鋰電發展與其特性
隨(sui)著二十世紀的(de)(de)(de)發(fa)展，小(xiao)型化(hua)的(de)(de)(de)設(she)備日(ri)益增(zeng)多(duo)，對電源(yuan)提出了(le)很高的(de)(de)(de)要求。鋰電池隨(sui)之(zhi)進入了(le)大規模(mo)的(de)(de)(de)實用階段(duan)。
**早得(de)以應用的(de)是鋰亞(ya)原電池，用于(yu)中。由于(yu)鋰亞(ya)電池的(de)自放(fang)(fang)電率(lv)極低，放(fang)(fang)電電壓十分平緩。使得(de)起搏器植入人體長期使用成為可能。
鋰錳電池一般(ban)有高于3.0伏的標稱電壓，更(geng)適合作集成電路電源，廣泛用于計算機、計算器、手(shou)表中。
現在(zai)(zai)，鋰離子(zi)電(dian)池(chi)大(da)(da)量應用(yong)在(zai)(zai)手機、筆記本電(dian)腦、電(dian)動工具、電(dian)動車、路燈(deng)備用(yong)電(dian)源、航燈(deng)、家用(yong)小電(dian)器(qi)上，可以說是(shi)**大(da)(da)的應用(yong)群體(ti)。
剛研發出來的超級鋰電池能(neng)在(zai)短時間迅速充電完成，例(li)如(ru)手機充電一(yi)般(ban)20秒，這種電池有(you)可能(neng)加大電池未來的使(shi)用領域，例(li)如(ru)使(shi)用在(zai)電動汽車上(shang)，使(shi)中(zhong)途(tu)充電如(ru)加油一(yi)般(ban)方便。
鋰電池主要優點(dian)： 1．能量(liang)比較(jiao)高。具有高儲存能量(liang)密度，目前已達到460-600Wh/kg，是的約(yue)6-7倍；
2．使用壽命(ming)長(chang)，使用壽命(ming)可(ke)達到6年以上，磷酸亞鐵(tie)鋰為正(zheng)極(ji)的電池1C（100%DOD）充(chong)放電，有可(ke)以使用10,000次的記錄(lu)；
3．額定電壓(ya)(ya)高（單體工作電壓(ya)(ya)為3.7V或3.2V），約等(deng)于3只(zhi)鎳鎘或鎳氫的(de)串聯電壓(ya)(ya)，便(bian)于組成(cheng)電池電源組；
4．具備高(gao)功率承受力(li)，其中電動汽車(che)用的(de)磷酸亞鐵鋰鋰離子(zi)電池可以達(da)到(dao)15-30C充放電的(de)能力(li)，便于高(gao)強度的(de)啟動加速；
5．自(zi)放(fang)電(dian)率很低，這是該電(dian)池(chi)**突出的(de)**性之(zhi)一(yi)，目前一(yi)般(ban)可(ke)做到1%/月以下，不到鎳氫電(dian)池(chi)的(de)1/20；
6．重量輕，相(xiang)同(tong)體積下重量約為鉛酸產品(pin)的1/6-1/5；
7．高低溫(wen)適應性(xing)強，可以在-20℃--60℃的環(huan)境(jing)下使用(yong)，經過(guo)工(gong)藝上的處理，可以在-45℃環(huan)境(jing)下使用(yong)；
8．綠色環保，不論生產、使用(yong)和(he)報廢，都不含(han)有、也不產生任(ren)何鉛、汞、鎘等有毒有害(hai)重金屬元素和(he)物質。
9．生產基(ji)本(ben)不消耗水，對缺水的我國來(lai)說，十分有利。
比(bi)能(neng)量(liang)指的是(shi)單(dan)(dan)位重量(liang)或單(dan)(dan)位體積的能(neng)量(liang)。比(bi)能(neng)量(liang)用Wh/kg或Wh/L來表(biao)示。Wh是(shi)能(neng)量(liang)的單(dan)(dan)位，W是(shi)瓦、h是(shi)小時；kg是(shi)千克(重量(liang)單(dan)(dan)位)，L是(shi)升(體積單(dan)(dan)位)。
1．鋰均存在安全性(xing)差(cha)，有發生爆炸的危險。
2．鈷(gu)酸鋰的鋰離子(zi)電池不能大放電，安(an)全(quan)性較(jiao)差。
3．鋰離子電(dian)池均(jun)需保護線路，防止電(dian)池被過充(chong)過放電(dian)。
4．生產要求條(tiao)件高，成(cheng)本高。
為了避免因使用(yong)不當(dang)造成電池(chi)(chi)(chi)過(guo)放(fang)電或者過(guo)充電，在單體(ti)鋰(li)離子電池(chi)(chi)(chi)內設有三(san)重保護機構(gou)。一是(shi)采(cai)用(yong)開(kai)關(guan)元件，當(dang)內的溫度(du)上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)時(shi)，它的阻值(zhi)隨之上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)，當(dang)溫度(du)過(guo)高(gao)時(shi)，會(hui)自(zi)(zi)動停止供電；二是(shi)選擇適當(dang)的隔(ge)板材料，當(dang)溫度(du)上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)到一定數值(zhi)時(shi)，隔(ge)板上(shang)(shang)的微米級(ji)微孔會(hui)自(zi)(zi)動溶解掉，從而使鋰(li)離子不能(neng)通過(guo)，電池(chi)(chi)(chi)內部反應停止；三(san)是(shi)設置安(an)全閥（就是(shi)電池(chi)(chi)(chi)頂部的放(fang)氣孔），電池(chi)(chi)(chi)內部壓力上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)到一定數值(zhi)時(shi)，自(zi)(zi)動打開(kai)，保證電池(chi)(chi)(chi)的使用(yong)安(an)全性(xing)。
有時(shi)，電(dian)池本(ben)身雖然有安全控制措施，但是因(yin)為某(mou)些原因(yin)造成(cheng)控制失靈，缺少安全閥或者氣體來不及(ji)通(tong)過安全閥釋放，電(dian)池內(nei)壓便會急劇(ju)上升而引(yin)起爆炸。
一般情況下，鋰離(li)子(zi)電(dian)池(chi)儲存的(de)(de)總能(neng)量和其安全性是(shi)成反比的(de)(de)，隨著(zhu)電(dian)池(chi)容(rong)量的(de)(de)增加，電(dian)池(chi)體積也(ye)在(zai)增加，其散熱性能(neng)變差，出(chu)事故(gu)的(de)(de)可(ke)能(neng)性將大(da)幅增加。對(dui)于手機(ji)用鋰離(li)子(zi)電(dian)池(chi)，基本要求是(shi)發生安全事故(gu)的(de)(de)概率要小于百萬分之一，這也(ye)是(shi)社會公(gong)眾所能(neng)接受的(de)(de)**低標(biao)準。而對(dui)于大(da)容(rong)量鋰離(li)子(zi)電(dian)池(chi)，特別是(shi)汽車等用大(da)容(rong)量鋰離(li)子(zi)電(dian)池(chi)，采用強(qiang)制散熱尤為重要。
選擇(ze)更安全(quan)(quan)的電極(ji)材料，選擇(ze)錳(meng)酸(suan)鋰(li)材料，在分(fen)(fen)子結構方面保證了在滿電狀態，正(zheng)極(ji)的鋰(li)離子已經完(wan)全(quan)(quan)嵌入到負極(ji)炭孔中，從根本上避免(mian)了枝晶的產生(sheng)。同時(shi)錳(meng)酸(suan)鋰(li)穩固的結構，使(shi)其氧化性(xing)能遠(yuan)遠(yuan)低于鈷(gu)酸(suan)鋰(li)，分(fen)(fen)解溫度超過鈷(gu)酸(suan)鋰(li)100℃，即使(shi)由于外(wai)力發(fa)生(sheng)內部(bu)短(duan)路（針刺），外(wai)部(bu)短(duan)路，過充(chong)電時(shi)，也完(wan)全(quan)(quan)能夠(gou)避免(mian)了由于析出金屬鋰(li)引(yin)發(fa)燃燒、爆炸的危險(xian)。
另外，采(cai)用(yong)錳(meng)酸鋰材料(liao)還可以大幅度(du)降(jiang)低成本(ben)。
提高(gao)現有安全控制技(ji)術的(de)(de)性能，**先要提高(gao)鋰離(li)子電池芯的(de)(de)安全性能，這(zhe)對大容量電池尤為重要。選擇熱關閉(bi)(bi)性能好的(de)(de)隔(ge)(ge)膜(mo)，隔(ge)(ge)膜(mo)的(de)(de)作用是在(zai)隔(ge)(ge)離(li)電池正負極的(de)(de)同時，允許(xu)鋰離(li)子的(de)(de)通過。當溫度升高(gao)時，在(zai)隔(ge)(ge)膜(mo)熔化前進行關閉(bi)(bi)，從而使內阻上升至2000歐姆(mu)，讓(rang)內部反應停止下來(lai)。
當內部壓力(li)或溫度達到預置的標準(zhun)時，防爆閥將打開，開始進行卸(xie)壓，以(yi)防止內部氣體(ti)積累過(guo)多(duo)，發生形變，**終導致殼(ke)體(ti)爆裂。
提高控制靈敏(min)度(du)、選擇更靈敏(min)的(de)控制參數和采用(yong)多個參數的(de)聯(lian)(lian)(lian)合控制（這對于大(da)容(rong)量(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)尤為(wei)重要）。對于大(da)容(rong)量(liang)鋰離子電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)組(zu)(zu)是串/并(bing)(bing)聯(lian)(lian)(lian)的(de)多個電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)芯組(zu)(zu)成，如筆記本電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)腦的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓為(wei)10V以(yi)(yi)上(shang)，容(rong)量(liang)較(jiao)大(da)，一般采用(yong)3～4個單電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)串聯(lian)(lian)(lian)就可以(yi)(yi)滿足電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓要求，然后再(zai)將2～3個串聯(lian)(lian)(lian)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)組(zu)(zu)并(bing)(bing)聯(lian)(lian)(lian)，以(yi)(yi)保證較(jiao)大(da)的(de)容(rong)量(liang)。
大(da)容量(liang)電(dian)(dian)池(chi)(chi)組(zu)本身必須設置較為完善的保(bao)(bao)(bao)護功(gong)能，還應考(kao)慮(lv)兩種電(dian)(dian)路(lu)基板(ban)模(mo)塊(kuai):保(bao)(bao)(bao)護電(dian)(dian)路(lu)基板(ban)（Protection Board PCB）模(mo)塊(kuai)及Smart Battery Gauge Board模(mo)塊(kuai)。整套的電(dian)(dian)池(chi)(chi)保(bao)(bao)(bao)護設計(ji)包括：**級(ji)保(bao)(bao)(bao)護IC（防止電(dian)(dian)池(chi)(chi)過充、過放(fang)、短路(lu)），第2級(ji)保(bao)(bao)(bao)護IC（防止第2次過壓）、保(bao)(bao)(bao)險(xian)絲(si)、LED指示、溫度調(diao)節等部件。
在(zai)多級保護機制下，即(ji)使(shi)是在(zai)電(dian)(dian)源充電(dian)(dian)器、筆記本電(dian)(dian)腦出現異(yi)常的(de)情(qing)況下,筆記本電(dian)(dian)池也只(zhi)能轉(zhuan)為自(zi)動保護狀(zhuang)態，如果情(qing)況不嚴重(zhong)(zhong),往往在(zai)重(zhong)(zhong)新插拔(ba)后(hou)還能正常工作，不會(hui)發生爆(bao)炸。
目前，筆記本電腦和手機使用的(de)鋰離子電池所采(cai)用的(de)底層技術是不安全的(de)，需要(yao)考慮更安全的(de)結構。
總之，隨著材(cai)料(liao)技術的進步(bu)和人們對鋰離子(zi)電池(chi)設(she)計、制造、檢測和使(shi)用(yong)諸(zhu)方面要求的認識不斷加深，未來的鋰離子(zi)電池(chi)會變(bian)得(de)更安全。
