锂离子电池用途-替代品常见问题

现在所有设备都使用锂离子电池。从手机到电动汽车，无数类型的设备都由这种出色的电池技术提供动力。在本文中，我们将讨论锂离子电池。我们将看到这项技术背后的历史和演变、电池化学、这些电池的寿命、它的优点、缺点和应用。

锂离子电池的历史

电池化学

让我们来看看锂离子电池的化学成分。

电池组件

锂离子电池本身使用不同的电极组合。其中最常见的组合是钴酸锂作为阴极，锂掺杂石墨作为阳极。一种称为醚的有机化合物通常用作电解质。电解液中含有大量的锂盐。

该电池由两个半电池组成，中间有一个隔板。一个半电池是阴极，另一个是阳极。两个半电池都充满了电解质。

电池如何工作？

电池的工作涉及两个过程：充电和放电。

该过程从阳极开始。一旦阳极与电解质接触，电解质中的锂盐就会分解成碳、锂离子和电子。这种锂离子试图与电子一起移动到阴极。

注意：锂离子穿过电解质和隔膜，而电子仅通过外部介质到达另一侧。

因此，当电池连接到电子电路时，电子会在电路中移动。一旦电子开始移动，锂离子也会移动到另一侧。然后，这两种颗粒都会与阴极结合形成锂钴氧化物。

充电过程：

锂钴氧化物是锂离子电池中非常重要的组成部分，因为它可以在电池充电时很容易地返回钴、锂离子和电子。当我们将电池连接到充电器时，会发生相反的过程。

锂离子电池是当今最流行的电池之一。这种广泛接受是由于它们在多个应用程序中展示的众多优点和功能。很明显，这一成功是一系列发现、修改和其他努力的结果。尽管最新锂离子电池的发展历程有许多阶段需要讨论，但我们在这里只会看到重要的里程碑。

• 1973年： Adam Heller提出锂亚硫酰氯电池，至今仍在植入式医疗器械和防御系统中使用。它具有更长的保质期、高能量密度和对极端工作温度的耐受性。
• 1979 年： Ned A. Godshall、John B. Goodenough 和 Koichi Mizushima 展示了一种电压在4V范围内的可充电锂电池，使用锂钴二氧化物作为正极，锂金属作为负极。
• 1980年： Rachid Yazami发明锂石墨电极，从2011年开始成为商用锂离子电池最常用的电极。
• 1985 年： Akira Yoshino 通过使用碳质材料组装原型电池提高了安全性，其中锂离子和锂钴氧化物用作电极。
• 1817 年： Arfwedson 和 Berzelius从透锂长石矿石 (LiAlSi4O10) 中发现了锂。该元素于 1821 年由 Brande 和 Davy 首次从矿石中成功分离出来。
• 1970年：英国化学家M. Stanley Whittingham提出第一个锂电池。他还想出了将锂离子存储在二硫化物材料层中的方法。硫化钛和锂金属用作电极。但该模型有几个局限性。
• 1990 年： Jeff Dahn 和两位同事报告了在碳酸亚乙酯溶剂存在下，锂离子可逆地嵌入石墨中。这一发现导致了现代锂离子电池的诞生。
• 1991 年：索尼和旭化成发布了第一块商用锂离子电池。
• 2010年：全球锂离子电池产能达到20吉瓦时。到2016年为28GWh，中国为16.4GWh。各种来源估计2023 年的产量在400 到 1,100 GWh 之间。
• 2011 年：锂离子电池占日本所有便携式二次电池销量的 66% 。

锂离子电池的能量密度是多少？

电池中所含的能量与其重量的比值称为电池的能量密度。它通常以每千克瓦时 (Wh/kg)表示。能量密度的体积表示以每升瓦时 (Wh/L) 为单位。能量密度越高的电池续航时间越长，反之亦然。因此，能量密度是每个电池的关键参数。

锂离子电池的能量密度在90-160Wh/kg范围内。根据2008年的统计，锂离子电池的平均体积能量密度为每升55瓦时。到 2020 年，这一数字进一步增加到每升 450 瓦时。下图显示了从 2008 年到 2020 年的进展情况。

锂离子电池的突出应用之一是电动汽车(EV)。锂离子电池的高体积能量密度使其成为电动汽车的完美选择。高能量密度的优势包括在更小的电池组上运行更远的距离，以及更小的电池空间、成本和重量。

锂离子电池的容量是多少？

电池容量决定了电池在指定条件下提供的最大能量。它也是电池储存的电荷，是电池活性物质的质量。它以安培小时 (Ah) 表示。锂离子电池的最大容量记录为大约3.8 Ah。

锂离子电池的寿命是多少？

电池的寿命是决定其在不同应用中有用性的重要因素。特别地，可再充电电池的充电循环次数是非常重要的因素。电池的寿命是电池提供电力直至耗尽的时间。充电周期决定了电池完全充电、放电和再次完全充电的周期。