倍於Ni-Cd,2--3倍於Ni-MH),已接近於其理論值的約88%。同等規格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3,重量是鉛酸電池的1/3。
G. 自放電小,室溫下充滿電的鋰離子電池儲存1個月後的自放電率爲2%左右,大大低於Ni-Cd的25-30%,Ni-MH的30-35%。
H. 工作溫度範圍寬,工作溫度約在-25~+45℃,隨着電解質和正極材料的改進,尚可拓到-40~70℃。
I. 沒有環境污染,綠色環保電池的佼佼者,而殘留容量的測試又比較方便,無需維修。
缺點:
A. 衰老,與其它充電電池不同,鋰離子電池的容量會緩慢衰退,與使用次數無關,而與溫度有關。可能的機制是內阻逐漸升高,所以,在工作電流高的電子產品更容易體現。
B. 不耐受過度充電、過度放電和大電流放電,因此需要保護電路、排氣孔等多重保護機制。
鈉離子電池實際上是一種濃差電池,正負極由兩種不同的鈉離子嵌入化合物組成。充電時,Na+從正極脫嵌經過電解質嵌入負極,負極處於富鈉態,正極處於貧鈉態,同時電子的補償電荷經外電路供給到正極,保證正負極電荷平衡。放電時則相反,Na+從負極脫嵌,經過電解質嵌入正極,正極處於富鈉態。
C. 電池成本較高。主要表現在LiCoO2的價格高(Co的資源較少),電解質體系提純困難。
優點:
A.原料資源豐富,成本低廉,分佈廣泛
B.有相對穩定的電化學性能,使用更加安全
C.能利用分解電勢更低的電解質溶劑及電解質鹽,電解質的選擇範圍更寬。
缺點:
A.不可逆容量損失較大
B.大電流充放電時的性能不夠理想
C.儲能容量偏低
D.容量保持率低。