锂电池小论文_电池小论文
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天平
论文题目 ： 姓学班年专名 ： 号 ： 级 ： 级 ： 业 ：
锂电池 庄国强
学院
1130109107
1班 2011 级 应用化学 刘成宝 2014年4月10日 指导教师 ： 完成时间 ：
功能材料化学小论文
摘要：锂是高能电池理想的负极活性物质，因为它具有最负的标准电极电势，相当低的电化学当量。锂电池具有电压高、比能量高、比功率大、寿命长、轻的特点。
锂十分活泼，通采用有机溶剂或非水无机溶剂电解液制成锂非水电池、用熔融盐制成锂熔融盐电池和用固体电解质制成锂固体电解质电池。
子信息时代使对移动电源的需求快速增长，锂离子电池经过将近二十年的发展，已经成为一种相对成熟的技术，由于它具有体积小、重量轻、高储能、循环寿命长等特点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有非常广阔的应用前景。
本文主要阐述了锂电池的发展历程、它的原理以及前景和应用。关键词：锂电池、优缺点、性能、应用、前景
正 文： 一.电池的发展过程以及我国电池的发展简史
电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明，至1883年发明了氧化银电池，1888年实现了电池的商品化，1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池，进入20世纪后，电池理论和技术处于一度停滞时期。但在第二次世界大战之后，电池技术又进入快速发展时期。首先是为了适应重负荷用途的需要，发展了碱性锌锰电池，1951年实现了镍-镉电池的密封化。1958年Harris提出了采用有机电解液作为锂一次电池的电解质，20世纪70年代初期便实现了军用和民用。随后基于环保考虑，研究重点转向蓄电池。镍-镉电池在20世纪初实现商品化以后，在20世纪80年代得到迅速发展。
随着人们环保意识的日益增加，铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，因此需要寻找新的可代替传统铅酸电池和镍-镉电池的可充电电池。锂离子电池自然成为有力的候选者之一。1990年前后发明了锂离子电池。1991年锂离子电池实现商品化。1995年发明了聚合物锂离子电池，（采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质）1999年开始商品化。现代社会电池的使用范围已经由40年代的手电筒、收音机、汽车、和摩托车的启动电源发展到现在的40-50种用途。小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP3、MP4、照相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等。大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源，电动工具、拖船、拖车、铲车、轮椅车、高尔夫球运动车、电动自行车、电动汽车、风力发电站用电池、导弹、潜艇和鱼雷等军用电池。还有可以满足各种特殊要求的专用电池等。电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。
对于我国目前的电池工业而言，存在的主要问题是环境污染和资源浪费严重。对于
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环境污染而言，由于我国电池工业的自动化、机械化程度不高，很多企业多为手工操作，导致生产过程中污染很大，对工人身体危害大。干电池行业曾被人戏称为“污染企业”，“黑工业”。这些污染物主要有MnO2粉、HgO、沥青烟、烟雾、石蜡烟气等。其中汞是最受关注的、有剧毒的重金属，极微量的汞对人体有很大毒性。目前发达国家已宣布自1994年起禁止有汞电池的生产和进口。目前我国多数厂家仍然生产有汞电池。铅酸电池行业的主要污染物有Pb、Pbo粉尘、酸雾及废酸等。铅也是毒性较大的重金属，慢性铅中毒主要表现在神经系统受损、肾功能障碍和贫血等。Cd-Ni电池所用原料多为粉状，也存在粉尘污染问题；而且Cd的毒性较大，可以积累在肾脏和骨骼中，引起肾功能失调。另外，骨骼中钙被镉取代，使骨骼软化，疼痛难忍。此外，碱雾、废酸也是重要的污染物。锌锰干电池经常会出现铜绿、冒浆现象，总有一些MH-Ni电池在使用中会出现喷碱或爆裂现象。铅酸蓄电池仍有较大比例为老式开口电池，使用中仍有冒气冒酸现象。废旧电池的大量弃用浪费了大量的有用材料。例如对于干电池的银电池而言，我国基本上未加以回收利用，至于价值低的锌锰干电池利用效果更差。为了减少污染，保护环境，维护生态平衡以及保护地球上的有限资源，应当尽可能扩大资源种类，选用储量丰富的资源以及利用有利于环保的资源。因此，锂离子电池成为我国必须发展的电池品种。二．锂电池的诞生过程
自从1958年美国加州大学的一位研究生提出了锂,钠等活泼金属做电池负极的设想后,人类开始了对锂电池的研究.而从1971年日本松下公司的福田雅太郎发明锂氟化碳电池并使锂电池实现应用化商品化开始,锂电池便以其比能量[1]高,电池电压高,工作温度范围宽,储存寿命长等优点,广泛应用宇军事和民用小型电器中,如移动电话,便携式计算机,摄像机,照相机等.锂电池是一类以金属锂或含锂物质作负极的化学电源的总称.由于锂的标准电极电位负值较大(相对标准氢电极电位为-3.05V)而且理论比容量[2]高达3.88Ah/g.因此,与常规电池相比,具有电压高(3V左右),比能量大（200-450Wh/kg)，可反复充放电（5000次以上），无记忆效应，无污染，工作环境宽等特点.已实用化的锂电池有Li-MnO2，Li—I2,Li-CuO,Li-SOCl2,Li-(CFx)n,Li-SO2,Li-Ag2CrO4等.而当这里的锂电极用碳代替时,便成了最新式的锂离子蓄电池.锂离子电池的研究始于20世纪80年代.1990年日本Nagoura等人研制文档冲亿季，好礼乐相随mini ipad移动硬盘拍立得百度书包成以石油焦为负极,以LiCoO2为正极的锂离子电 池:LiC6|LiClO4-PC+EC|LiCoO2.同年.Moli和
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sony两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池.1991年,日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池.1993年,美国Bellcore(贝尔电讯公司)首先报道了采用PVDF工艺制造成聚合物锂离子电池(PLIB)。发展到今天性能有了极大地提高，被广泛适用于手机、电脑等。
三.锂电池的工作原理
锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLIB)两类.其中,液态锂离子电池是指以Li+嵌入化合物为正负极的二次电池.正极采用锂离子化合物LiCoO2,LiNiO2或LiMn2O4 ,负极采用锂-碳层间化合物LixC6 电解质为溶解有锂盐的LiPF6,LiAsF6等有机溶剂.聚合物锂电池的正极和负极与液态锂离子电池相同.只是原来的液态电解质改为含有锂盐的凝胶聚合物电解质.而目前主要开发的就是这种.当锂离子电池工作时,它的电化学表达式为： Cn|LiClO4-EC+DEC|LiMO2(+)正极反应:LiMO2 ===Li1-xMO2+xLi+xe 或Li1+yMn2O4 ===Li1+y-xMn2O4+LixCn(-)负极反应:nC+xLi+xe ===LixCn(式中M为Co,Ni,Fe,W等)锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池,正负两极由两种锂离子嵌入化合物组成.充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡,放电时则相反,Li+从负极脱嵌,经电解质嵌入正极，从而构成闭合回路。四.锂电池的应用的及优缺点
锂电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统邮电通讯的不间断电源，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。
锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。随着能源的紧缺和世界的环保方面的压力。锂电现在被广泛应用于电动车行业，特别是氧化锰锂材料电池的出现，更推动了锂电池产业的发展和应用。锂离子电池的优点：
（1）能量比比较高。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的6-7倍；
（2）使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池用1CDOD充放，第 3 页
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有可以使用10,000次的记录；
（3）定电压高（单体工作电压为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；
（4）具备高功率承受能力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速；
（5）自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一，目前一般可以做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20；
（6）高低温适应性强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45℃环境下使用；
（7）重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/5；
（8）绿色环保，无论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有害重金属元素和物质；
（9）生产基本不消耗水，对缺水的我国来说，十分有利。
比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克（重量单位），L（体积单位）。锂电池的缺点：
1.锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险。2.钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，安全性较差。3.锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电。4.生产要求条件高，成本高。五.锂离子未来发展行情（前景）
随着对现有材料和电池设计技术的改进以及新材料的出现，锂离子电池的应用 范围不断的拓展。民用已从信息产业移动电话，PDA笔记本电脑等拓展到能源交通电动汽车，电网调峰，太阳能，风能电站蓄电，军用则涵盖了海，潜艇，水下机器人，陆军士兵系统，机器战士等。锂离子电池技术已不是一个单纯一项产业技术，它攸关信息产业的发展，更是新能源产业发展的基础技术之一，并成为现代和未来军事装备不可缺少的重要粮食之一。美国市场调查公司预计，锂电池的全球市场今后将大幅增长，2013年供货量将达到39.9亿块。该公司指出，锂离子能源密度的提高以及轻量化是今后需求扩大的关键，配备高能效电池的产业用便携设备的需求增加也将推动锂电池市场的增长，消费类产品用锂电
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池市场已经成熟，而面向产业及车载的市场今后5到7年内还会继续增长。
锂离子电池为电子产品提供动力能源的配套产品，其消费需求增长取决于需要其配套的电子产品的消费增长。目前主要用于手机，手提电脑，未来在台式电话子母机，摄像机，电动自行车，军警移动通讯工具和设备，以及电动汽车等领域将广泛运用，其潜在需求巨大。人们越来越重视环境保护和寻求不可再生能源的替代品。各国都在研制环保型汽车，电动汽车是其中方案之一。如果锂离子电池的成本能够降下来，未来作为电动车的电源是完全能够胜任的。追求高比能量的高性能电池随着锂离子电池的普及。人们对电池的性能也提出了更高的追求。所以开发高端的更安全，更轻薄，更大容量的锂离子电池必将是未来锂离子二次电池企业的必然之路。随着太阳能，风能产业的发展，锂离子电池在这些产业方面大有作为。电动汽车的产业化估计在未来的10年内完成，近十年必须开发出高比能，高比功率能快速充电和具有深度放电功能，循环和使用寿命长，安全不污染环境价格合理的电池及相关材料。
作为电池中的佼佼者，锂离子电池正以一种令人惊讶的速度吞噬着越来越多的市场份额，并逐渐成为市场电池的主流产品。可以说在未来的电池行业中，谁拥有更好的锂电池制造技术就意味着谁能抢占市场的先机，获得巨大的利润。这将是为我国锂电产业的发展提供直接的动力。
由于锂电产业的发展关系到我国电池行业在世界市场的生存，我国政府对锂电池的研究工作相当重视，早在“863”计划中便把研究开发锂离子电池列为重中之重的项目，“九五”期间又将锂离子电池列入国家重点科技攻关项目，在使之成为电子行业新的重大经济增长点的同时，带动整个行业的技术进步和经济发展。政府的重视为我国锂电池行业的发展提供了一个良好的契机：随着政府向锂离子电池行业投入更多的资金和人力，在“863”“十一五”等计划的支持下，中国锂离子电池行业正以前所未有的速度发展，高端展品市场竞争力也在不断的增强，有望在未来的发展中赶超国外水平，赢得更强的竞争。
结语
锂离子电池,作为一种绿色环保电源,正以其独特魅力,影响着我们的世界,在初步了解它的原理后,我们将来要做的是更好的研究和利用它,我们相信,未来的锂离子电池在我们手中将会取得更加丰硕的成果。
参考文献：
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