鋰離子電池的安全特性有哪些？應(yīng)要滿足哪些條件？

鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。2019年10月9日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰，以表彰他們在鋰離子電池研發(fā)領(lǐng)域作出的貢獻(xiàn)。 [1] 自2023年8月1日起，對鋰離子電池和電池組實(shí)施CCC認(rèn)證管理。自2024年8月1日起，未獲得CCC認(rèn)證證書和標(biāo)注認(rèn)證標(biāo)志的，不得出廠、銷售、進(jìn)口或者在其他經(jīng)營活動中使用。

鋰離子電池

1、基本介紹

鋰離子電池(Lithiumbattery)是指電化學(xué)體系中含有鋰(包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物)的電池。鋰離子電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的?？沙潆婋姵氐牡谖宕a(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)的幾個(gè)國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

2、工作原理

(1)鋰金屬電池：

鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

放電反應(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2

(2)鋰離子電池：

鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。

充電正極上發(fā)生的反應(yīng)為

LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(電子)

充電負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為

6C+XLi++Xe-=LixC6

充電電池總反應(yīng)：LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6

鋰離子電池工作原理：鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它重要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。

鋰離子電池放電是靠化學(xué)的氧化還原反應(yīng)。放電時(shí)，也就是我們在使用電池消耗電量的時(shí)候，它的正極會嵌入鋰離子，負(fù)極鋰離子落嵌。充電的時(shí)候正好相反。他這種離子的得失會形成一定的電壓，使得電池出現(xiàn)電量。

在每一次充放電循環(huán)過程中，鋰離子(Li)充當(dāng)了電能的搬運(yùn)載體，周而復(fù)始的從正極→負(fù)極→正極來回的移動，與正、負(fù)極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了電荷的轉(zhuǎn)移，這就是鋰離子電池的基本原理。由于電解質(zhì)、隔離膜等都是電子的絕緣體，所以這個(gè)循環(huán)過程中，并沒有電子在正負(fù)極之間的來回移動，它們只參與電極的化學(xué)反應(yīng)。

鋰離子電池容量衰減的原因：鋰離子電池是繼鎘鎳電池、氫鎳電池之后發(fā)展最快的二次電池.鋰離子電池的應(yīng)用很大程度取決于其充放電循環(huán)的穩(wěn)定性,和其它二次電池相同,鋰離子電池在循環(huán)過程中容量衰減是不可防止的。

1、正極材料的結(jié)構(gòu)變化

正極材料是鋰離子電池的重要來源，當(dāng)鋰離子電池從正極中脫出時(shí)候，為了維持材料電中性狀態(tài)，金屬元素必然會被氧化到達(dá)一個(gè)高的氧化態(tài)，這里就伴隨了組分的轉(zhuǎn)變。組分的轉(zhuǎn)變?nèi)菀讓?dǎo)致相轉(zhuǎn)移和體相結(jié)構(gòu)的變化。電極材料相轉(zhuǎn)變可以引起晶格參數(shù)的變化及晶格失配，由此出現(xiàn)的誘導(dǎo)應(yīng)力引起晶粒的破碎，并引發(fā)裂紋的傳播，造成材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生機(jī)械破壞，從而引起電化學(xué)性能衰減。

2、負(fù)極材料結(jié)構(gòu)

鋰離子電池常用的負(fù)極材料有碳材料、鈦酸鋰等，本文以典型負(fù)極石墨進(jìn)行分析。鋰離子電池容量的衰減第一次發(fā)生于化成階段，在這個(gè)階段會在負(fù)極表面形成SEI，消耗部分鋰離子。隨著鋰離子電池使用，石墨結(jié)構(gòu)的變化也會造成電池容量下降。

雖然保持了石墨的形貌結(jié)構(gòu)，但是其(002)晶面的半高寬變大，導(dǎo)致c軸方向的晶粒尺寸變小，晶體結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致碳材料出現(xiàn)裂紋，進(jìn)而破壞負(fù)極表面的SEI膜并促進(jìn)SEI膜的修復(fù)，SEI膜的過度生長消耗活性鋰，因此造成了鋰離子電池的不可逆容量衰減。

3、電解液的氧化分解與界面反應(yīng)

電解液的性質(zhì)顯著影響鋰離子電池的比容量、壽命、倍率充放電性能、工作溫度范圍以及安全性能等。電解液重要包括溶劑、電解質(zhì)和添加劑三個(gè)部分。溶劑的分解、電解質(zhì)的分解都會導(dǎo)致鋰離子電池容量的損失。電解液的分解和副反應(yīng)是鋰離子電池容量衰減的重要因素，無論采用何種正負(fù)極材料、何種工藝，隨著鋰離子電池循環(huán)使用，電解液的分解及與正負(fù)極材料間發(fā)生的界面反應(yīng)都會造成容量的衰減。

4、正極過充反應(yīng)

當(dāng)正極活性物相關(guān)于負(fù)極活性物比例過低時(shí)，容易發(fā)生正極過充電。鋰離子電池正極過充導(dǎo)致容量損失重要是由于電化學(xué)惰性物質(zhì)(如Co3O4，Mn2O3等)的出現(xiàn)，破壞了電極間的容量平衡，其容量損失是不可逆的。

5、電極不穩(wěn)定性

在充電時(shí)正極活性物質(zhì)不穩(wěn)定會與電解質(zhì)反應(yīng)造成容量降低。影響正極材料不穩(wěn)定因素有正極材料結(jié)構(gòu)缺陷、炭黑含量、充電電勢過高，其中正極材料結(jié)構(gòu)缺陷是影響因素中的重中之重。

在現(xiàn)代科技日益發(fā)展的時(shí)代，鋰離子電池已經(jīng)成為了我們生活中不可或缺的一部分。從智能手機(jī)、筆記本電腦到電動汽車，鋰離子電池為我們的日常生活提供了便捷的能源。那么，鋰離子電池究竟是什么?它是如何工作的?本文將為您揭開鋰離子電池的神秘面紗。

1、鋰電池壽命長重量輕體積小

鋰電池電動車目前品牌多樣化，捷安特，凱騎，捷奧比，途爾鋰電車等，鋰電池電動自行車的動力性能和鉛酸電池(簡易款電動自行車)差不多，充電6~8小時(shí)，根據(jù)電池容量不同可跑30~45公里，重量只有鉛酸電池的1/5左右，鋰電池電動自行車最大優(yōu)點(diǎn)是壽命長。全球鋰電池價(jià)格貴的只是看到表面，其實(shí)仔細(xì)算算費(fèi)用和鉛酸蓄電池是差不多的，目前一般鋰電池保2年，鉛酸蓄電池保1年。

2、鋰電池具有免激活特性

在使用鋰電池中應(yīng)注意的是，電池放置一段時(shí)間后則進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時(shí)容量低于正常值，使用時(shí)間亦隨之縮短。但鋰電池很容易激活，只要經(jīng)過3—5次正常的充放電循環(huán)就可激活電池，恢復(fù)正常容量。由于鋰電池本身的特性，決定了它幾乎沒有記憶效應(yīng)。因此用戶新鋰電池在激活過程中，是不需要特別的方法和設(shè)備的。

3、鋰電池帶記憶效應(yīng)

消費(fèi)者在給鉛酸蓄電池，鎳電池充電時(shí)，一直都擔(dān)心電池發(fā)生記憶效應(yīng)，等用了鋰電池，大家都可以松下一口氣，鋰電池不帶記憶效應(yīng)。要是還有消費(fèi)者不知道如何給鋰電池充電，那不妨看看下面的內(nèi)容。

1、鋰電池電動車價(jià)格過高皆因鋰電池

目前鋰電池電動自行車的價(jià)格普遍比鉛酸電池電動車高出幾百元到一千元，因此在市面上很難得到消費(fèi)者顧客的認(rèn)可。鋰電池輕巧、環(huán)保，廢棄后不會產(chǎn)生環(huán)境污染，一旦應(yīng)用技術(shù)成熟，市場銷量加大，鋰電池電動自行車的價(jià)格才會有所降下來。

2、鋰電池充電時(shí)間過長適得其反

鋰電池或充電器在電池充滿后都會自動停充，并不存在鎳電充電器所謂的持續(xù)10幾小時(shí)的“涓流”充電。也就是說，如果你的鋰電池在充滿后，放在充電器上也是白充。而我們誰都無法保證電池的充放電保護(hù)電路的特性永不變化和質(zhì)量的萬無一失，所以你的電池將長期處在危險(xiǎn)的邊緣徘徊。這也是我們反對長充電的另一個(gè)理由。

此外在某些電動車上，充電超過一定的時(shí)間后，如果不去取下充電器，這時(shí)系統(tǒng)不僅不停止充電，還將開始放電-充電循環(huán)。也許這種做法的廠商自有其目的，但顯然對電池的壽命而言是不利的。所以在購買鋰電池

3、鋰電池動力性有待提高

鋰電池比起鉛酸蓄電池在充放電方面耐波動的能力差得多，對于目前大功率車來說不能有效采用鋰電的一大癥狀也就在此，導(dǎo)致耐用性下降。

電動車后，要咨詢企業(yè)或者經(jīng)銷商，做好鋰電池維護(hù)工作。