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探究如何正確使用鋰離子電池
引導語(yǔ)：一個(gè)鋰離子電池主要由正極、負極、電解液及隔膜組成，外加正負極引線(xiàn)，安全閥，PTC(正溫度控制端子)，電池殼等。以下是YJBYS的小編為大家找到的探究如何正確使用鋰離子電池。希望能幫助大家!
摘要：鋰離子電池以其比能量高、功率密度大、循環(huán)壽命長(cháng)、自放電小、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)勢已經(jīng)成為當代便攜式電子產(chǎn)品的可再充式電源的主要選擇對象，可廣泛應用于通訊、交通、機動(dòng)車(chē)輛、軍事、計算器具和家用電器等諸多方面。對鋰離子電池而言，其主要構成材料包括電解液、膈膜、正負極材料。不僅要對它的電化學(xué)性能有所了解，更要注意對鋰離子電池的使用方法，正確得當的使用鋰離子電池，將讓人們的生活變得更加方便快捷。
關(guān)鍵詞：電池 工作原理 鋰離子
一、鋰離子電池的工作原理
一個(gè)鋰離子電池主要由正極、負極、電解液及隔膜組成，外加正負極引線(xiàn)，安全閥，PTC(正溫度控制端子)，電池殼等。一般來(lái)講，鋰電池種類(lèi)很多，但它們的工作原理基本相同。在充電時(shí)，鋰離子脫離正極材料，再通過(guò)隔膜以及電解液，再進(jìn)入負極材料，放電過(guò)程正好跟充電相反。以常見(jiàn)的液態(tài)鋰離子為例，當以石墨為負極材料，以為正極材料時(shí)。
二、生活中常見(jiàn)的幾種正極材料
1. 晶體結構
具有高的能量密度，優(yōu)異的循環(huán)性能，是目前工業(yè)上最廣泛使用的鋰電池正極材料。有三種物相，分別為層狀結構、尖晶石結構的和巖鹽相。層狀的中氧原子采取畸變的立方密堆積，鋰和中心過(guò)度金屬原子分別形成與氧原子層平行的單獨層，層和層交替分布層兩側，占據八面空隙，通過(guò)它們的相互層疊堆積形成六方晶系的超點(diǎn)陣，所以層狀的框架結構可為鋰原子提供二位的遷移通道;尖晶石結構的氧原子為理想立方密堆積排列，層中含有25%鈷原子，層含有25%鋰原子。巖鹽相晶格中和隨機排列，無(wú)法清晰地分別出鋰層和鈷層。所以在正極材料的應用中通常不采用巖鹽相的。同時(shí)由于鋰層中的鈷原子會(huì )阻礙鋰原子的可逆脫嵌，造成中的傳質(zhì)速度變慢，而脫鋰時(shí)的反應活性高，容易在電極表面形成鈍化膜，所以材料的實(shí)用化也難以實(shí)現。
2.的晶體結構
具有規整的橄欖石結構，屬于正交晶系(，)，每個(gè)晶胞中有四個(gè)單元。其結構如下在中，氧原子以稍微扭曲的六方緊密堆積方式排列，和各自處于氧原子八面體中心位置，形成八面體，只不過(guò)占據的是共角的白面體位置而占據的是共邊的八面體位置。交替排列的八面體、八面體和四面體形成層狀空間骨架。由于近乎六方堆積的氧原子的緊密排列，使得鋰離子只能在二維隧道內遷移，也因此具有了較高的理論密度()。該材料中和以強共價(jià)鍵牢固結合極大地穩定了材料的晶體結構，從而使材料具有很高的熱穩定性。許多研究表明：具有穩定有序橄欖結構的晶體是較理想的鋰電池正極材料。
3. 的電化學(xué)性能
在純相的橄欖石結構晶體結構中，相對金屬鋰的電壓為3.4V，理論容量為170，實(shí)際容量可達到160左右。在充電過(guò)程中很穩定，不必考慮溫度變化度晶體結構的影響，且它的充放電曲線(xiàn)平臺很長(cháng)。充電時(shí)，鋰離子從層面間遷移出來(lái)，經(jīng)過(guò)電解進(jìn)入負極，發(fā)生的氧化反應，為保持電荷平衡，電子從外電路到達負極。放電時(shí)則發(fā)生還原反應，與上述過(guò)程相反。的正極嵌脫鋰的反應時(shí)兩相反應：
正極反應：
負極反應：
3. 的晶體結構
系形成的化合物較多，可作為正極材料的主要有、、和，這些化合物在合成和充放電過(guò)程中，容易發(fā)生結構轉變，對材料的電化學(xué)性能產(chǎn)生不利的影響。這里介紹尖晶石型中股價(jià)構型，該骨架是四面體以及八面體共同面的三維網(wǎng)絡(luò )，這種網(wǎng)絡(luò )有利于其中原子的擴散，如下圖所示。
尖晶石屬于空間群，鋰原子占據了四面體(8a)位置，錳原子占據了八面體(16d)位置，氧原子占據了面心(32e)位，因此，該結構可以表示成為。由于普通面心立方結構的邊長(cháng)是尖晶石結構的晶胞邊長(cháng)的一半，因此可以把尖晶石結構認為是一個(gè)復雜的立方結構，包含了八個(gè)普通的面心立方晶胞。所以，一個(gè)尖晶石的晶胞包含有32個(gè)氧原子，16個(gè)錳原子占據32個(gè)八面體間隙(16d)的一半，另一半八面體(16c)側空著(zhù)，鋰占據64個(gè)四面體間隙位(8a)的1/8�？芍�，鋰原子通過(guò)空著(zhù)的相鄰四面體和八面體間隙沿8a-16c-8a的通道在的三維網(wǎng)絡(luò )中脫嵌。正是由于具有這種的正尖晶石結構且鋰錳氧化物資源豐富、毒性低，才使它在眾多鋰離子電池正極材料中脫穎而出，被認為是最有應用前景的4V鋰離子電池正極材料。
3.2 的電化學(xué)性能
4V電池，理論容量為148循環(huán)200次后比容量保持在100以上。它的主要缺陷是：(1)在電解液中，容易發(fā)生歧化反應生成溶解于電解液中，造成活性物質(zhì)損失;(2)在深度放電過(guò)程中，錳的平均價(jià)態(tài)為3.5時(shí)會(huì )發(fā)生姜-泰勒效應，導致晶體的對成型從立方晶系逐漸轉變?yōu)樗姆骄?(3)電解液與電極之間在充放電過(guò)程會(huì )消耗，導致兩電極間容量平衡發(fā)生改變是整個(gè)電池的比容量降低。從而導致電池經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后發(fā)生電容量衰退。因此克服循環(huán)容量衰減是研究鋰離子正極材料重要工作。
三、鋰電池的使用常識
鋰離子電池，具有重量輕，容量大，壽命長(cháng)的特點(diǎn)，是目前手機電池的最佳選擇，正確的使用鋰電池，能更加充分發(fā)揮它的優(yōu)勢和使用壽命。
1.鋰電池的激活
鋰離子電池激活的時(shí)間無(wú)需太過(guò)長(cháng)。如果從鋰離子電池的性能特征和鋰離子電池的工作原理來(lái)看，這個(gè)說(shuō)法毫無(wú)疑問(wèn)是對的。
鋰離子電池本身要經(jīng)過(guò)恒壓充電，在它出廠(chǎng)以前，然后放電，如此進(jìn)行循環(huán)，使電極充分淹沒(méi)電解液，充分活化，以容量達到所要求目的為止，這個(gè)叫做激活過(guò)程，這樣出來(lái)的鋰離子電池到用戶(hù)手上已經(jīng)是激活過(guò)的了�？墒谴嬖谝粋�(gè)不可避免的問(wèn)題，就是電池廠(chǎng)出廠(chǎng)的電池到用戶(hù)手上，在這個(gè)時(shí)間段里面是難以確定的，有時(shí)可能是很短的，或許就一兩個(gè)月，但也有可能是非常的，能達到半年或者一年更久。如果是像剛才說(shuō)的很長(cháng)的時(shí)間的話(huà)，那么電池的電極材料將產(chǎn)生鈍化，因此，鋰離子電池在第一次用它時(shí)，將它進(jìn)行激活還是非常需要的。所以，廠(chǎng)家一般也建議：對首次使用的鋰電池最好進(jìn)行1到3次完全充放電過(guò)程(這里的完全放電不可理解為過(guò)度放電)以便對有可能鈍化的電極材料進(jìn)行消除，達到最大容量。之后，電池就可以即充即用了，只有在長(cháng)時(shí)間不用后才需要再次進(jìn)行完全充電和放電，讓它恢復活力。
2.鋰電池的壽命
鋰離子電池的使用壽命與鎳鎘電池以及鎳氫電池的壽命都不同，鎳鎘和鎳氫是以充電的次數來(lái)計算，鋰離子電池的使用壽命是以充放電周期計算的，這個(gè)周期指的是鋰電池在做一次完整的充放電的過(guò)程。鋰離子電池的使用壽命在出廠(chǎng)時(shí)就已經(jīng)確定了，同一個(gè)品牌同一個(gè)種類(lèi)和批號的產(chǎn)品，他們的使用長(cháng)短,也就是充電放電的周期數是相同的。
鋰離子電池充放電的循環(huán)次數，一般在500次到1000次。依據“總規范”，鋰離子電池的充放電的循環(huán)次數不會(huì )低于300次，“總規范”對電池循環(huán)次數試驗有嚴格的規定。不同的循環(huán)制度得到的循環(huán)壽命次數是不同的，在低放電深度下鋰離子電池的循環(huán)壽命可達上萬(wàn)次。
所以，鋰離子電池不存在記憶效應的說(shuō)法、并且鋰電池在低放電、少放電下循環(huán)充放電的情況下，循環(huán)次數可達上萬(wàn)次。
3. 鋰電池充電器
一方面,鎳鎘電池、鎳氫電池的充電方法與鋰電池的充電方法是完全不一樣的，因此，鎳鎘電池、鎳氫電池的充電器不能與鋰電池的充電器共用一個(gè)。
另一方面，鋰電池之間也有種類(lèi)區別，由于鋰電池的性能以及參數不的不一樣，鋰離子電池充電器的參數也各不一樣，因此，一般情況下，各種規格的鋰離子電池必須使用配套、專(zhuān)用的充電器充電，充電器之間不能通用。
有人可能會(huì )這么認為，讓鋰離子電池充電器對各種種類(lèi)的鋰電池都能使用，但是，這些充電器，是要安裝單片機作為核心部件，它才能通用各種電池的,并且像這種充電器價(jià)格昂貴也不方便攜帶。
所以，鋰離子電池充電器一般是不能通用，不同規格的鋰離子電池需要配套、專(zhuān)用的充電器充電。
4. 鋰電池的快充與慢充
快速充電的鋰電池,電池各種性能的衰減速度加快,不但電池不會(huì )充滿(mǎn)、充足,而且若不注意,還有可能引起過(guò)充、熱失控。
倘若對鋰電池進(jìn)行標準充電方式的充電,不但使電池充足電,也會(huì )降低對電池性能的影響。
因此,我們應當盡量使用標準方式對鋰電池進(jìn)行充電，慢充跟快充的結果是不一樣。
5.鋰電池的過(guò)充與過(guò)放
鋰離子電池一般來(lái)講不可以過(guò)度充電和過(guò)度放電，這將對鋰電池的正負極材料造成不可修復的損壞。此外，充電時(shí)如果產(chǎn)生過(guò)高的溫度，也將會(huì )導致鋰電池的損害，所以在不少的鋰電池正負極之間都會(huì )設有保護性的電解質(zhì)或溫度控制隔膜添加劑。在電池升溫到一定的情況下，電解質(zhì)或復合膜膜孔變性，電池內阻將會(huì )增大直到斷路，電池停止升溫，確保電池充電溫度正常。一般來(lái)講，鋰電池配套的充電器通常都會(huì )有充放電的控制電路裝置，當電池充滿(mǎn)時(shí)，電路會(huì )自動(dòng)斷開(kāi)，為保護鋰離子電池，指示燈將自動(dòng)熄滅。這樣，當你給鋰離子電池充電時(shí)，即使忘記及時(shí)拔下鋰電池充電器，也不用擔心鋰電池會(huì )過(guò)充或者過(guò)熱而損壞電池。這個(gè)時(shí)候插不插上電源其實(shí)已經(jīng)沒(méi)有區別了。但是，如果你的充電器不是自動(dòng)斷開(kāi)的保護裝置電路，那么，你的電池一旦充電完成時(shí)，必須及時(shí)切斷電源插頭，以避免鋰離子電池因過(guò)充或高溫而損壞。
6. 鋰電池的保養
保養方法： ①其實(shí)不需要刻意使鋰電池每一次都是在電力用盡后再充，外出前可以將電池充滿(mǎn)電，帶上一塊備用電池不失為一個(gè)理智的選擇。②經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，可以進(jìn)行一次在保護電路控制下的深充放，以保護電池的電量。③切記鋰離子電池不要過(guò)度的充電。如果你的充電器沒(méi)有自動(dòng)斷電裝置功能，那么就必須在充電完成后，自己及時(shí)拔下電源插頭。否則，不但會(huì )有可能損壞電池，而且會(huì )有可能因為電池的電壓過(guò)高而燒壞設備，比如說(shuō)數碼照相機，特別是高像素數碼照相機。④如果鋰電池長(cháng)期不用時(shí)，應充入一定的電量以防電池在存貯中自放電過(guò)量，導致過(guò)度放電的損壞。同時(shí)，為減弱其自身內部鈍化反應的速度，應存放在陰涼的地方。⑤實(shí)際上，鋰離子電池在使用中，不需要考慮太多的方面，也就是說(shuō)，就是顧及也沒(méi)有太大的作用。一個(gè)電池能使用多久，也許差別更多的來(lái)自電池本身的性能決定，在制造中的或許就存在個(gè)體差異。
四、結束語(yǔ)
鋰離子電池是一種高性能的二次綠色環(huán)保電池，具有子房電率低、使用溫度范圍寬且具有高電壓、高能量密度(包括質(zhì)量比能量、體積能量)、長(cháng)的循環(huán)壽命、無(wú)記憶效應以及能夠大電流充放電等優(yōu)點(diǎn)。由于鋰離子電池具有以上的優(yōu)點(diǎn)，使得其發(fā)展相當迅速。正極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，其性能和成本對鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展起著(zhù)關(guān)鍵性的作用。因此，開(kāi)發(fā)出廉價(jià)的具有高電壓、高容量和良好可塑性的正極材料是提高鋰離子電池性能的重點(diǎn)工作。
是目前已廣泛使用的正極材料，但材料中鈷的價(jià)格比較昂貴，使其只能用作小電池(照相機電池、手機電池和計算機電池等)。而錳系正極材料在價(jià)格、環(huán)境方面有獨特的優(yōu)勢，替代已經(jīng)指日可待，尖晶石型將是下一代鋰電池最有希望的正極材料之一。
參考文獻
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