锂二硫化铁电池是什么电池？和普通电池有什么区别吗？
来源：宝鄂实业
2019-05-16 21:12
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最近在新闻上看到第三代锂铁电池出现，不太懂锂铁电池是什么电池？和普通电池有什么区别吗？具体有什么特别的性能呢？锂离子电池按照正极材料分钴酸锂（主要用在手机电池）、三元（现在电动车用的最多，充电宝等低端的消费产品）、磷酸铁锂（电动车、储能）、锰酸锂（一些低成本的、快充的），使用的负极材料一般为石墨。按照负极划分的话就是石墨负极，钛酸锂负极（比如珠海银隆，主要用在快充、倍放，但能量密度太低，日本还用在储能）、硅碳负极（暂时应用的比较少）。说的铁电池就是用磷酸铁锂作为正极的电池，还有银隆的钛电池，就是负极用钛酸锂...
这个平坦的平台有什么作用呢？一般来说，在这个平台期内，电池的放电电压基本是稳定的，这个时候它可以为电子器件供能，当电压大幅度波动之时，很明显电子器件是受不了的。作为对比，我们可以看看用钴酸锂做正极材料的锂离子电池的充放电图，如下：
Figure 2. Initial charge/discharge curves of Li/pristine Formula and NAF4-coated Formula at 0.2C rate between 3.0 and 4.5 V.
钴酸锂就是我们常见的数码产品电池所用的正极材料，由上图可以看到，磷酸铁锂和钴酸锂两种材料在放电平台上有明显差异。
而在结构上呢？磷酸铁锂是橄榄树结构，如下图：
Figure 3. Crystal of LiFePO4
其他正极材料，一般为层状结构，如上面所说的钴酸锂，还有现在很流行的三元材料，当然，还有的材料是尖晶石型结构，就是LiMn2O4了。
在放电容量上，磷酸铁锂的理论比容量是170 mAh/g，作为对比，有下表：
注意表中的实际比容量一栏，在实际比容量上，磷酸铁锂相对于其他材料，差别不大，甚至还大于某些材料。
说到这里，其实总结起来，磷酸铁锂正极材料就是有一个很平的放电平台，外加一个还算普通的放电容量。其实，相较于其他材料，磷酸铁锂还有一个重要的特点：安全性能好。所以，目前比亚迪的电动汽车采用了磷酸铁锂电池，而不是国外流行的三元电池。
磷酸铁锂是1997年J.B.Goodenough提出的一种锂离子电池正极材料，为橄榄石结构材料。由于它的充放电曲线非常平坦，也就是有一个非常平坦的平台，因而得到了研究人员的广泛注意。
Figure 1. Room temperature (23°C) charge/discharge profiles of LiFePO4LiFePO4 sintered at 550°C.这个平坦的平台有什么作用呢？一般来说，在这个平台期内，电池的放电电压基本是稳定的，这个时候它可以为电子器件供能，当电压大幅度波动之时，很明显电子器件是受不了的。作为对比，我们可以看看用钴酸锂做正极材料的锂离子电池的充放电图，如下：
Figure 2. Initial charge/discharge curves of Li/pristine Formula and NAF4-coated Formula at 0.2C rate between 3.0 and 4.5 V.
钴酸锂就是我们常见的数码产品电池所用的正极材料，由上图可以看到，磷酸铁锂和钴酸锂两种材料在放电平台上有明显差异。
而在结构上呢？磷酸铁锂是橄榄树结构，如下图：
其他正极材料，一般为层状结构，如上面所说的钴酸锂，还有现在很流行的三元材料，当然，还有的材料是尖晶石型结构，就是LiMn2O4了。
在放电容量上，磷酸铁锂的理论比容量是170 mAh/g，作为对比，有下表：
注意表中的实际比容量一栏，在实际比容量上，磷酸铁锂相对于其他材料，差别不大，甚至还大于某些材料。
说到这里，其实总结起来，磷酸铁锂正极材料就是有一个很平的放电平台，外加一个还算普通的放电容量。其实，相较于其他材料，磷酸铁锂还有一个重要的特点：安全性能好。所以，目前比亚迪的电动汽车采用了磷酸铁锂电池，而不是国外流行的三元电池。
一、碳性电池
碳性电池，学名是中性锌-二氧化锰干电池（zinc-manganese dry battery），最简单的识别方法：电池皮上型号为R6+后缀（五号）/R03+后缀（七号），就是此类电池，后缀S表示普通，P表示高功率，C表示高容量等等。碳性电池放电功率很低，放电容量也很拙计，所以只适合用于低耗电电器，如钟表、遥控器等。 另外，碳性电池的负极就是电池外壳，放电完毕后常常由于外壳破裂而发生电解液泄露，损坏用电设备。最大的优点是价钱便宜，市面上单价常常低于一元，甚至有低于5角的（当然质量就呵呵了）。
二、碱性电池
碱性电池亦称为碱性干电池、碱性锌锰电池、碱锰电池，是目前商品化的锌锰干电池系列中性能最好的品种。碱性电池的型号是LR6（五号）/LR03（七号），前缀L代表碱性（a”L”kaline）。当然可能在数字后面还有后缀，但是不常见。碱性电池采用电解二氧化锰制作环形正极，锌粉和添加剂配置的锌膏作为负极。由于电解液导电性强，正负极材料表面积大大优于碳性电池，以及强碱性条件下对锌-锰体系电化学反应的促进作用，使碱性电池的输出功率和容量都远胜于碳性电池。碱性电池相比于碳性电池更适合于较大功率的用电器，不过随着数码技术的发展，很多用电器堪称电老虎，比如高亮度LED手电筒、闪光灯等。这些用电器电流动辄就上1500mA的，一般碱性电池恐怕也难堪大任。
碳性和碱性电池的漏液问题一直是消费者头疼的问题。碳性电池自不必说，用放电过程不断消耗的负极锌兼做外壳，就决定了放电后期外壳很可能破裂漏液，毕竟反应嘛，不一定那么均匀的发生。
虽然碱性电池采用了密封的电池结构，但是碱液有个特点，叫做浸润性，对金属表面吸附能力特强。这造成所谓爬碱现象，也就是我们常说的的电池漏液现象，漏液并不可怕，主要是腐蚀到昂贵的用电器。此外，碱性电池过度放电下负极产生氢气，电池内压升高，为了避免电池爆炸，位于负极泄压阀会打开，排气同时当然也就漏液了。电池漏液是件喜闻乐见又无比蛋疼的事。轻则腐蚀电极影响接触，重则腐蚀电路板昂贵用电器报废。所以，一直以来，电池的一个重要的改进目标就是没有漏液。
常见的有南孚、金霸王、超霸等
三、新一代干电池：锂铁电池
锂铁干电池，全称锂-二硫化铁干电池。由于这种电池采用了全新的内部材料，具备多种特性，常常被业界称为第三代干电池。相较于1949年就有的碱性电池而言，锂铁电池的出现确实十分新颖。正极二硫化铁在放电中发生的反应可逆性较窄，因此这种特殊电池用于开发成为充电电池并不适当，而搭配使用不利于充电但容量较高的锂金属作为负极，便可提高可用容量。这使得这种电池十分适用于一次性电池应用，是碳性电池和碱性电池后的最佳替代方案。由于锂和水会产生剧烈反应的缘故，锂铁电池电解液采用的是含锂盐的有机溶剂而非水溶液，相对于碳性电池和碱性电池而言，这种新型的锂铁电池就从材料上杜绝了漏液的风险。同尺寸锂－二硫化铁电池的重量只有碱性电池一半，而放电总能量却比碱性电池高出25%以上。具有明显放电电压平台（大约1.45V），因此相比碱性电池而言锂铁电池放电电压更稳定。放电功率显著高于碱性电池。特别适合在重负载场合使用，如闪光灯、电动工具、电动牙刷、成人玩具、儿童玩具的使用中。同时相比于碱性电池，其漏液率和自放电都更低，因此用于低功率的用电器同样具有一定的优势，但是制约其普及的最大因素是制作成本较高，电池单价可高出碱性电池100%以上。
锂铁电池除了在内部材料上跟碳性、碱性电池有着本质区别，在生产工艺上也完全不同，耐时锂铁电池的内部也是卷绕式的结构。
常见的有耐时锂铁电池
这三类电池，可谓各有优势，较第一代碳性和第二代碱性电池而言，第三代锂铁电池优势更为明显。其中最为突出的性能优势：能够完全兼容1.5V用电平台设备；特别适用于大电流放电；电量充足，其实际放电容量超过市面上在售的所有民用一次电池；温度范围比其他一次电池宽广得多，低温性能优异，可用在-40℃至60℃环境下；体积小、重量轻、防漏液；自放电低，可贮存长达10年；不含对环境有害的材料，无汞无铬从原材料上实现真正的零污染。正是基于以上优点，锂铁电池常常被业内称为继碳性电池、碱性电池后的第三代一次电池，是目前一次性电池最理想的替代方案，更成为众多国家地震和战时应急包里的必备品。
