什么是鋰電池

“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發展，現在鋰電池已經成為了主流。

鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態的鋰，并且是可以充電的。可充電電池的第五代產品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優于鋰離子電池。由于其自身的高技術要求限制，現在只有少數幾個國家的公司在生產這種鋰金屬電池。

鋰電池的應用

隨著數碼產品如手機、筆記本電腦等產品的廣泛使用，鋰離子電池以優異的性能在這類產品中得到廣泛應用，并在逐步向其他產品應用領域發展。1998年，天津電源研究所開始商業化生產鋰離子電池。習慣上，人們把鋰離子電池也稱為鋰電池，但這兩種電池是不一樣的。鋰離子電池已經成為了主流。

隨著二十世紀微電子技術的發展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進入了大規模的實用階段。

最早得以應用的是鋰亞原電池，用于心臟起搏器中。由于鋰亞電池的自放電率極低，放電電壓十分平緩。使得起搏器植入人體長期使用成為可能。

鋰錳電池一般有高于3.0伏的標稱電壓，更適合作集成電路電源，廣泛用于計算機、計算器、手表中。

鋰離子電池大量應用在手機、筆記本電腦、電動工具、電動車、路燈備用電源、航燈、家用小電器上，可以說是最大的應用群體。

鋰電池在發展前景

為了開發出性能更優異的品種，人們對各種材料進行了研究。從而制造出前所未有的產品。比如，鋰二氧化硫電池和鋰亞硫酰氯電池就非常有特點。它們的正極活性物質同時也是電解液的溶劑。這種結構只有在非水溶液的電化學體系才會出現。所以，鋰電池的研究，也促進了非水體系電化學理論的發展。除了使用各種非水溶劑外，人們還進行了聚合物薄膜電池的研究。

鋰電池廣泛應用于水力、火力、風力和太陽能電站等儲能電源系統，郵電通訊的不間斷電源，以及電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領域。

鋰離子電池以其特有的性能優勢已在便攜式電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍應用。開發的大容量鋰離子電池已在電動汽車中開始試用，預計將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一，并將在人造衛星、航空航天和儲能方面得到應用。隨著能源的緊缺和世界的環保方面的壓力。鋰電被廣泛應用于電動車行業，特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現，更推動了鋰電池產業的發展和應用。

安全性

為了避免因使用不當造成電池過放電或者過充電，在單體鋰離子電池內設有三重保護機構。一是采用開關元件，當電池內的溫度上升時，它的阻值隨之上升，當溫度過高時，會自動停止供電；二是選擇適當的隔板材料，當溫度上升到一定數值時，隔板上的微米級微孔會自動溶解掉，從而使鋰離子不能通過，電池內部反應停止；三是設置安全閥（就是電池頂部的放氣孔），電池內部壓力上升到一定數值時，安全閥自動打開，保證電池的使用安全性。

有時，電池本身雖然有安全控制措施，但是因為某些原因造成控制失靈，缺少安全閥或者氣體來不及通過安全閥釋放，電池內壓便會急劇上升而引起爆炸。

一般情況下，鋰離子電池儲存的總能量和其安全性是成反比的，隨著電池容量的增加，電池體積也在增加，其散熱性能變差，出事故的可能性將大幅增加。對于手機用鋰離子電池，基本要求是發生安全事故的概率要小于百萬分之一，這也是社會公眾所能接受的最低標準。而對于大容量鋰離子電池，特別是汽車等用大容量鋰離子電池，采用強制散熱尤為重要。

選擇更安全的電極材料，選擇錳酸鋰材料，在分子結構方面保證了在滿電狀態，正極的鋰離子已經完全嵌入到負極炭孔中，從根本上避免了枝晶的產生。同時錳酸鋰穩固的結構，使其氧化性能遠遠低于鈷酸鋰，分解溫度超過鈷酸鋰100℃，即使由于外力發生內部短路（針刺），外部短路，過充電時，也完全能夠避免了由于析出金屬鋰引發燃燒、爆炸的危險。

另外，采用錳酸鋰材料還可以大幅度降低成本。

提高現有安全控制技術的性能，首先要提高鋰離子電池芯的安全性能，這對大容量電池尤為重要。選擇熱關閉性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔離電池正負極的同時，允許鋰離子的通過。當溫度升高時，在隔膜熔化前進行關閉，從而使內阻上升至2000歐姆，讓內部反應停止下來。

當內部壓力或溫度達到預置的標準時，防爆閥將打開，開始進行卸壓，以防止內部氣體積累過多，發生形變，最終導致殼體爆裂。

提高控制靈敏度、選擇更靈敏的控制參數和采用多個參數的聯合控制（這對于大容量電池尤為重要）。對于大容量鋰離子電池組是串/并聯的多個電芯組成，如筆記本電腦的電壓為10V以上，容量較大，一般采用3～4個單電池串聯就可以滿足電壓要求，然后再將2～3個串聯的電池組并聯，以保證較大的容量。

大容量電池組本身必須設置較為完善的保護功能，還應考慮兩種電路基板模塊:保護電路基板（Protection Board PCB）模塊及Smart Battery Gauge Board模塊。整套的電池保護設計包括：第1級保護IC（防止電池過充、過放、短路），第2級保護IC（防止第2次過壓）、保險絲、LED指示、溫度調節等部件。

在多級保護機制下，即使是在電源充電器、筆記本電腦出現異常的情況下,筆記本電池也只能轉為自動保護狀態，如果情況不嚴重,往往在重新插拔后還能正常工作，不會發生爆炸。

筆記本電腦和手機使用的鋰離子電池所采用的底層技術是不安全的，需要考慮更安全的結構。

鋰離子電池在使用中，防水固定也很重要，電子防水，使用密封膠和塑料防水盒是不可缺少的，電子包的前端和尾端都要使用到防水密封膠。這類產品一般是半流淌的產品，顏色有黑色、紅色、白色。在防水密封應用中，也應該要考慮使用相對應的工藝，以提高生產效率。

總之，隨著材料技術的進步和人們對鋰離子電池設計、制造、檢測和使用諸方面要求的認識不斷加深，未來的鋰離子電池會變得更安全。
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