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锂离子电池的由来及工作原理

2021-07-28   点击量:394

1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂离子电池


1980年,J.Goodenough发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。


982年伊利诺伊理工大学(theIllinoisInsTItuteofTechnology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。与此同时,采用金属锂制成的锂离子电池,其安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。


1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够防止了燃烧、爆炸的危险。


1989年,A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将出现更高的电压。


1991年索尼公司公布首个商用锂离子电池。随后,锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。


1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸锂铁(LiFePO4),比传统的正极材料更具优越性,因此已成为当前主流的正极材料。

基本工作原理


当对电池进行充电时,正极的含锂化合物有锂离子脱出,锂离子经过电解液运动到负极。负极的炭材料呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。


当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。


在锂离子电池的充放电过程中,锂离子处于从正极负极正极的运动状态。这就像一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就在摇椅两端来回运动。所以锂离子电池又叫摇椅式电池。


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钜大特种电池工程研究院

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