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锂电池的结构和分类是什么样的?为什么固态电池成本高?

来源:宝鄂实业    2019-04-18 02:30    点击量:

绿色出行,倡导新能源,这不就是我们普通人能做的吗?带着保护地球环境的光荣使命,小编今天就想为大家科普一下咱家的新能源业务。但首先还要从锂说起。

 

锂Li

 

锂,这个元素周期表里第一个金属元素,从被发现的那一刻开始,就是一种与众不同的存在,200年来一直闪耀在化学世界和人类文明里。

 

△锂矿石

 

所有的金属里,锂密度最小,却拥有最大的质量能量密度以及较好的安全性和环境友好性。正因为这些优秀的性质而被科学家带进电池领域后衍生出锂系电池,主要包括锂金属电池、锂离子电池等。

 

△金属锂

 

但遗憾的是,锂金属电池一方面由于其正极材料所限无法充电,属于一次电池,另一方面锂金属的化学性质非常活跃,以锂金属作为负极使得加工保存对环境要求较高。

 

我们通常生活中所讲的锂电池,其实是“锂离子电池”的通俗叫法。下文里的“锂电池”均指代“锂离子电池”哦。

 

什么是锂电池?

 

锂电池是化学电池的一种,指锂离子可以在电池正负极之间重复多次进行穿梭,并且伴随发生相应的氧化还原反应的一类二次电池。

 

锂电池自诞生来便备受推崇,是最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源。

 

化学电池?二次电池?是不是想起了被高中化学支配的恐惧?别怕,小化敲黑板划重点帮你回忆:

 

一般电池在工作时,氧化还原反应分别在正极(发生还原反应)、负极(发生氧化反应)自发进行,电势差的存在,内部带电离子在正负极间穿梭,外部电子同时流动,闭合回路产生电流,电池进行放电。

 

我们的主角儿锂电池,作为二次电池的一种,充、放电时其内部在正负极间穿梭的带电离子正是锂离子。这种来回穿梭的行为,专业术语叫“嵌锂-脱锂”。

 

咦?突然发现,锂离子的工作方式好像和大多数人类的工作模式是一样一样的嘛,属于家到单位两点一线式呀!秒懂了!

 

锂电池的结构和分类

 

锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四大部分以及电池壳体等组成。

 

正负极材料使锂离子在充放电过程中嵌入与脱出;隔膜将正负极隔开,只让电解质的离子通过以防止两极接触而短路;电解液则承担着运输锂离子的重任。

 

敲黑板!正极材料是锂电池的核心。正极材料在锂电池充放电过程中,提供大量自由脱嵌的锂离子,对于提高锂电池的工作电压、能量密度、循环寿命等电化学性能至关重要。常用正极材料有钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、镍钴铝酸锂(NCA)、镍钴锰酸锂(NCM)等。

 

锂电池按用途、外形等有多种分类方式,行业中常按照正极材料将锂电池命名和分类。如前面提到,正极材料对于锂电池的能量密度、比功率、寿命、安全、高低温环境下的性能表现、成本等有重要影响,而锂电池在不同维度性能上的表现也决定了其应用场景。