科士达蓄电池一般制备方法
研究的热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石型LiM2O4结构的化合物及复合两种M(M为Co,Ni,Mn,V等过渡金属离子)的类似电极材料上。
1)固相法一般选用碳酸锂等锂盐和钴化合物或镍化合物研磨混合后,进行烧结反应[10]。此方法优点是工艺流程简单,原料易得,属于锂离子电池发展初期被广泛研究开发生产的方法,国外技术较成熟;缺点是所制得正极材料电容量有限,原料混合均匀性差,制备材料的性能稳定性不好,批次与批次之间质量一致性差。
2)络合物法用有机络合物先制备含锂离子和钴或钒离子的络合物前驱体,再烧结制备。该方法的优点是分子规模混合,材料均匀性和性能稳定性好,正极材料电容量比固相法高,国外已试验用作锂离子电池的工业化方法,技术并未成熟,国内目前还鲜有报道。
3)溶胶凝胶法利用上世纪70年代发展起
来的制备超微粒子的方法,制备正极材料,该方法具备了络合物法的优点,而且制备出的电极材料电容量有较大的提高,属于正在国内外迅速发展的一种方法。缺点是成本较高,技术还属于开发阶段[11]。
4)离子交换法Armstrong等用离子交换法制备的LiMnO2,获得了可逆放电容量达270mA·h/g高值,此方法成为研究的新热点,它具有所制电极性能稳定,电容量高的特点。但过程涉及溶液重结晶蒸发等费能费时步骤,距离实用化还有相当距离。
正极材料的研究从国外文献可看出,其电容量以每年30~50mA·h/g的速度在增长,发展趋向于微结构尺度越来越小,而电容量越来越大的嵌锂化合物,原材料尺度向纳米级挺进,关于嵌锂化合物结构的 理论研究已取得一定进展,但其发展理论还在不断变化中。困扰这一领域的锂电池电容量提高和循环容量衰减的问题,已有研究者提出添加其它组分来克服的方法[12][13][14][15][16][17]。但就目前而言,这些方法的理论机理并未研究清楚,导致日本学者Yoshio.Nishi认为,过去十年以来在这一领域实质进展不大[1],急须进一步地研究。
此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比锂离子电池有所提高。
基于以上优点,聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。 聚合物锂离子(Lithium ion polymer)电池,具有更高能量密度、小型化、薄型化、 轻量化、高安全性、长循环寿命与低成本的新型电池。因此,在未来 2~3 年内,聚合物锂电池取代锂离子电池市场的份额将达 50%。
1.4.3 当前手机已被广泛使用,早期的手机中多使用镍氢电池,但灵
巧型的手机则是锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分 重要的。锂离子电池是目前应用为广泛的锂电池,它根据不同的电子产品 的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式,并且有由几个电池串 联在一起组成的电池组。 锂离子电池的额定电压为 3.6V(有的产品为 3.7 V)。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关:阳极材料为石墨的 4.2 V;阳极材料为焦炭的 4.1V。不同阳极材料的内阻也不同,焦炭阳极的内阻 略大,其放电曲线也略有差别。一般称为 4.1V 锂离子电池及 4.2V 锂离子电 池。现在使用的大部分是 4.2V 的,锂离子电池的终止放电电压为 2.5V~2. 75V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同)。低 于终止放电电压继续放电称为过放,过放对电池是有损害的。
1.4.4 锂离子电池不适合用作大电流放电,过大电流放电时会降低放
电时间(内部会产生较高的温度而损耗能量)。因此电池生产工厂给出大放 电电流,在使用中应小于大放电电流。 锂离子电池对温度有一定要求, 工厂给出了充电温度范围、放电温度范围及保存温度范围。 锂离子电池对 充电的要求是很高的,它要求精密的充电电路以保证充电的安全。终止充电 电压精度允差为额定值的_1%(例如:充 4.2V 的锂离子电池,其允差为_0.0 42V),过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应根据 电池生产厂家的建议,并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的 充电率为 0.25C~1C(C 是电池的容量,如 C=800mAh,1C 充电率即充电电流 为800mA)。在大电流充电时往往要检测电池温度,以防止过热损坏电池或 产生爆炸。
1.4.5 锂离子电池充电分为两个阶段:先恒流充电,到接近终止电压时改
为恒压充电。以 800mAh 容量的电池为例,其终止充电电压为 4.2V。电池以 800mA(充电率为 1C)恒流充电,开始时电池电压以较大的斜率升压,当电池电压 接近 4.2V 时,改成 4.2V 恒压充电,电流渐降,电压变化不大,到充电电流降为 1/10C(约 80mA)时,认为接近充满,可以终止充电(有的 到 1/10C 后启动 定时器,过一定时间后结束充电)。 锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、 过放或过流时,会造成电池的损坏或降低使用寿命。
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1.5. 锂离子电池优缺点
1.5.1 锂离子电池具有以下优点:
1. 电压高,单体电池的工作电压高达 3.6-3.9V,是 Ni-Cd、 Ni-H 电池的 3 倍
2. 比能量大,目前能达到的实际比能量为 Wh/kg 和 Wh/L(2 倍于 Ni-Cd,1.5 倍于 Ni-MH),未来随着技术发展, 比能量可高达 150Wh/kg 和 400 Wh/L
3. 循环寿命长,一般均可达到 500 次以上,甚至 1000 次以上.对于小电 流放电的电器,电池的使用期限 将倍增电器的竞争力.
4. 安全性能好,无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池,因金属 锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域:Li-ion中不含镉、铅、汞等对 环境有污染的元素:部分工艺(如烧结式)的Ni-Cd电池存在的一大弊病为 “记忆效应”,严重束缚电池的使用,但Li-ion根本不存在这方面的问题。
5. 自放电小,室温下充满电的 Li-ion 储存 1 个月后的自放电率为 10%左右,大大低于 Ni-Cd 的 25-30%,Ni、MH 的 30-35%。
6. 可快速充放电,1C 充电是容量可以达到标称容量的 80%以上。
在使用锂电池中应注意的是,电池放置一段时间后则进入休眠状态,此 时容量低于正常值,使用时间亦随之缩短。但锂电池很容易激活,只要经过 3—5次正常的充放电循环就可激活电池,恢复正常容量。由于锂电池本身 的特性,决定了它几乎没有记忆效应。因此用户手机中的新锂电池在激活过
程中,是不需要特别的方法和设备的。不仅 理论上是如此,从我自己的实践
来看,从一开始就采用标准方法充电这种“自然激活”方式是好的。