隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人們要能量高、體積小、重量輕、安全可靠的電源作為便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車輛的動(dòng)力源。鋰離子電池利用氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了充放電的功能。其憑借高比能量、高電壓、充放電次數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)取得了迅猛的發(fā)展，正在不斷改進(jìn)和提高我們的生活質(zhì)量。在最近幾年的高考命題中，以鋰離子電池作為背景的試題屢見(jiàn)不鮮，其使用和最新發(fā)展以及背后隱藏的諸多安全問(wèn)題要引起我們廣泛的關(guān)注！

1.鋰離子電池的工作原理

正極材料一般選擇LiCoO2，Li2MnO3，LiFePO4等，負(fù)極材料多采用石墨。下面以LiFePO4作正極材料為例給出正負(fù)極的充放電反應(yīng)式。正極充電時(shí)：

LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi++xe-，

正極放電時(shí)：

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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Li1-xFePO4+xLi++xe-→LiFePO4；

負(fù)極充電時(shí)：

xLi++xe-+6C→LixC6

負(fù)極放電時(shí)：

LixC6→xLi++xe-+6C

無(wú)人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

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電解質(zhì)溶質(zhì)多數(shù)采鋰鹽，而溶劑的通常選擇機(jī)溶劑。當(dāng)電池充電時(shí)，電池正極材料中的鋰離子結(jié)合電子部分脫離正極，進(jìn)入溶液中形成游離的鋰離子，隨著鋰離子濃度的升高，鋰離子不斷向負(fù)極擴(kuò)散，負(fù)極從溶液中結(jié)合電子并吸收部分鋰離子。為了鋰離子能更好地與負(fù)極材料結(jié)合，通常選用疏松多孔的石墨作為負(fù)極，隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，石墨烯等更優(yōu)質(zhì)的材料也投入使用中。充電容量由鋰離子結(jié)合的數(shù)量決定，結(jié)合的數(shù)量越多，其充電電容就越大。放電時(shí)鋰離子和電子遷移過(guò)程與充電時(shí)類似，當(dāng)電池被放電時(shí)，鋰離子從石墨上跟隨電子一同離開(kāi)，并融入電解液中，負(fù)極的材料變?yōu)槲磁c鋰離子結(jié)合的石墨，此時(shí)電解液中的游離的鋰離子和電子再結(jié)合加工鋰酸鹽，形成完整的鋰酸鹽。放電容量與返回的鋰離子數(shù)量呈正相關(guān)。

2.鋰離子電池的性能

2.1鋰離子電池的優(yōu)勢(shì)

鋰離子電池的正常輸出電壓在3.7v左右，是鎳氫電池的三倍。比能量很高。一般充放電次數(shù)可達(dá)數(shù)百次甚至上千次。室溫貯存鋰離子的自放電率約為2%，遠(yuǎn)低于25-30%的鎘鎳電池和30-35%的鎳氫電池。并且充電速度快，工作溫度適應(yīng)性強(qiáng)。具備高功率承受力，這一點(diǎn)無(wú)疑對(duì)電動(dòng)汽車的啟動(dòng)加速供應(yīng)了強(qiáng)大的支持。鋰離子電池可以重復(fù)使用，減少了材料的消耗，且使用過(guò)程中不排放有毒氣體和溫室氣體，也無(wú)廢渣廢料的萌生。

2.2鋰離子電池的缺點(diǎn)

鋰離子電池充電要求很高，要保證終止電壓精度在±1%之內(nèi)。放電時(shí)放電電流不能過(guò)大，過(guò)大的電流導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱，有可能會(huì)造成永久性的損害。并且不能過(guò)放電，鋰離子電池內(nèi)部存儲(chǔ)電能是靠電化學(xué)一種可逆的化學(xué)變化實(shí)現(xiàn)的，過(guò)度的放電會(huì)導(dǎo)致這種化學(xué)變化有不可逆的反應(yīng)發(fā)生，一旦放電電壓低于2.7V，將可能導(dǎo)致電池報(bào)廢。

3.鋰離子電池在數(shù)碼產(chǎn)品上的使用

3.1目前我國(guó)鋰離子電池的使用狀況

據(jù)我國(guó)化工物理電力行業(yè)協(xié)會(huì)解析，我國(guó)目前國(guó)內(nèi)電池產(chǎn)量沖破百億，在世界電池制造商。隨著鎳鎘電池的不斷萎縮，以及用戶對(duì)手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等電池的需求不斷新增。鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化迅速發(fā)展。鋰離子電池的國(guó)內(nèi)需求將隨著筆記本電腦的加工力上升而迅速擴(kuò)展市場(chǎng)。近年來(lái)，筆記本電池每年的國(guó)內(nèi)需求支撐約超過(guò)15萬(wàn)，約35％的年均上升。

3.2鈷酸鋰離子電池與鋰聚合物電池的比較

鋰離子電池的放電量與溫度有關(guān)，溫度過(guò)低時(shí)，電池釋放的能量大大減少。容量的減少導(dǎo)致電壓的降低。當(dāng)環(huán)境溫度變得更低，鋰離子移動(dòng)變慢，鋰離子從正負(fù)極的擴(kuò)散系數(shù)也降低。再加上電解液的電阻，鋰就被粘住了。蘋果手機(jī)中的鈷酸鋰離子電池在低溫條件下掉電很快，甚至出現(xiàn)冬天40%的電量就自動(dòng)關(guān)機(jī)的狀況。而像華為等一些品牌的手機(jī)中采用聚合物鋰離子電池，聚合物鋰離子電池在-10°C~60°C內(nèi)可以正常放電。工作溫度范圍的張大使其對(duì)低溫環(huán)境有了更好的適應(yīng)性。

4.鋰離子電池的安全問(wèn)題

因鋰離子電池化學(xué)性質(zhì)活潑、易燃易爆，要對(duì)其新增多種保護(hù)機(jī)制，如，保護(hù)電路，能夠戒備過(guò)充放電，過(guò)熱。新增排氣孔：在殼體表面畫一條線或一個(gè)孔，比殼體表面薄一點(diǎn)。電池短路時(shí)，會(huì)迅速萌生大量氣體，氣體在高壓下可以通過(guò)防爆孔處排出，從而戒備鋰離子電池發(fā)生爆炸。鋰的金屬性較活潑，當(dāng)鋰與空氣相接觸時(shí)，金屬鋰會(huì)與氧氣以及空氣中的水蒸氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)從而引起爆炸。為了提高安全性和電壓，本發(fā)明和石墨材料的如氧化鋰鈷的科學(xué)家鋰原子存儲(chǔ)。這些材料形成微小的納米級(jí)儲(chǔ)存格，可以用來(lái)儲(chǔ)存鋰原子，使其不會(huì)在電池破損的情況下暴露在外。因此，即便電池外殼因外力受損破碎時(shí)，空氣中的氧氣進(jìn)入電池，但因?yàn)檠鯕夥肿芋w積尺寸過(guò)大無(wú)法與納米級(jí)的儲(chǔ)存格中的鋰離子接觸，更不會(huì)與其發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而阻止了鋰離子電池的爆炸。

鋰離子電池在特定機(jī)制的保護(hù)下使它同時(shí)獲得高的比能量，也能處理安全方面的問(wèn)題。充電時(shí)，電解液中的鋰離子通過(guò)和負(fù)極上的電子結(jié)合形成鋰原子，并且儲(chǔ)存在負(fù)極中這一過(guò)程消耗了負(fù)極上的電荷，使外電路的電流得以流通。為了戒備筆直觸摸正極和負(fù)極而造成電池短路，將連同一種隔離紙的具有細(xì)胞內(nèi)的大量的孔，以戒備短路。隔膜還可以起到戒備電池爆炸等危險(xiǎn)事故的發(fā)生的用途，用特定材料制成的隔膜紙可以隨電池溫度調(diào)整細(xì)孔的開(kāi)閉，當(dāng)溫度超過(guò)某個(gè)數(shù)值時(shí)，細(xì)孔會(huì)自動(dòng)閉合，使鋰離子不能通過(guò)，從而阻止了充電進(jìn)程，進(jìn)而防止危險(xiǎn)的發(fā)生。