介绍一些锂离子电池的基本知识
来源：宝鄂实业
2019-10-27 17:00
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近年来，电动汽车、新能源已成为我国发展的重要方向，电池可以说是该领域的核心技术。与此同时，市场上出现了许多与电池有关的新闻，如“X分X秒充满电，1000公里的续航里程”等信息让公众大吃一惊。然而，从专业的角度来看，我们需要对这些新奇的事物有所保留。
近年来，电池技术有所改善，但其性能似乎远远低于大众的预期。至于手机，三星只略微增加了电池的能量密度，一些管理和设计问题导致NOTE7出现问题。虽然电池已成为一个热点话题在社会里,我们必须理性地知道电池的进展,尽管有许多可能性并不容易选择一个可行的路径和把它通过服务社会(工业化),因为选择和研发都需要大量的能量。因此，就锂电池行业和社会的普遍期望而言，公众期望尽快获得快速的运营和务实的态度是可以理解的，但在行业实践中是不可取的。因此，谨慎选择和筛选锂电池技术是非常重要的!
众所周知，锂离子电池综合性能良好，是消费电子、电动汽车乃至储能行业的主力军。近年来，社会和专业人士对他们也有很高的期望。目前市场上锂电池技术种类繁多，在一定程度上极大地吸引了投资者和地方政府的关注。但值得注意的是，这些技术整体上有好有坏，以下几点:有的包装很好，实际的先进技术是个大问号。
在此背景下，笔者在这里介绍一些筛选锂离子电池的基本知识，以便于广大公众科学知识的宣传。
什么是锂离子电池?它是如何工作的?
锂离子电池是二次电池，依靠锂离子在正极和负极之间移动。在充电和放电的过程中,李+(锂)在嵌入和嵌入式之间来回的两个电极的锂离子在正极和负极材料储存能量是不同的,和不同的是锂离子电池的能量储存和释放电荷:充电时,李+嵌入式从阳极,阳极,电解液嵌入式富锂阴极,阳极在锂状态;放电则相反。下图是锂离子电池的典型工作原理图，它采用了最经典的锂钴-石墨负极反应体系。
在该电池中，以充电过程为例，正极和负极的具体反应如下:
XLi LiCoO2 = Li1 - xCoO2 + + xe
6 c++ xe xLi - = LixC6
由于材料本身的有限性，在正极反应过程中，钴酸锂一般只能释放0.5个锂离子，再多就会导致结构坍塌和损伤。因此，钴酸锂的理论容量上限仅为140mAh/g左右，而石墨负极的理论密度为360mAh/g。加上钴酸锂放电平均电压为3.7 V(实际上从4.2充电最高电压逐渐下降到3 V, 3.7平均水平),同时,考虑到石墨阴极潜在价值低,和其他各种细胞成分,最后可以得到我们使用锂电池的能量密度(例如:手机)大约是160 wh /公斤。
能量密度是所有电池最基本的核心参数，它必须而且应该是公开透明的。然而，在目前常用的锂离子电池中，由于材料和技术系统的不同，能量密度可以从几十个(如钛酸锂)到大约200Wh/kg不等。一旦数值非常高(或非常低)，就值得特别关注:一方面，由于技术人员的努力，能量密度有所提高，这可能是技术上的突破，值得庆祝。另一方面，也不排除一些人夸大经营业绩的现象。如果能源密度数据不容易标注，消费者/投资者在购买或投资前应三思。电池电化学科学的基础上,对这一领域,有一个简单但最基本的原则:任何类型的细胞,其储存能量的机制都需要编写相应的电化学反应方程,所以我们可以知道电压,相比之下，许多新一点——例如铝、镁等电池，在不谈论技术可靠性之外，其反应机理确实存在，因此至少还存在进一步讨论分析这种技术的空间。
