跟着社会的前进开展,人类所需求的能量越来越多,传统的化石动力不只不能再生,,过多的运用加重了环境的恶化。尽管现在的动力结构根本构建在化石燃料的根底之上,但人们也已了解到充分利用风能、太阳能等可再生动力的重要性。可是这些动力作用不接连,需求有能量贮存器,电池作为一种将电能以化学能方式贮存起来的的设备是非常适宜的。尤其是二次电池,在现代人的手机、手表甚至汽车里都有运用。 电池在几十年的开展中,性能在逐步优化,这其间比能量高是人们不断寻求的方针。因为在所有的金属中锂比重很小(M=6.94g/mol)、电极电势极低(规范电极电势-3.045V),它是能量密度极大的金属,锂电池系统理论上能取得最大的能量密度,因而它水到渠成地进入了研讨者们的视界。
锂电池的首要品种:
锂电池又分为锂一次电池(又称锂原电池)与锂二次电池(锂充电电池),与1912年由Gilbert N. Lewis第一次提出,将人们的视野引向了生动金属电池上。在锂二次电池的根底上,又开展起来锂离子电池。大致开展进程如图1。
Li-MnO2电池(锂一次电池) Li-MnO2电池是锂电池中运用较多的一种有机电解质电池,一般做成钮扣型或圆柱形,开路电压为3.5V,负荷电压为2.8V,比能量可达200W·h/kg和500W·h/L,常温下电池贮存寿数超越10年,且贮存和放电过程中无气体放出,安全性能好。
(-)Li∣LiClO4,PC+DMG∣MnO2(+)
负极反响: Li-e-→Li+
正极反响: MnO2+Li++e-→MnOOLi
电池反响: Li+MnO2→MnOOLi
依照上述反响,Li-MnO2放电时负极锂生成Li+ 进入电解质溶液,正极二氧化锰得电子 还原成三价锰,一起,锂离子进入二氧化锰晶格中构成MnO2(Li),即MnOOLi。 这类电池首要用于低倍率放电。其能量比约为铅酸蓄电池的5到7倍。电池贮存和放电过程中无气体放出,自放电小,不会因活性物质分化引起电池内压增大。中小容量的电池合适于小型电子计算机、照相机及小型通讯机的电源,大容量的电池合适于要求电池比能量高、运用时刻长的场合,因而可作为军事范畴的抱负电源。
Li-SOCl2电池(锂一次电池)
Li-SOCl2电池是一种研讨较为老练的有机电解质电池。其开路电压高达3.6~3.7V,且电压平稳、负荷电压精度高,一起还有较高的比能量。表1中给出一些常用小型电池系列活性物质本钱比较,能够看出,Li-SOCl2电池是常用电池中本钱最低的。
Li-SOCl2电池的电化学表达式为: (-)Li∣LiAlCl4-SOCl2∣C(+)
电解液是LiAlCl4的SOCl2溶液。SOCl2便是电解质的溶剂,又是正极活性物质。电池反响:
4Li+2SOCl2→4LiCl+S+SO2
放电产品二氧化硫部分溶于SOCl2中,硫单质很多分出,堆积在正极炭黑中,LiCl是不容物。
这种电池的负极锂与SOCl2触摸时会发作如下反响
: 8Li+3SOCl2→6LiCl+Li2S2O4+S2Cl2
因为产品LiCl构成细密的维护膜阻止了反响的进行,又因为它仍是固体电解质膜,答应离子通过,所以不阻碍锂电极的正常阳极溶解。
可是SOCl2电池存在两个杰出问题,即“电压滞后”和“安全问题”。电压滞后是因为LiCl的发作,它以薄膜的方式掩盖在锂阳极外表,尽管能够避免电池自放电,但导致了电压滞后。别的,贮存时刻越长,贮存温度越高,膜就会越厚,滞后现象越显着。
当SOCl2电池短路时,会引发Li和S的热反响:
2Li+S→Li2S
Li2S在145度下又可与SOCl2发作剧烈反响,导致爆破。
还有一种爆破的原因是在正极上堆积的锂构成枝晶,形成短路。Li与S反响,或许SO2 也能够在负极发作反响,终究生成Cl2O这种非常不稳定的爆破性物质。
锂电池的优缺陷:
长处
1.能量比较高。具有高贮存能量密度,已到达460-600Wh/kg,是铅酸电池的约6-7倍;
2.运用寿数长,运用寿数可到达6年以上,磷酸亚铁锂为正极的电池1C(100%DOD)充放电,有能够运用10,000次的记载;
3.额外电压高(单体作业电压为3.7V或3.2V),约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压,便于组成电池电源组;锂电池能够通过一种新式的锂电池调压器的技能,将电压调至3.0V,以合适小电器的运用;
4.具有高功率承受力,其间电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池能够到达15-30C充放电的才能,便于高强度的发动加快;
5.自放电率很低,这是该电池最杰出的优越性之一,一般可做到1%/月以下,不到镍氢电池的1/20;
6.分量轻,相同体积下分量约为铅酸产品的1/6-1/5;
7.高低温适应性强,能够在-20℃–60℃的环境下运用,通过工艺上的处理,能够在-45℃环境下运用;
8.绿色环保,不管出产、运用和作废,都不含有、也不发作任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。
9.出产根本不用耗水,对缺水的我国来说,非常有利。比能量指的是单位分量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表明。Wh是能量的单位,W是瓦、h是小时;kg是千克(分量单位),L是升(体积单位)。
缺陷
1.锂原电池均存在安全性差,有发作爆破的风险。
2.钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电,价格昂贵,安全性较差。
3.锂离子电池均需维护线路,避免电池被过充过放电。
4.出产要求条件高,本钱高。
5.运用条件有约束,高低温运用风险大。