锂电池、锂金属电池、锂离子电池，锂聚合物电池都各有什么区别
来源：宝鄂实业
2019-03-05 08:43
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含锂元素的电池在我们的生活中有着非常广泛的应用，例如手机、电脑和电动汽车上的充电电池。与此同时，有关含锂电池的研究更是在当今科研创新的热点。因此，我们耳边常常听到“锂电池”、“锂离子电池”、“锂金属电池”、“锂聚合物电池”等概念。它们是同一回事吗？
1锂金属电池
锂金属电池(Lithium metal battery, LMB)是指利用金属锂作为负极(Anode)的电池，与其相搭配的正极材料可以是氧气、单质硫、金属氧化物等物质。
放电时，负极的锂金属失去电子，发生如下反应：
正极的硫单质得到电子，发生如下反应：
同时溶液中的Li+离子向硫正极方向迁移，在硫正极上形成不溶于电解液的Li2S产物。总反应方程式为：
充电时，则发生上述反应的逆反应。有兴趣的读者可以自行推导一下锂金属负极分别与碘单质[1]、氧气[2]搭配组成电池时发生的充放电反应。
一些网络上的资料（如维基百科）报导锂金属电池是一次电池(primarycell)，即不可充电电池。值得注意的是，锂金属电池在1912年首次提出时确实是一次电池[3]，但经过一个世纪的发展，现在的技术已经可以很好地实现锂金属的在充放电过程中的溶解和沉积。所以现在科研论文中报导锂金属电池绝大多数为二次电池(secondary cell)，即可充电电池[4]。
2锂离子电池
锂离子电池(Lithium ion battery, LIB)，是指基于锂离子在电解液中迁移而运转的电池，概念中对正负极材料没有限制。最常见的锂离子电池负极材料是锂与石墨的化合物LiC6，常见的正极材料有LiCoO2、LiMn2O4等[5]。图2是石墨-钴酸锂电池充电原理示意图。
石墨电极得到电子，并接受Li+离子嵌入，生成石墨-锂化合物，反应式为：
钴酸锂电极失去电子，同时Li+离子脱嵌，反应式为：
总反应方程式为：
放电时，则发生上述过程的逆反应。
可以看出，锂离子电池的充放电过程其实是锂离子在电极材料中的嵌入、脱嵌以及在电解液中的迁移过程。由于锂离子的半径小，在溶液中的移动速度快，充放电时可以实现正负极间的有效、快速的迁移，从而使整个电化学反应得以进行。
3锂金属电池不等于锂离子电池
从二者的电化学原理可以发现，锂离子电池与锂金属电池的最大差异在于：只要是利用Li+离子作为正负极间离子迁移“载体”的电池就可以被称为锂离子电池。而使用锂金属单质作为电极的电池被称为锂金属电池。
不过，锂金属电池的充放电过程也伴随着Li+离子在电解液中的迁移，因此从严格意义上讲，锂金属电池是一种特殊的锂离子电池，即锂离子电池的概念包含锂金属电池。但是，在科技论文中形成了约定俗成的习惯，提到“锂离子电池”时一般指非锂金属的锂离子电池；当使用锂金属作为电极时一般称“锂金属电池”。
在这样的定义下，二者的区分便很明确了：在锂离子电池中，锂元素只以+1价的Li+离子形式存在，在充放电过程中不发生电子得失；在锂金属电池中，锂元素在充放电过程中会发生相应的价态变化：
在一些场合中，还出现了“锂电池”(lithium battery)的概念，既包括了锂金属电池也包括了锂离子电池，是基于锂元素的电池的总称。图3是“锂电池”、“锂离子电池”、“锂金属电池”三者的关系的示意图。
图3 锂电池、锂离子电池、锂金属电池三者关系示意图
4锂金属电池 vs 锂离子电池
经过几十年的发展，锂离子电池已经成为了比较成熟的技术，走进了千家万户，日常生活中的电子设备、电动汽车都使用了锂离子电池。锂金属电池则是近几年科学研究的焦点之一，但是离普及应用还有很长一段距离。锂金属是碱金属，化学性质活泼，可以与水、氧气等物质反应，在空气中可能发生燃烧，是一种比较危险的物质。那为什么我们还要投入大量的人力物力研究发展锂金属电池呢？
主要原因是锂金属电池的比容量(specific capacity)十分可观，比容量是指单位质量的材料能给出或接受的电子数。下面以锂离子电池中的石墨锂化合物((C6Li)负极和锂金属电池中的锂(Li)负极为例，做一个简单的计算对比。
1 mol的C6Li质量为
放电时给出1mol电子，比电子容量为
1 mol的金属（Li）质量为
放电时给出1mol电子，比容量为
金属锂负极的比容量是石墨锂化合物C6Li 负极的11倍以上！
虽然金属锂电池的商业化还面临着许多问题，例如锂金属负极的枝晶生长、锂硫电池中的多硫化物穿梭效应、锂金属的安全问题等，但是在科学家的努力下，相信有一天锂金属电池能克服这些缺点，让我们的电子设备更加轻盈，让电动汽车跑得更远！
参考文献
[1] Zhao Q，Lu Y，Zhu Z，Tao Z，Chen J．Rechargeable lithium-iodine batterieswith iodine/nanoporous carbon cathode[J]． Nano letters，2015，15：5982-5987．
[2] Peng Z，Freunberger SA，Chen Y，Bruce PG．A reversible and higher-rate Li-O2battery[J]．Science，2012，337：563-566．
[3] Lewis GN，Keyes FG．The potential of the lithiumelectrode[J]． Journal of the American Chemical Society，1913，35：340-344．
[4] Xu W，Wang J，Ding F，Chen X，Nasybulin E，Zhang Y，etal．Lithium metal anodes for rechargeable batteries[J]． Energy & Environmental Science，2014，7：513-537．
[5] Scrosati B．Recent advances in lithium ionbattery materials[J]．Electrochimica Acta，2000，45：2461-2466．
金鉴实验室-延伸阅读：
锂电池、锂金属电池、锂离子电池和锂聚合物电池的区别
原理不同，先说锂金属电池和锂离子电池（聚合物也是锂离子电池），锂金属电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料，由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。锂离子电池负极是石墨等插层结构材料，电池中是锂离子在正负极移动，因此比锂金属电池安全很多。
锂离子电池
再说锂离子电池和锂聚合物电池，锂离子电池电解液是液态，聚合物电池的电解质是凝胶或者固态，更安全一些。
锂金属电池、锂离子电池和锂聚合物电池有什么区别？
首先
我们如今的锂电池，按照学名，应该叫锂二次电池，有相应的负极材料，和锂一次电池不同，一次电池主要是以锂为另一极，这类电池一般使用液态电解液，现如今主要是基于LiPF6、LiClO4溶于DMC:EC(v:v=1:1)的电解液里，有些也对其进行了改性，但仍为液体电池。
聚合物锂电池，从电池内部材料的角度来说，主要是内部电解质是采用聚合物，这里一般是凝胶电解质和固态电解质，如果没记错，韩国人曾经发表过以PEO-离子液体为电解质的凝胶状电池，不知道GalaxyRound或者LGGFlex上有没有用到这样的电池。
锂聚合物电池
其次
锂聚合物电池和锂金属电池、液态锂离子电池在包装上有些许不同，后者一般是以钢壳（18650或者扣式的2320），而锂聚合物电池以铝塑包装膜作为包装，即软包电池。所以目前市场存在一种误解，软包装的锂电池就是聚合物锂电池，其实大部分国内厂家生产的软包电池依然是用的液态电解质，并不属于聚合物锂电池，真正做聚合物锂电池的厂家并不多。
锂金属电池
当然还有锂电池以全固态电解质LiPON，NASICON、钙钛矿、LiSICON这类有高电导率的陶瓷电解质或者是非晶态物质构成的玻璃电解质，如果要分类，可能应该归类在锂二次电池里，但这已经是概念的拓展了
最后锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池内含金属态的锂。锂离子电池不含有金属态的锂，是可以充电的。锂金属电池、锂离子电池和锂聚合物电池在原理上是不同的。
