浅析新能源锂电池的工作原理与发展方向

张博

摘 要：1860年干电池的出现，揭开了电池能源的新纪元，但是当时的干电池都是一次性充电的电池，用完之后不能充电，对环境的污染十分严重。随着时代的变迁，科技的发展电池逐渐被改良，到今天为止，锂电池已经成为电池业的主流。并且被广泛的的使用在手机，笔记本电脑，平板电脑等便携式电子产品中。随着国家对新能源概念的推广在不久的将来也会被广泛的应用于汽车行业。所以锂电池的发展迎来了一个新的时代，也迎来了一个新的挑战。它们拥有容量大，污染低，性能可靠，成本低等优点，本文将对锂电池的工作原理、制作材料，以及其发展历史和发展状况进行述论。

关键词：锂电池 电解质 新能源

随着便携式产品的体积越来越小性能越来越高，对锂电池的要求也越来越强，现在锂电池的电池容量不断增大，质量不断减小，体积也变的更小巧，制作成本也在不断降低，使得其成为电子产品制作商的首选电源，并且由于其性能越来越稳定，现在电子产品已经把不可拆卸式的内置锂电池作为电子产品业发展的主流。除此之外全球每年的电子产品大量被生产，随着迭代更新，电子垃圾也逐渐增多，电池的污染也变大，尤其是曾经作为主流电池的镍镉电池和镍氢电池，已经逐渐被历史所淘汰，锂电池的出现大大的降低了污染。其高容量、高工作电压、记忆效应低，衰减缓慢的特性迅速引起厂商的极大兴趣，并且促进了全世界各地的科学家对锂电池发展的研究。使得锂电池的研究进入了一个高潮期。作为新型能源之一的锂电池在21世纪的电子产品科学技术领域起到了举足轻重的作用。[1]

一、锂电池的工作原理

锂电池的主要结构由以下几部分组成：电池阳极、电池阴极、电解质、隔离膜。锂电池充电时锂电子从阴极穿透隔离膜向电池阳极方向进行移动，并在电池阳极补货一个电子进行还原成Li并存储于石墨中。电池放电时候阳极的Li会失去一个电子通过隔离膜专项电池阴极移动。这就是充放电时锂电子在电池阴阳两极之间来回移动产生的。[2]

二、锂电池的工作效率

锂电池的重量仅仅为同容量的镍镉电池和镍氢电池的一半，所以说他的体积也比镍镉电池和镍氢电池要小很多。在这么小的体积内要完成如此高的转换效率，显然就对电池的性能指标要求很严格，要在如此小的体积里完成更高的工作效率，显然这是镍镉和镍氢电池所不能完成的，因为锂电池的电池能量密度很大，而且输出电压也要高出镍镉和镍氢电池。循环充电的特性也非常优良，可以快速的进行充放电而且效率很高，最高可达到100%，寿命也很长电池的充放电记忆也几乎可以忽略不计。[3]

三、锂电池的发展状况

对于整体的电池行业来讲，锂电池还是一个新生儿，所以它未来的发展潜力十分巨大，作为新能源之一的发展空间也非常大。将来整个电池行业将会在以下几个方面进行改进：降低电池的生产制作成本、提高电池的充电速度，增加电池的能量密度，减少电池的重量。简而言之就是更轻，更快，更强的方向发展。比如近几年一直在使用的液态锂电子电池，虽然一直再被广大电子产品制作商推广使用，但是随着技术的发展在不久的将来将会被新型的聚合物锂电子电池所取代。国家对新能源的推广势必会导致锂电池的快速发展。锂电池的发展很快会进入一个新的纪元，开辟一个新的科技时代，迎接一个新能源时代的到来。[4]

四、电池阴极材料和阳极材料

锂电池的阴极所采用的材料主要为以下材料：LiCoCO2、LiNiO2、含锰化合物、含铁化合物等。锂电的阳极材料主要为：碳材料、金属氮化物、金属氧化物和纳米硅等材料

五、锂电池电解质材料

电解质材料分为两个方向：液态电解质和固态电解质。液态电解质能够对锂电池的内阻、使用寿命、安全性能提供可靠的保障。对电池的循环使用率、工作电压的提高、使用温度的范围和存储周期都有一定作用的提高对锂电子起到了举足轻重的作用。而固态电解质材料具有良好的柔韧性、稳定可靠、制作成本低廉、成膜性好的特点。可以作为电池中的隔离膜材质。综上所述锂电池的液态电解质和固态电解质各有侧重这两种电解质的发展决定了未来锂电子电池的发展方向。[5]

结语

总之，锂电池在新能源中扮演者举足轻重的角色，在目前电子产品中得到广泛使用，随着电子技术的发展以锂电池的各种技术都会得到提高和突破锂电池也必将会得到广泛的应用和推广。锂电池的发展将会开辟一个新能源的新纪元。锂电池技术的发展也势必会导致一次科技大爆炸。人类的科技水平又迎来一个新的时代。[6]

参考文献

[1]胡杨.李艳.连芳.锂电子蓄电池热稳定性的机理2004.（5）

[2]杨捷.锂电子电池的特點[J].现代电视技术 2004年04期

[3]唐琛明.王兴成.沙永香.活力型 18650 锂电子电池的过充电性能[J]电源技术，2007.31（11）：885.

[4]江志裕锂电子电池的某些研究发展.电池.1997.27（6）：255-258

[5]杨林.中、日、韩三国锂电子蓄电池发展概况[J]电源技术，2004.28（2）：101-103

[6]崔仪秀，杨固长.导电聚合物在锂电子电池中的应用.电子技术参考.2002.2（2）：32-35