锂电池介绍
一.金属锂的介绍1.基本知识元素符号：Li。银白色的金属。密度0.534克/厘米3。熔点180.54℃。沸点1317℃。是最轻的金属。可与大量无机试剂和有机试剂发生反应。与水的反应非常剧烈。在500℃左右容易与氢发生反应，是唯一能生成稳定得足以熔融而不分解的氢化物的碱金属，电离能5.392电子伏特，与氧、氮、硫等均能化合，是唯一的与氮在室温下反应，生成氮化锂（Li3N）的碱金属。由于易受氧化而变暗，且密度比煤油小，故应存放于液体石蜡中。锂是继钾和钠后发现的又一碱金元素。发现它的是瑞典化学家贝齐里乌斯的学生阿尔费特森。1817年，他在分析透锂长石时，最终发现一种新金属，贝齐里乌斯将这一新金属命名为lithium，元素符号定为Li。该词来自希腊文lithos（石头）。锂发现的第二年，得到法国化学家伏克兰重新分析肯定。锂在地壳中的含量比钾和钠少的多，它的化合物不多见，是它比钾和钠发现的晚的必然因素。锂，原子序数3，原子量6.941，是最轻的碱金属元素。元素名来源于希腊文，原意是“石头”。1817年由瑞典科学家阿弗韦聪在分析透锂长石矿时发现。自然界中主要的锂矿物为锂辉石、锂云母、透锂长石和磷铝石等。在人和动物机体、土壤和矿泉水、可可粉、烟叶、海藻中都能找到锂。天然锂有两种同位素：锂6和锂7。2.锂的存在、发现和制取锂在地壳中约含0.0065%，其丰度居第27位。在海水中大约2600亿吨锂，人和动物体内也有极少的锂存在。体重70公斤的正常人体中，锂的含量为2.2毫克。目前自然界已发现含锂矿石达150多种。锂在自然界中存在的主要形式为锂辉石(LiAlSi2O6)，锂云母等，我国江西有丰富的锂云母矿。锂是在1817年被著名化学家贝齐里乌斯的学生阿尔费特逊在分析一种矿石的成分时发现的，贝齐里乌斯将其命名为锂。到1855的年本生和马奇森采用电解熔化氯化锂的方法才制得它，工业化制锂是在1893年由根莎提出的，锂从被认定是一种元素到工业化制取前后历时76年。现在电解LiCl制取锂，仍要消耗大量的电能，每炼一吨锂就耗电高达六、七万度。锂属于作用尚未确定的元素，但Li+存在于人体组织的体液中，主要影响中枢神经系统。锂不但是既轻又软、比热最大的金属，而且还是在通常温度下呈固体状态的一般材料中最轻的一种，通常贮藏于煤油或液体石蜡中。纯锂的比重跟干燥的木材差不多，等于一般称作轻金属的铝的密度的五分之一，几乎只有同体积水的重量的一半。即使把锂放到汽油中，它也会象软木塞一样轻轻地浮起来。在室温条件下，锂能和空气中的氮气和氧气发生强烈的化学反应。由于锂具有和氢、氧、氮、碳及氧化物、硅酸盐等物质结合的能力，冶金工业部门把锂作为“捕气剂”、“脱流剂”，可以消除金属铸件中的孔隙气泡、杂质和其他缺陷。荧光屏是把荧光物质涂在玻璃上制成的。不过这不是普通的玻璃，而是加进了锂的锂玻璃。在玻璃中加进锂或锂的化合物，可以提高玻璃的强度和韧性。把含锂的陶瓷涂到钢铁或铝、镁等金属的表面，形成一层薄而轻、光亮而耐热的涂层，可作喷气发动机燃烧室和火箭、导弹外壳的保护层。锂与铝、镁、铍等“合作”组成合金，既轻又韧，已被大量用于导弹、火箭、飞机等制造上。润滑剂中加进锂的化合物，可以大大改善润滑效能。此种润滑剂适用于温度在—50℃至200℃的范围，因此被广泛应用于航空、动力等部门的各种机械装置和仪器仪表。某些锂的有机化合物，如硬脂酸锂、软脂酸锂等，它们的物理性能不随环境温度变化而改变，因此是二种安全可靠的润滑剂，并具有“永久性”作用。如果在汽车的一些零件上加一次锂润滑剂，就足以用到汽车报废为止。氢化锂遇水发生猛烈的化学反应，产生大量的氢气。两公斤氢化锂分解后，可以放出氢气566千升。氢化锂的确是名不虚传的“制造氢气的工厂”。第二次世界大战期间，美国飞行员备有轻便的氢气源——氢化锂丸作应急之用。飞机失事坠落在水面时，只要一碰到水，氢化锂就立即与水发生反应，释放出大量的氢气，使救生设备(救生艇、救生衣、讯号气球等)充气膨胀。 3.锂的性质及用途
锂具有高的比热和电导率，它的密度是0.53克/厘米3，是自然界中最轻的金属元素。它是非常活泼的碱金属元素，常温下它是唯一能与氮气反应的碱金属元素.自然界存在的锂由两种稳定的同位素63Li和73Li组成。锂只能存放在凡土林或石蜡中。
锂早先的主要工业用途是以硬脂酸理的形式用作润滑剂的增稠剂，锂基润滑脂兼有高抗水性，耐高温和良好的低温性能。如果在汽车的一些零件上加一次锤润滑剂，就足以用到汽车报废为止。在冶金工业上，利用锂能强烈地和O、N、Cl、S等物质反应的性质，充当脱氧剂和脱硫剂。在铜的冶炼过程中，加入十万分之一到万分之一的锂，能改善铜的内部结构，使之变得更加致密，从而提高铜的导电性。锂在铸造优质铜铸件中能除去有害的杂质和气体。在现代需要的优质特殊合金钢材中，锂是清除杂质最理想的材料。
1kg锂燃烧后可释放42998kJ的热量，因此理是用来作为火箭燃料的最佳金属之一。1kg锂通过热核反应放出的能量相当于二万多吨优质煤的燃烧。若用锂或锂的化合物制成固体燃料来代替固体推进剂，用作火箭、导弹、宇宙飞船的推动力，不仅能量高、燃速大，而且有极高的比冲量，火箭的有效载荷直接取决于比冲量的大小。
如果在玻璃制造中加入锂，锂玻璃的溶解性只是普通玻璃的1/100（每一普通玻璃杯热茶中大约有万分之一克玻璃），加入锂后使玻璃成为“永不溶解”，并可以抗酸腐蚀。
纯铝太软,当在铝中加入少量的Li、Mg、Be等金属熔成合金，既轻便，又特别坚硬，用这种合金来制造飞机，能使飞机减轻2/3的重量，一架锂飞机两个人就可以抬走。Li－Pb合金是一种良好的减摩材料。
真正使锂成为举世瞩目的金属，还是在它的优异的核性能被发现之后。由于它在原子能工业上的独特性能，人们称它为“高能金属”。
锂电池是本世纪三、四十年代才研制开发的优质能源，它以开路电压高，比能量高，工作温度范围宽，放电平衡，自放电子等优点，已被广泛应用于各种领域，是很有前途的动力电池。用锂电池发电来开动汽车，行车费只有普通汽油发动机车的1/3。由锂制取氚，用来发动原子电池组，中间不需要充电，可连续工作20年。目前，要解决汽车的用油危机和排气污染，重要途径之一就是发展向锂电池这样的新型电池。
4.、锂的化合物用途
锂化物早先的重要用途之一是用于陶瓷制品中，特别是用于搪瓷制品中，锂化合物的主要作用是作助熔剂。
LiF对紫外线有极高的透明度，用它制造的玻璃可以洞察隐蔽在银河系最深处的奥秘。锂玻璃可用来制造电视机显像管。
二战期间，美国飞行员备有轻便应急的氢气源—氢化锂丸。当飞机失事坠落在水面时，只要一碰到水，氢化锂就立即溶解释放出大量的氢气，使救生设备充气膨胀. 锂盐可治疗癫狂病，己在临床上得到应用。动脉硬化性心脏病的发病率，与该地区饮食中锂的含量成反比。北京积水潭医院利用锂制剂治疗急性痢疾，疗效近90％。北京同仁医院采用锂制剂，医治再生障碍性贫血也有一定的疗效。
用氘化锂和氮化锂来代替氘和氚装在氢弹里充当炸药，达到氢弹爆炸的目的。我国于1967年6月17日成功爆炸的第一颗氢弹里就是利用氘化锂。
LiBH4和LiAlH4，在有机化学反应中被广泛用做还原剂，LiBH4能还原醛类、酮类和酯类等。LiAlH4，是制备药物、香料和精细有机化学药品等中重要的还原剂。LiAlH4，也可用作喷气燃料。LiAlH4是对复杂分子的特殊键合的强还原剂，这种试剂已成为许多有机合成的重要试剂。
有机锂化合物与有机酸反应，得到能水解成酮的加成产物，这种反应被用于维生素A合成的一步。有机锂化物加成到醛和酮上，得到水解时能产生醇的加成产物。
由锂和氨反应制得的氨基锂被用来引入氨基，也被用作脱卤试剂和催化剂。二.锂电池的定义和发展1.定义：锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2，该反应为氧化还原反应，放电。
正极上发生的反应为：
LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)
负极上发生的反应为：
6C+XLi++Xe=====LixC6
电池总反应：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6
2.锂电池发展进程
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，所以锂电池生产要在特殊的环境条件下进行。但是由于锂电池的很多优点，锂电池被广泛的应用在电子仪表、数码和家电产品上。但是，锂电池多数是二次电池，也有一次性电池。少数的二次电池的寿命和安全性比较差。
后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出， 又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li离子的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li离子电池就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li离子电池又叫摇椅式电池。
随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用，锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用，并在近年逐步向其他产品应用领域发展。1998年，天津电源研究所开始商业化生产锂离子电池。习惯上，人们把锂离子电池也称为锂电池，现在锂离子电池已经成为了主流。
三.锂电池的电极材料锂电池负极材料大体分为以下几种：
(1)碳负极材料：目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。
(2)锡基负极材料：锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。
(3)含锂过渡金属氮化物:目前也没有商业化产品。
(4)合金类负极材料：包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金 ，目前也没有商业化产品。
(5)纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。
(6)纳米氧化物材料:目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的冲放电量和冲放电次数。
四.锂电池的特点1.优点 (1)、比能量比较高。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约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，有可以使用10,000次的记录；
(3)、额定电压高（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)、具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂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，目前一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20；
(6)、重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/5-6；
(7)、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；
(8)、绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒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。
注：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是升(体积单位)。
2.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.锂电池的结构锂电池通常有两种外型：圆柱型和方型。
电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由钴酸锂（或镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等）及铝箔组成的电流收集极。负极由石墨化碳材料和铜箔组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件（部分圆柱式使用），以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。
单节锂电池的电压为3.7V（磷酸亚铁锂正极的为3.2V），电池容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。六.锂电池的基本性能 (1)电池的开路电压
(2)电池的内阻
(3)电池的工作电压
(4)充电电压：充电电压是指二次电池在充电时，外电源加在电池两端的电压。充电的基本方法有恒电流充电和恒电压充电。一般采用恒电流充电，其特点时在充电过程中充电电流恒定不变。随着充电的进行，活性物质被恢复，电极反应面积不断缩小，电机的极化逐渐增高。
(5)电池容量：电池容量是指从电池获得电量的量，常用C表示，单位常用Ah或mAh表示。容量是电池电性能的重要指标。电池的容量通常分为理论容量、实际容量和额定容量。电池容量由电极的容量决定，若电极的容量不等，电池的容量取决于容量小的那个电极，但决不是正负极容量之和。
(6)电池的贮存性能和寿命：化学电源的主要特点之一是在使用时能够放出电能，不用时能贮存电能。所谓贮存性能对于二次电池来说为充电保持能力。对于二次电池，使用寿命时衡量电池性能好坏的一个重要参数。二次电池经过一次充电和放电，称为一个周期（或一次循环）。在一定的充放电制度下，电池容量达到某一规定值之前电池能经受的充放电次数称为二次电池的使用周期。锂离子电池具有优良的贮存性能和长的循环寿命七.锂电池的应用随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。最早得以应用的是锂亚原电池，用于心脏起搏器中。由于锂亚电池的自放电率极低，放电电压十分平缓。使得起搏器植入人体长期使用成为可能。锂锰电池一般有高于3.0伏的标称电压，更适合作集成电路电源，广泛用于计算机、计算器、手表中。现在，锂离子电池大量应用在手机、笔记本电脑、电动工具、电动车、路灯备用电源、航灯、家用小电器上，可以说是最大的应用群体。为了开发出性能更优异的品种，人们对各种材料进行了研究。从而制造出前所未有的产品。比如，锂二氧化硫电池和锂亚硫酰氯电池就非常有特点。它们的正极活性物质同时也是电解液的溶剂。这种结构只有在非水溶液的电化学体系才会出现。所以，锂电池的研究，也促进了非水体系电化学理论的发展。除了使用各种非水溶剂外，人们还进行了聚合物薄膜电池的研究 八.锂离子电池的使用注意事项
1、如何为新电池充电
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 。因此用户新锂电池在激活过程中，是不需要特别的方法和设备的。
对于锂电池的“激活”问题，众多的说法是：充电时间一定要超过12小时，反复做三次，以便 激活 电池。这种“前三次充电要充12小时以上”的说法，明显是从镍电池（如镍镉和镍氢）延续下来的说法。所以这种说法，可以说一开始就是误传。锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别，而且可以非常明确的告诉大家，我所查阅过的所有严肃的正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池、特别是液体锂离子电池造成巨大的伤害。因而充电最好按照标准时间和标准方法充电，特别是不要进行超过12个小时的超长充电。 此外，锂电池或充电器在电池充满后都会自动停充，并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电。也就是说，如果你的锂电池在充满后，放在充电器上也是白充。而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失，所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。这也是我们反对长充电的另一个理由。
在对某些机器上，充电超过一定的时间后，如果不去取下充电器，这时系统不仅不停止充电，还将开始放电-充电循环。也许这种做法的厂商自有其目的，但显然对电池的寿命而言是不利的。同时，长充电需要很长的时间，往往需要在夜间进行，而以我国电网的情况看，许多地方夜间的电压都比较高，而且波动较大。前面已经说过，锂电池是很娇贵的，它比镍电在充放电方面耐波动的能力差得多，于是这又带来附加的危险。
不可忽视的另外一个方面就是锂电池同样也不适合过放电，过放电对锂电池同样也很不利。这就引出下面的问题。
2、正常使用中应该何时开始充电
因为充放电的次数是有限的，所以应该将锂电池的电尽可能用光再充电。但是我找到一个关于锂离子电池充放电循环的实验表，关于循环寿命的数据列出如下：循环寿命(10%DOD):>1000次；循环寿命 (100%DOD):>200次
其中DOD是放电深度的英文缩写。从表中可见，可充电次数和放电深度有关，10%DOD时的循环寿命要比100%DOD的要长很多。当然如果折合到实际充电的相对总容量：10%*1000=100，100%*200=200，后者的完全充放电还是要比较好一些，但前面网友的那个说法要做一些修正：在正常情况下，你应该有保留地按照电池剩余电量用完再充的原则充电，但假如你的电池在你预计第2天不可能坚持整个白天的时候，就应该及时开始充电，当然你如果愿意背着充电器到办公室又当别论。
而你需要充电以应付预计即将到来的会导致通讯繁忙的重要事件的时候，即使在电池尚有很多余电时，那么你也只管提前充电，因为你并没有真正损失“1”次充电循环寿命，也就是“0.x”次而已，而且往往这个x会很小。
电池剩余电量用完再充的原则并不是要你走向极端。和长充电一样流传甚广的一个说法，就是“尽量把机器的电池的电量用完，最好用到自动关机”。这种做法其实只是镍电池上的做法，目的是避免 记忆效应 发生，不幸的是它也在锂电池上流传至今。曾经有人因为机器电池电量过低的警告出现后，仍然不充电继续使用一直用到自动关机的例子。结果这个例子中的机器在后来的充电及开机中均无反应，不得不送客服检修。这其实就是由于电池因过度放电而导致电压过低，以至于不具备正常的充电和开机条件造成的。
3、使用锂电池注意防火
有许多人或许是从手机才开始熟悉锂电池的。其实，它在许多家电中都有使用。毋庸置疑，锂电池高效、体轻等等优点正使其迅速地推广应用开来。可是，你是否知道，使用不慎，它也会使你惹“火”上身？
锂电池具有体轻、高效、耐低温（－40℃）等优点，0．3cm厚、邮票大小的锂电池可连续使用5年以上，近年来正逐步淘汰现用的碱性干电池和锰电池，广泛应用于许多高档家电和手机中。锂电池不同于现用的锰电池和碱性干电池的氯化锌和氢氧化钾水溶电解液，它使用的是有机溶媒，同一般电池相比，离子化倾向强、正负极电压差大，这样提高了锂电池的工作效能。但是，锂电池在使用过程中常常会出现发热、燃烧现象，轻者影响主机使用，重者还会烧毁主机引起火灾。据报道，日本近年来已发生多起因锂电池发热燃烧引起的家庭火灾事故。
那么锂电池为什么会发热、燃烧呢？对于锂原电池来说，原来锂电池中的许多材料与水接触后，可发生剧烈的化学反应并释放出大量热能导致发热、燃烧现象。锂电池正极的二氧化锰，只沾一小滴水便可出现发热现象。锂电池中的氯化亚硫与水接触后，在生成盐酸和二氧化硫的同时释放热能，几种因素使锂电池成为生活中的“火种”。而对于手机电池之类的锂离子电池，由于循环充放电使用，电池内部发生微短路的可能性越来越大，不正确使用造成高温高压，使电解液分解，隔膜破损，而发生泄漏或燃烧的可能，因此人们在使用锂电池时一定要注意防水、防高温、防潮湿。各种主机停用后，应取下锂电池置于干燥、低温处妥善保管，以预防和避免因锂电池使用不当而引起家庭火灾事故的发生。另外，也要避免锐物刺穿锂电池。资料整理：材料人Jane915126
页:
[1]