淺析新能源鋰電池的工作原理與發(fā)展方向

張博

摘 要：1860年干電池的出現(xiàn)，揭開了電池能源的新紀元，但是當時的干電池都是一次性充電的電池，用完之后不能充電，對環(huán)境的污染十分嚴重。隨著時代的變遷，科技的發(fā)展電池逐漸被改良，到今天為止，鋰電池已經成為電池業(yè)的主流。并且被廣泛的的使用在手機，筆記本電腦，平板電腦等便攜式電子產品中。隨著國家對新能源概念的推廣在不久的將來也會被廣泛的應用于汽車行業(yè)。所以鋰電池的發(fā)展迎來了一個新的時代，也迎來了一個新的挑戰(zhàn)。它們擁有容量大，污染低，性能可靠，成本低等優(yōu)點，本文將對鋰電池的工作原理、制作材料，以及其發(fā)展歷史和發(fā)展狀況進行述論。

關鍵詞：鋰電池 電解質 新能源

隨著便攜式產品的體積越來越小性能越來越高，對鋰電池的要求也越來越強，現(xiàn)在鋰電池的電池容量不斷增大，質量不斷減小，體積也變的更小巧，制作成本也在不斷降低，使得其成為電子產品制作商的首選電源，并且由于其性能越來越穩(wěn)定，現(xiàn)在電子產品已經把不可拆卸式的內置鋰電池作為電子產品業(yè)發(fā)展的主流。除此之外全球每年的電子產品大量被生產，隨著迭代更新，電子垃圾也逐漸增多，電池的污染也變大，尤其是曾經作為主流電池的鎳鎘電池和鎳氫電池，已經逐漸被歷史所淘汰，鋰電池的出現(xiàn)大大的降低了污染。其高容量、高工作電壓、記憶效應低，衰減緩慢的特性迅速引起廠商的極大興趣，并且促進了全世界各地的科學家對鋰電池發(fā)展的研究。使得鋰電池的研究進入了一個高潮期。作為新型能源之一的鋰電池在21世紀的電子產品科學技術領域起到了舉足輕重的作用。[1]

一、鋰電池的工作原理

鋰電池的主要結構由以下幾部分組成：電池陽極、電池陰極、電解質、隔離膜。鋰電池充電時鋰電子從陰極穿透隔離膜向電池陽極方向進行移動，并在電池陽極補貨一個電子進行還原成Li并存儲于石墨中。電池放電時候陽極的Li會失去一個電子通過隔離膜專項電池陰極移動。這就是充放電時鋰電子在電池陰陽兩極之間來回移動產生的。[2]

二、鋰電池的工作效率

鋰電池的重量僅僅為同容量的鎳鎘電池和鎳氫電池的一半，所以說他的體積也比鎳鎘電池和鎳氫電池要小很多。在這么小的體積內要完成如此高的轉換效率，顯然就對電池的性能指標要求很嚴格，要在如此小的體積里完成更高的工作效率，顯然這是鎳鎘和鎳氫電池所不能完成的，因為鋰電池的電池能量密度很大，而且輸出電壓也要高出鎳鎘和鎳氫電池。循環(huán)充電的特性也非常優(yōu)良，可以快速的進行充放電而且效率很高，最高可達到100%，壽命也很長電池的充放電記憶也幾乎可以忽略不計。[3]

三、鋰電池的發(fā)展狀況

對于整體的電池行業(yè)來講，鋰電池還是一個新生兒，所以它未來的發(fā)展?jié)摿κ志薮螅鳛樾履茉粗坏陌l(fā)展空間也非常大。將來整個電池行業(yè)將會在以下幾個方面進行改進：降低電池的生產制作成本、提高電池的充電速度，增加電池的能量密度，減少電池的重量。簡而言之就是更輕，更快，更強的方向發(fā)展。比如近幾年一直在使用的液態(tài)鋰電子電池，雖然一直再被廣大電子產品制作商推廣使用，但是隨著技術的發(fā)展在不久的將來將會被新型的聚合物鋰電子電池所取代。國家對新能源的推廣勢必會導致鋰電池的快速發(fā)展。鋰電池的發(fā)展很快會進入一個新的紀元，開辟一個新的科技時代，迎接一個新能源時代的到來。[4]

四、電池陰極材料和陽極材料

鋰電池的陰極所采用的材料主要為以下材料：LiCoCO2、LiNiO2、含錳化合物、含鐵化合物等。鋰電的陽極材料主要為：碳材料、金屬氮化物、金屬氧化物和納米硅等材料

五、鋰電池電解質材料

電解質材料分為兩個方向：液態(tài)電解質和固態(tài)電解質。液態(tài)電解質能夠對鋰電池的內阻、使用壽命、安全性能提供可靠的保障。對電池的循環(huán)使用率、工作電壓的提高、使用溫度的范圍和存儲周期都有一定作用的提高對鋰電子起到了舉足輕重的作用。而固態(tài)電解質材料具有良好的柔韌性、穩(wěn)定可靠、制作成本低廉、成膜性好的特點。可以作為電池中的隔離膜材質。綜上所述鋰電池的液態(tài)電解質和固態(tài)電解質各有側重這兩種電解質的發(fā)展決定了未來鋰電子電池的發(fā)展方向。[5]

結語

總之，鋰電池在新能源中扮演者舉足輕重的角色，在目前電子產品中得到廣泛使用，隨著電子技術的發(fā)展以鋰電池的各種技術都會得到提高和突破鋰電池也必將會得到廣泛的應用和推廣。鋰電池的發(fā)展將會開辟一個新能源的新紀元。鋰電池技術的發(fā)展也勢必會導致一次科技大爆炸。人類的科技水平又迎來一個新的時代。[6]

參考文獻

[1]胡楊.李艷.連芳.鋰電子蓄電池熱穩(wěn)定性的機理2004.（5）

[2]楊捷.鋰電子電池的特點[J].現(xiàn)代電視技術 2004年04期

[3]唐琛明.王興成.沙永香.活力型 18650 鋰電子電池的過充電性能[J]電源技術，2007.31（11）：885.

[4]江志裕鋰電子電池的某些研究發(fā)展.電池.1997.27（6）：255-258

[5]楊林.中、日、韓三國鋰電子蓄電池發(fā)展概況[J]電源技術，2004.28（2）：101-103

[6]崔儀秀，楊固長.導電聚合物在鋰電子電池中的應用.電子技術參考.2002.2（2）：32-35