锂电池(Lithium battery)是指电化学体系中含有锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池。锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常是不可充电的,且内含金属态的锂。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。
锂金属电池
锂金属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。
锂离子电池
正极
正极材料:可选的正极材料很多,目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。不同的正极材料对照:
LiCoO2 | 3.7 V | 140 mAh/g |
Li2Mn2O4 | 4.0 V | 100 mAh/g |
LiFePO4 | 3.3 V | 100 mAh/g |
Li2FePO4F | 3.6 V | 115 mAh/g |
磷酸铁锂系
正极反应:放电时锂离子嵌入,充电时锂离子脱嵌。 充电时:LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放电时:Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4
负极
负极材料:多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。负极反应:放电时锂离子脱插,充电时锂离子插入。 充电时:xLi+ + xe- + 6C → LixC6放电时:LixC6 → xLi+ + xe- + 6C
钴酸锂系
正极上发生的反应为
LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+XLi+ + Xe-
Li1-xCoO2+XLi+ + Xe-=放电=LiCoO2
负极上发生的反应为
6C+XLi+ + Xe-=充电=LixC6
LixC6=放电=6C+XLi+ + Xe-
最早得以应用于心脏起搏器中。锂电池的自放电率极低,放电电压平缓。使得起植入人体的搏器能够长期运作而不用重新充电。锂电池一般有高于3.0伏的标称电压,更适合作集成电路电源。二氧化锰电池,就广泛用于计算器,数位相机、手表中。
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。
1992年Sony成功开发锂离子电池。它的实用化,使人们的行动电话、笔记本、计算器等携带型电子设备重量和体积大大减小。使用时间大大延长。由于锂离子电池中不含有重金属镉,与镍镉电池相比,大大减少了对环境的污染。