简述锂电池以及工作原理

　　锂离子电池自1990年问世以来，因其***的性能得到了迅猛的发展，并广泛地应用于社会。锂离子电池以其它电 池所不可比拟的优势迅速占领了许多领域，象大家熟知的移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等等。

　　目前锂电池公认的基本原理是所谓的“摇椅理论”。锂电池的冲放电不是通过传统的方式实现电子的转移，而是通过锂离子在层壮物质的晶体中的出入，发生能量变化。在正常冲放电情况下，锂离子的出入一般只引起层间距的变化，而不会引起晶体结构的破坏，因此从冲放电反映来讲，锂离子电池是一种理想的可逆电池。在冲放电时锂离子在电池正负极往返出入，正像摇椅一样在正负极间摇来摇去，故有人将锂离子电池形象称为摇椅电池。

　　我们经常说的锂离子电池的优越性是针对于传统的镍镉电池（Ni/Cd）和镍氢电池（Ni/MH）来讲的。 具有工作电压高比能量大循环寿命长自放电率低无记忆效应等优点。

μA和μC的差为锂离子电池的开路电压（高电压值），当这个电压值在Eg区间内，就能够***电解液正常工作。“正常工作”的意思是：锂离子电池通过电解液在正负极间来回运动，但不会与电解液发生氧化还原反应，从而***电池结构的稳定性。而正负极材料的电化学势造成电解液工作非正常有两种形式：

　　1、当负极的电化学势高于电解液低电子未占有能级时，负极的电子会被电解液夺取，因而电解液被氧化，反应产物在负极材料颗粒表面形成“固液界面层”，从而导致负极可能遭到破坏。

　　2、当正极的电化学势低于电解液高电子占有能级时，电解液中的电子会被正极夺取，从而被电解液氧化，反应产物在正极材料颗粒表面形成“固液界面层”，从而导致正极可能遭到破坏。

　　但是，这种正极或者负极遭到破坏的可能性却因为“固液界面层”的存在而阻止了电子在电解液和正负极间的进一步运动，反而保护了电极材料，这就是说，程度较轻的“固液界面层”是“保护性”的。这种保护性的前提是：正负极电化学势可以略微超过Eg区间，但不能超出太多。比如，现在的锂离子电池负极材料之所以大多选用石墨，就是因为石墨相对于Li/Li+电极的电化学势约为0.2V，略微超出了Eg区间（1V~4.5V），但因为有“保护性”的“固液界面层”，使得电解液不被进一步还原，从而停止了极化反应的继续发展。但是，5V高电压正极材料超出了现在商用有机电解液的Eg区间太多，因而在充放电过程中极易被氧化，随着充放电次数的增加，容量下降，寿命减少。

　　现在明白了锂离子电池的开路电压之所以选择为4.2V，是因为现有商用锂电池电解液Eg区间为1V~4.5V，如果开路电压设定为4.5V或许可以提高锂电池输出的电能，但也加大了电池过充的风险，而过充的危害有相当多的资料已经说明，这里就不再多说了。

　　根据上述原理，人们要想通过提高电压值来提升锂电池的能量密度，只有两条道路可寻，一是找到可与高电压值正极材料匹配的电解液，二是对电池进行保护性的表面改性。

　　灵巧型便携式电子产品要求尺寸孝重量轻，但电池的尺寸及重量与其它电子元器件相比往往是大的及重的。例如，想当年的“大哥大”是相当“粗大、笨重”，而今天的手机是如此的轻巧。其中电池的改进是起了重要作用的：过去是镍镉电池，现在是锂离子电池。

　　锂电池的大特点是比能量高。什么是比能量呢？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）。这里举一个例来说明：5号镍镉电池的额定电压为1 2V，其容量为800mAh，则其能量为0 96Wh（1 2V×0 8Ah）。同样尺寸的5号锂－二氧化锰电池的额定电压为3V，其容量为1200mAh，则其能量为3 6Wh。这两种电池的体积是相同的，则锂－二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的375倍！

　　一节5号镍镉电池约重23g，而一节5号锂－二氧化锰电池约重18g。一节锂－二氧化锰电池为3V，而两节镍镉电池才2 4V。所以采用锂电池时电池数量少（使便携式电子产品体积减孝重量减轻），并且电池的工作寿命长。

　　另外，锂电池具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应及***等优点。锂电池的缺点是价格昂贵，所以目前尚不能普遍应用，主要应用于掌上计算机、PDA、通信设备、照相机、仪器等。随着技术的发展、工艺的改进及生产量的增加，锂电池的价格将会不断地下降，应用上也会更普遍。