鋰離子去溶劑化過程

❶ 什麼是鋰化過程

是不是和鋰反應的過程。

❷ 鋰離子電池是怎樣工作的

鋰離子是採用含有鋰元素的材料作為電極的電池，它是現代高性能電池的代表。目前，我們用的手機、筆記本電腦、數碼攝像機等都是使用的鋰離子電池。可以說，它現在是我們的生活和工作中不可缺少的一種電源。

鋰離子電池是一種可以充電的電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間的移動來工作。通常人們把鋰離子進入正極材料的過程叫嵌入，離開的過程叫脫嵌；鋰離子進入負極材料的過程叫插入，離開的過程叫脫插。鋰離子電池是由鋰電池發展而來。鋰離子電池的能量密度很大，平均輸出的電壓也很高，自放電量很小，工作溫度范圍為-20℃～60℃，其循環性能優越，可快速充放電，充電效率高達100%，而且輸出功率大、用壽命長，不含有毒有害物質，被稱為綠色環保電池。而鋰離子二次電池通常由電極組件、容納該電極組件的容器以及電解液組成。

❸ 鋰離子電池可接受的最大充電電流是多少望大蝦指點。。。

鋰電池可以接受的最大充電電流通常是1C甚至更小，像ThinkPad筆記本電池最大充電率為0.9C。所謂1C充電率指以容量的1倍率電流來充電，充電時間為1小時。

實際上，要想電池壽命長，基本上是以0.1~0.3C充電10~4H。也就是說，容量為1500mAh的電池，如果以0.2C充電，則充電電流為0.2×1500=300mA，充電5小時。

(3)鋰離子去溶劑化過程擴展閱讀：

鋰離子電池在快速充電方面還有很大的差距，這其中的主要原因是在Li+在電解液中是以溶劑化的狀態存在的，在擴散通過SEI膜並嵌入到石墨的內部時，Li+需要首先進行去溶劑化過程，而這一過程是需要消耗能量的，這就在SEI／電解液界面處形成了一道無形的勢壘，阻礙Li+的快速擴散和嵌入道石墨負極內部。

而放電過程則正好相反，Li+擴散進入到電解液中，發生溶劑化，並不需要消耗能量，因此擴散鋰離子電池的放電速度要遠遠高於充電速度。

為了實現電動汽車快速充電而不對鋰離子電池的電性能造成損害，就需要對動力電池可接受的最大充電電流進行研究。過大的電流快速充電常見的後果是金屬鋰在負極析出，特別是在低溫下，石墨負極的動力學條件變差，更容易導致金屬鋰在石墨負極的表面析出。

❹ 溶劑化鋰離子

溶劑化鋰離子就是溶劑同離子形成的配離子。

❺ 離子電池的鋰離子電池電池組成部分

鋼殼/鋁殼系列：
（1）電池上下蓋
（2）正極——活性物質一般為氧化鋰鈷
（3）隔膜——一種特殊的復合膜
（4）負極——活性物質為碳
（5）有機電解液
（6）電池殼（分為鋼殼和鋁殼兩種）
軟包裝系列
（1）正極——活性物質一般為氧化鋰鈷
（2）隔膜——PP或者PE復合膜
（3）負極——活性物質為碳
（4）有機電解液
（5）電池殼——鋁塑復合膜
原理解構
[1]鋰系電池分為鋰電池 和鋰離子電池 。目前手機和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰電池。目前手機等使用的鋰離子電池，而真正的鋰電池由於危險性大，沒有應用於日常電子產品。
鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌（習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為「搖椅電池」。
鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高。自放電小，每月在10%以下。沒有記憶效應。工作溫度范圍寬為-20℃～60℃。循環性能優越、可快速充放電、充電效率高達100%，而且輸出功率大。使用壽命長。沒有環境污染，被稱為綠色電池。
充電是電池重復使用的重要步驟，鋰離子電池的充電過程分為兩個階段：恆流快充階段（指示燈呈紅色或黃色）和恆壓電流遞減階段（指示燈呈綠色）。恆流快充階段，電池電壓逐步升高到電池的標准電壓，隨後在控制晶元下轉入恆壓階段，電壓不再升高以確保不會過充，電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到0，而最終完成充電。電量統計晶元通過記錄放電曲線可以抽樣計算出電池的電量。鋰離子電池在多次使用後，放電曲線會發生改變，鋰離子電池雖然不存在記憶效應，但是充電不當會嚴重影響電池性能。
鋰離子電池過度充放電會對正負極造成永久性損壞。過度放電導致負極碳片層結構出現塌陷，而塌陷會造成充電過程中鋰離子無法插入；過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結構，而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來。
充電量等於充電電流乘以充電時間，在充電控制電壓一定的情況下，充電電流越大（充電速度越快），充電電量越小。電池充電速度過快和終止電壓控制點不當，同樣會造成電池容量不足，實際是電池的部分電極活性物質沒有得到充分反應就停止充電，這種充電不足的現象隨著循環次數的增加而加劇。
鋰離子電池-種類
[2][3]不可充電的鋰電池有多種，目前常用的有鋰－二氧化錳電池、鋰—亞硫醯氯電池及鋰和其它化合物電池。
1?鋰－二氧化錳電池(Li?MnO2)
鋰－二氧化錳電池是一種以鋰為陽極、以二氧化錳為陰極，並採用有機電解液的一次性電池。該電池的主要特點是電池電壓高，額定電壓為3V(是一般鹼性電池的2倍)；終止放電電壓為2V；比能量大(見上面舉的例子)；放電電壓穩定可靠；有較好的儲存性能(儲存時間3年以上)、自放電率低(年自放電率≤2%)；工作溫度范圍－20℃～+60℃。
該電池可以做成不同的外形以滿足不同要求，它有長方形、圓柱形及紐扣形(扣式)。
可充電鋰離子電池
可充電鋰離子電池是目前手機中應用最廣泛的電池，但它較為「嬌氣」，在使用中不可過充、過放(會損壞電池或使之報廢)。因此，在電池上有保護元器件或保護電路以防止昂貴的電池損壞。 鋰離子電池充電要求很高，要保證終止電壓精度在1%之內，目前各大半導體器件廠已開發出多種鋰離子電池充電的IC，以保證安全、可靠、快速地充電。
現在手機已十分普遍，手機中一部分是鎳氫電池，但靈巧型的手機則是鋰離子電池。正確地使用鋰離子電池對延長電池壽命是十分重要的。鋰離子電池是目前應用最為廣泛的鋰電池，它根據不同的電子產品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形、長方形及扣式，並且有由幾個電池串聯在一起組成的電池組。 鋰離子電池的額定電壓為3.6V(有的產品為3.7V)。充滿電時的終止充電電壓與電池陽極材料有關：陽極材料為石墨的4.2V；陽極材料為焦炭的4.1V。不同陽極材料的內阻也不同，焦炭陽極的內阻略大，其放電曲線也略有差別，如圖1所示。一般稱為4.1V鋰離子電池及4.2V鋰離子電池。現在使用的大部分是4.2V的，鋰離子電池的終止放電電壓為2.5V～2.75V(電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓，各參數略有不同)。低於終止放電電壓繼續放電稱為過放，過放對電池會有損害。
鋰離子電池不適合用作大電流放電，過大電流放電時會降低放電時間(內部會產生較高的溫度而損耗能量)。因此電池生產工廠給出最大放電電流，在使用中應小於最大放電電流。 鋰離子電池對溫度有一定要求，工廠給出了充電溫度范圍、放電溫度范圍及保存溫度范圍。 鋰離子電池對充電的要求是很高的，它要求精密的充電電路以保證充電的安全。終止充電電壓精度允差為額定值的±1%(例如:充4.2V的鋰離子電池，其允差為±0.042V)，過壓充電會造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池充電電流應根據電池生產廠的建議，並要求有限流電路以免發生過流(過熱)。一般常用的充電率為0.25C～1C（C是電池的容量，如C=800mAh，1C充電率即充電電流為800mA）。在大電流充電時往往要檢測電池溫度，以防止過熱損壞電池或產生爆炸。
鋰離子電池充電分為兩個階段：先恆流充電，到接近終止電壓時改為恆壓充電，其充電特性如圖2所示。這是一種800mAh容量的電池，其終止充電電壓為4.2V。電池以800mA(充電率為1C)恆流充電，開始時電池電壓以較大的斜率升壓，當電池電壓接近4.2V時，改成4.2V恆壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為1/10C(約80mA)時，認為接近充滿，可以終止充電(有的充電器到1/10C後啟動定時器，過一定時間後結束充電)。 鋰離子電池在充電或放電過程中若發生過充、過放或過流時，會造成電池的損壞或降低使用壽命。
充電
第一次充電，如果時間能較長，那麼可以使電極盡可能多的達到最高氧化態，如此能增長電池使用壽命。
[編輯本段]
鋰離子電池優缺點
鋰離子電池具有以下優點：
1） 電壓高，單體電池的工作電壓高達3.6-3.9V，是Ni-Cd、Ni-H電池的3倍
2） 比能量大，目前能達到的實際比能量為100-125Wh/kg和240-300Wh/L（2倍於Ni-Cd，1.5倍於Ni-MH）,未來隨著技術發展,比能量可高達150Wh/kg和400 Wh/L
3） 循環壽命長,一般均可達到500次以上,甚至1000次以上.對於小電流放電的電器,電池的使用期限 將倍增電器的競爭力.
4） 安全性能好,無公害,無記憶效應.作為Li-ion前身的鋰電池,因金屬鋰易形成枝晶發生短路,縮減了其應用領域：Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對環境有污染的元素：部分工藝（如燒結式）的Ni-Cd電池存在的一大弊病為「記憶效應」，嚴重束縛電池的使用，但Li-ion根本不存在這方面的問題。
5） 自放電小，室溫下充滿電的Li-ion儲存1個月後的自放電率為10%左右，大大低於Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。
6)可快速充放電，1C充電是容量可以達到標稱容量的80%以上。
7)工作溫度范圍高，工作溫度為-25~45°C，隨著電解質和正極的改進，期望能擴寬到-40~70°C。
鋰離子電池也存在著一定的缺點，如：
1） 電池成本較高。主要表現在正極材料LiCoO2的價格高（Co的資源較少），電解質體系提純困難。
2） 不能大電流放電。由於有機電解質體系等原因，電池內阻相對其他類電池大。故要求較小的放電電流密度，一般放電電流在0.5C以下，只適合於中小電流的電器使用。
3） 需要保護線路控制。
A、 過充保護：電池過充將破壞正極結構而影響性能和壽命；同時過充電使電解液分解，內部壓力過高而導致漏液等問題；故必須在4.1V-4.2V的恆壓下充電；
B、 過放保護：過放會導致活性物質的恢復困難，故也需要有保護線路控制。
摘要：綜述了鋰離子電池的發展趨勢，簡述了鋰離子電池的充放電機理理論研究狀況，總結歸納了作為核心技術的鋰電池正負電極材料的現有的制備理論和近來發展動態，評述了正極材料和負極材料的各種制備方法和發展前景，重點介紹了目前該領域的問題和改進發展情況。
材料
電子信息時代使對移動電源的需求快速增長。由於鋰離子電池具有高電壓、高容量的重要優點，且循環壽命長、安全性能好，使其在攜帶型電子設備、電動汽車、空間技術、國防工業等多方面具有廣闊的應用前景，成為近幾年廣為關注的研究熱點。鋰離子電池的機理一般性分析認為,鋰離子電池作為一種化學電源，指分別用兩個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的二次電池。當電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。鋰離子電池是物理學、材料科學和化學等學科研究的結晶。鋰離子電池所涉及的物理機理,目前是以固體物理中嵌入物理來解釋的,嵌入（intercalation）是指可移動的客體粒子（分子、原子、離子）可逆地嵌入到具有合適尺寸的主體晶格中的網路空格點上。電子輸運鋰離子電池的正極和負極材料都是離子和電子的混合導體嵌入化合物。電子只能在正極和負極材料中運動[4][5][6]。已知的嵌入化合物種類繁多，客體粒子可以是分子、原子或離子．在嵌入離子的同時，要求由主體結構作電荷補償，以維持電中性。電荷補償可以由主體材料能帶結構的改變來實現，電導率在嵌入前後會有變化。鋰離子電池電極材料可穩定存在於空氣中與其這一特性息息相關。嵌入化合物只有滿足結構改變可逆並能以結構彌補電荷變化才能作為鋰離子電池電極材料。
控制鋰離子電池性能的關鍵材料——電池中正負極活性材料是這一技術的關鍵，這是國內外研究人員的共識。
1 正極材料的性能和一般制備方法
正極中表徵離子輸運性質的重要參數是化學擴散系數,通常情況下，正極活性物質中鋰離子的擴散系數都比較低。鋰嵌入到正極材料或從正級材料中脫嵌，伴隨著晶相變化。因此，鋰離子電池的電極膜都要求很薄，一般為幾十微米的數量級。正極材料的嵌鋰化合物是鋰離子電池中鋰離子的臨時儲存容器。為了獲得較高的單體電池電壓，傾向於選擇高電勢的嵌鋰化合物。正極材料應滿足：
1）在所要求的充放電電位范圍內，具有與電解質溶液的電化學相容性；
2）溫和的電極過程動力學；
3）高度可逆性；
4）全鋰化狀態下在空氣中的穩定性。
研究的熱點主要集中在層狀LiMO2和尖晶石型LiM2O4結構的化合物及復合兩種M（M為Co，Ni，Mn，V等過渡金屬離子）的類似電極材料上。作為鋰離子電池的正極材料，Li+離子的脫嵌與嵌入過程中結構變化的程度和可逆性決定了電池的穩定重復充放電性。正極材料制備中，其原料性能和合成工藝條件都會對最終結構產生影響。多種有前途的正極材料，都存在使用循環過程中電容量衰減的情況，這是研究中的首要問題。已商品化的正極材料有Li1－xCoO2（0<x<0．8），Li1－xNiO2（0<x<0．8），LiMnO2[7][8]。它們作為鋰離子電池正極材料各有優劣。鋰鈷氧為正極的鋰離子電池具有開路電壓高，比能量大，循環壽命長，能快速充放電等優點，但安全性差；鋰鎳氧較鋰鈷氧價格低廉，性能與鋰鈷氧相當，具有較優秀的嵌鋰性能，但制備困難；而鋰錳氧價格更為低廉，制備相對容易，而且其耐過充安全性能好，但其嵌鋰容量低，並且充放電時尖晶石結構不穩定。從應用前景來看，尋求資源豐富、價廉、無公害，還有在過充電時對電壓控制和電路保護的要求較低等優點的，高性能的正極材料將是鋰離子電池正極材料研究的重點。國外有報道LiVO2亦能形成層狀化合物，可作為正極電極材料[9]。從這些報道看出，雖然電極材料化學組成相同，但制備工藝發生變化後，其性能改變較多。成功的商品化電極材料在制備工藝上都有其獨到之處，這是國內目前研究的差距所在。各種制備方法優缺點列舉如下。
1）固相法一般選用碳酸鋰等鋰鹽和鈷化合物或鎳化合物研磨混合後，進行燒結反應[10]。此方法優點是工藝流程簡單，原料易得，屬於鋰離子電池發展初期被廣泛研究開發生產的方法，國外技術較成熟；缺點是所製得正極材料電容量有限，原料混合均勻性差，制備材料的性能穩定性不好，批次與批次之間質量一致性差。
2）絡合物法用有機絡合物先制備含鋰離子和鈷或釩離子的絡合物前驅體，再燒結制備。該方法的優點是分子規模混合，材料均勻性和性能穩定性好，正極材料電容量比固相法高，國外已試驗用作鋰離子電池的工業化方法，技術並未成熟，國內目前還鮮有報道。
3）溶膠凝膠法利用上世紀70年代發展起
來的制備超微粒子的方法，制備正極材料，該方法具備了絡合物法的優點，而且制備出的電極材料電容量有較大的提高，屬於正在國內外迅速發展的一種方法。缺點是成本較高，技術還屬於開發階段[11]。
4）離子交換法Armstrong等用離子交換法制備的LiMnO2，獲得了可逆放電容量達270mA·h/g高值，此方法成為研究的新熱點，它具有所制電極性能穩定，電容量高的特點。但過程涉及溶液重結晶蒸發等費能費時步驟，距離實用化還有相當距離。
正極材料的研究從國外文獻可看出,其電容量以每年30～50mA·h/g的速度在增長，發展趨向於微結構尺度越來越小，而電容量越來越大的嵌鋰化合物，原材料尺度向納米級挺進，關於嵌鋰化合物結構的理論研究已取得一定進展，但其發展理論還在不斷變化中。困擾這一領域的鋰電池電容量提高和循環容量衰減的問題，已有研究者提出添加其它組分來克服的方法[12][13][14][15][16][17]。但就目前而言，這些方法的理論機理並未研究清楚，導致日本學者Yoshio.Nishi認為，過去十年以來在這一領域實質進展不大[1]，急須進一步地研究。
2 負極材料的性能和一般制備方法
負極材料的電導率一般都較高，則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰的化合物，如各種碳材料和金屬氧化物。可逆地嵌入脫嵌鋰離子的負極材料要求具有：
1）在鋰離子的嵌入反應中自由能變化小；
2）鋰離子在負極的固態結構中有高的擴散率；
3）高度可逆的嵌入反應；
4）有良好的電導率；
5）熱力學上穩定，同時與電解質不發生反應。
研究工作主要集中在碳材料和具有特殊結構的其它金屬氧化物。石墨、軟碳、中相碳微球已在國內有開發和研究，硬碳、碳納米管、巴基球C60等多種碳材料正在被研究中[18][19][20][21][22][23]。日本Honda Researchand Development Co．，Ltd的K．Sato等人利用聚對苯撐乙烯（Polyparaphenylene——PPP）的熱解產物PPP－700（以一定的加熱速度加熱PPP至700℃，並保溫一定時間得到的熱解產物）作為負極，可逆容量高達680mA·h/g。美國MIT的MJMatthews報道PPP－700儲鋰容量（Storagecapacity）可達1170mA·h/g。若儲鋰容量為1170mA·h/g，隨著鋰嵌入量的增加，進而提高鋰離子電池性能，筆者認為今後研究將集中於更小的納米尺度的嵌鋰微結構。幾乎與研究碳負極同時，尋找電位與Li+/Li電位相近的其他負極材料的工作一直受到重視。鋰離子電池中所用碳材料尚存在兩方面的問題：
1）電壓滯後，即鋰的嵌入反應在0～0．25V之間進行（相對於Li+/Li）而脫嵌反應則在1V左右發生；
2）循環容量逐漸下降，一般經過12～20次循環後，容量降至400～500mA·h/g。
理論上的進一步深化還有賴於各種高純度、結構規整的原料及碳材料的制備和更為有效的結構表徵方法的建立。日本富士公司開發出了鋰離子電池新型錫復合氧化物基負極材料，除此之外，已有的研究主要集中於一些金屬氧化物，其質量比能量較碳負極材料大大提高。如SnO2，WO2，MoO2，VO2，TiO2，LixFe2O3，Li4Ti5O12，Li4Mn5O12等[24]，但不如碳電極成熟。鋰在碳材料中的可逆高儲存機理主要有鋰分子Li2形成機理、多層鋰機理、晶格點陣機理、彈性球－彈性網模型、層－邊端－表面儲鋰機理、納米級石墨儲鋰機理、碳－鋰－氫機理和微孔儲鋰機理。石墨，作為碳材料中的一種，早就被發現它能與鋰形成石墨嵌入化合物（Graphite Intercalation Compounds）LiC6，但這些理論還處於發展階段。負極材料要克服的困難也是一個容量循環衰減的問題，但從文獻可知，制備高純度和規整的微結構碳負極材料是發展的一個方向。
一般制備負極材料的方法可綜述如下。
1）在一定高溫下加熱軟碳得到高度石墨化的碳；嵌鋰石墨離子型化合物分子式為LiC6，其中的鋰離子在石墨中嵌入和脫嵌過程動態變化，石墨結構與電化學性能的關系，不可逆電容量損失原因和提高方法等問題，都得到眾多研究者的探討。2）將具有特殊結構的交聯樹脂在高溫下分解得到的硬碳,可逆電容量比石墨碳高，其結構受原料影響較大，但一般文獻認為這些碳結構中的納米微孔對其嵌鋰容量有較大影響，對其研究主要集中於利用特殊分子結構的高聚物來制備含更多納米級微孔的硬碳[25][26][27]。
3）高溫熱分解有機物和高聚物制備的含氫碳[28][29]。這類材料具有600～900mA·h/g的可逆電容量，因而受到關注，但其電壓滯後和循環容量下降的問題是其最大應用障礙。對其制備方法的改進和理論機理解釋將是研究的重點。
4）各種金屬氧化物其機理與正極材料類似[24]，
也受到研究者的注意，研究方向主要是獲取新型結構或復合結構的金屬氧化物。
5）作為一種嵌鋰材料，碳納米管、巴基球C60等也是當前研究的一個新熱點，成為納米材料研究的一個分支。碳納米管、巴基球C60的特殊結構使其成為高電容量嵌鋰材料的最佳選擇[22][23][30]。從理論上說，納米結構可提供的嵌鋰容量會比目前已有的各種材料要高，其微觀結構已被廣泛研究並取得了很大進展，但如何制備適當堆積方式以獲得優異性能的電極材料，這應是研究的一個重要方向[31][32][33]。
3 結語
綜上所述，近年來鋰離子電池中正負極活性材料的研究和開發應用，在國際上相當活躍，並已取得很大進展。材料的晶體結構規整，充放電過程中結構不發生不可逆變化是獲得比容量高，循環壽命長的鋰離子電池的關鍵。然而，對嵌鋰材料的結構與性能的研究仍是該領域目前最薄弱的環節。鋰離子電池的研究是一類不斷更新的電池體系，物理學和化學的很多新的研究成果會對鋰離子電池產生重大影響，比如納米固體電極，有可能使鋰離子電池有更高的能量密度和功率密度，從而大大增加鋰離子電池的應用范圍。總之，鋰離子電池的研究是一個涉及化學、物理、材料、能源、電子學等眾多學科的交叉領域。目前該領域的進展已引起化學電源界和產業界的極大興趣。可以預料，隨著電極材料結構與性能關系研究的深入，從分子水平上設計出來的各種規整結構或摻雜復合結構的正負極材料將有力地推動鋰離子電池的研究和應用。鋰離子電池將會是繼鎳鎘、鎳氫電池之後，在今後相當長一段時間內，市場前景最好、發展最快的一種二次電池。
電池的分類有不同的方法其分類方法大體上可分為三大類
第一類：按電解液種類劃分包括：鹼性電池，電解質主要以氫氧化鉀水溶液為主的電池，如：鹼性鋅錳電池（俗稱鹼錳電池或鹼性電池）、鎘鎳電池、氫鎳電池等；酸性電池，主要以硫酸水溶液為介質，如鉛酸蓄電池；中性電池，以鹽溶液為介質，如鋅錳干電池（有的消費者也稱之為酸性電池）、海水激活電池等；有機電解液電池，主要以有機溶液為介質的電池，如鋰電池、鋰離子電池待。
第二類：按工作性質和貯存方式劃分包括：一次電池，又稱原電池，即不能再充電的電池，如鋅錳干電池、鋰原電池等；二次電池，即可充電電池，如氫鎳電池、鋰離子電池、鎘鎳電池等；蓄電池習慣上指鉛酸蓄電池，也是二次電池；燃料電池，即活性材料在電池工作時才連續不斷地 從外部加入電池，如氫氧燃料電池等；貯備電池，即電池貯存時不直接接觸電解液，直到電池使用時，才加入電解液，如鎂－氯化銀電池又稱海水激活電池等。
第三類：按電池所用正、負有為材料劃分包括：鋅系列電池，如鋅錳電池、鋅銀電池等；鎳系列電池，如鎘鎳電池、氫鎳電池等；鉛系列電池，如鉛酸電池等；鋰系列電池、鋰鎂電池；二氧化錳系列電池，如鋅錳電池、鹼錳電池等；空氣（氧氣）系列電池，如鋅空電池等
充電電池定義
充電電池又稱：蓄電池、二次電池，是可以反復充電使用的電池。常見的有：鉛酸電池（用於汽車時，俗稱「電瓶」）、鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池。
電池的額定容量
電池的額定容量指在一定放電條件下，電池放電至截止電壓時放出的電量。IEC標准規定鎳鎘和鎳氫電池在20±5℃環境下，以0.1C充電16小時後以0.2C放電至1.0V時所放出的電量為電池的額定容量。單位有Ah, mAh (1Ah=1000mAh)
如何正確使用鋰離子電池.
正確使用鋰離子電池應注意以下幾點：
避免在嚴酷條件下使用，如：高溫、高濕度、夏日陽光下長時間暴曬等，避免將電池投入火中；
裝、拆電池時，應確保用電器具處於電源關閉狀態；使用溫度應保持在－20~55℃之間；
避免將電池長時間「存放」在停止使用的用電器具中；
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鋰離子電池的使用
1、如何為新電池充電,
在使用鋰電池中應注意的是，電池放置一段時間後則進入休眠狀態，此時容量低於正常值，使用時間亦隨之縮短。但鋰電池很容易激活，只要經過3—5次正常的充放電循環就可激活電池，恢復正常容量。由於鋰電池本身的特性，決定了它幾乎沒有記憶效應。因此用戶手機中的新鋰電池在激活過程中，是不需要特別的方法和設備的。不僅理論上是如此，從我自己的實踐來看，從一開始就採用標准方法充電這種「自然激活」方式是最好的。
對於鋰電池的「激活」問題，眾多的說法是：充電時間一定要超過12小時，反復做三次，以便激活電池。這種「前三次充電要充12小時以上」的說法，明顯是從鎳電池（如鎳鎘和鎳氫）延續下來的說法。所以這種說法，可以說一開始就是誤傳。鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區別，而且可以非常明確的告訴大家，我所查閱過的所有嚴肅的正式技術資料都強調過充和過放電會對鋰電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標准時間和標准方法充電，特別是不要進行超過12個小時的超長充電。
此外，鋰電池或充電器在電池充滿後都會自動停充，並不存在鎳電充電器所謂的持續10幾小時的「涓流」充電。也就是說，如果你的鋰電池在充滿後，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電路的特性永不變化和質量的萬無一失，所以你的電池將長期處在危險的邊緣徘徊。這也是我們反對長充電的另一個理由。
此外，不可忽視的另外一個方面就是鋰電池同樣也不適合過放電，過放電對鋰電池同樣也很不利。
2、正常使用中應該何時開始充電
經常可以見到這種說法，因為充放電的次數是有限的，所以應該將手機電池的電盡可能用光再充電。但是我找到一個關於鋰離子電池充放電循環的實驗表，關於循環壽命的數據列出如下:
循環壽命 (10%DOD):>1000次
循環壽命 (100%DOD):>200次
其中DOD是放電深度的英文縮寫。從表中可見，可充電次數和放電深度有關，10%DOD時的循環壽命要比100%DOD的要長很多。當然如果摺合到實際充電的相對總容量：10%*1000=100，100%*200=200，後者的完全充放電還是要比較好一些，但前面網友的那個說法要做一些修正：在正常情況下，你應該有保留地按照電池剩餘電量用完再充的原則充電，但假如你的電池在你預計第2天不可能堅持整個白天的時候，就應該及時開始充電，當然你如果願意背著充電器到辦公室又當別論。
電池剩餘電量用完再充的原則並不是要你走向極端。和長充電一樣流傳甚廣的一個說法，就是「盡量把電池的電量用完」。這種做法其實只是鎳電池上的做法，目的是避免記憶效應發生，不幸的是它也在鋰電池上流傳之今。曾經有人因為手機電池電量過低的警告出現後，仍然不充電繼續使用一直用到自動關機的例子。結果這個例子中的手機在後來的充電及開機中均無反應，不得不送客服檢修。這其實就是由於電池因過度放電而導致電壓過低，以至於不具備正常的充電和開機條件造成的。
個人建議手機電池的電量保持在滿格的狀態，當電量不滿的時候就開始充電，2-3小時以內為宜。
鋰離子電池按電解液分可以分成液態鋰離子電池和聚合物鋰離子電池，聚合物鋰離子電池的電解液是膠體，不會流動，所以不存在泄漏問題，更加安全。

❻ 鋰電池原理及結構

以下是鋰電池原理及結構：
鋰離子電池以碳材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。
鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌（習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示）。
在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為「搖椅電池」。

❼ 1C,3A,5A,8A,10A,12A放電(電池是鋰電池17350/850mAh)，然後用0.2C

一、背景介紹
迄今為止，鋰離子電池(LIB)已廣泛應用於攜帶型電子設備和電動汽車，而且它們的普及率還在繼續增長。然而，隨著應用的增加，挑戰也越來越多，尤其是當運行條件偏離室溫時。雖然研究人員已經對LIB的高溫性能和降解進行了廣泛的研究，但低於零攝氏度的性能受到的關注較少。低溫下LIB的容量損失在一定程度上受到電池內部液體電解質的控制。因此，對電解質進行改性有望解決LIB的低溫失效問題。
【圖1】用於改善低溫性能的電解質工程策略示意圖。
二、正文部分
1、成果簡介
美國勞倫斯伯克利國家實驗室GaoLiu團隊近日發表了一篇綜述文章，首先簡要介紹了決定鋰離子在0°C以下性能的各種過程。然後，概述了提高上述低溫性能的電解質改性策略，包括各種添加劑、溶劑和鋰鹽。最後，總結了這些策略的優缺點，並就該領域的現狀提供了一些見解，包括有前景的新型研究領域。該研究以題目為「Liquidelectrolyte development for low-temperature lithium-ionbatteries」的論文發表在國際頂級期刊《Energy& Environmental Science》上。
2、研究亮點
簡要回顧了低溫LIBs液體電解質的發展歷史。首先總結了決定鋰離子在低溫(<0°C)下性能指標的各種過程，以及電解質如何影響它們。然後，回顧了近年來低溫LIB的電解質改性策略。最後，對該領域未來的發展方向提出了一些建議。
3、圖文導讀
【圖2】石墨‖LiNi0.80Co0.15Al0.05O2全電池中鋰傳輸路徑的概述。
鋰離子電池的容量通常會隨著溫度的降低而降低。當溫度恢復到正常條件時，這種容量損失通常是可逆的。另一方面，如果電池在低溫下充電，也可能發生不可逆的容量損失，這是由於在負極表面沉積了鋰金屬。這兩種類型的容量損失主要歸因於低溫下增加的內阻。這種內阻有許多組成部分，每個部分對應於鋰離子在電池中不同的傳輸過程（圖2）。
【圖3】(a)EMC-EC的液固相圖，(b)PC-EC的液固相圖。
典型的LIB電解質有機碳酸酯溶劑包括碳酸亞乙酯(EC)，其具有較大的介電常數，能夠使Li+和PF6-強烈離解以形成高導電性電解液。LIB電導率普遍隨溫度降低，這主要歸因於粘度增加，導致內阻上升。由於粘度與EC含量相關，因此應盡量減少這種溶劑。然而，由於EC在穩定SEI形成方面具有重要作用，這項工作具有挑戰性。EC具有高熔點，容易凝固。當EC發生結晶時，它會降低剩餘液相的電導率，甚至可能堵塞電極孔，導致容量降低。對於濃度>30mol%EC的EC/EMC體系，液相線點仍保持在0°C以上（圖3a）。與線性碳酸酯相比，碳酸亞丙酯(PC)在作為助溶劑添加時能夠更有效地抑制EC結晶（圖3b）。因此，PC廣泛用作一種低溫溶劑。
【圖4】(a)商業鋰離子電池放電至3.87V時電解質體電阻(Rb)、SEI電阻(RSEI)、電荷轉移電阻(Rct)以及Rct占總電阻的百分比(Rct%)隨溫度的變化。(b)Rct的Arrhenius曲線。
早期的阻抗研究顯示，LIB過電位與充電狀態強烈相關，特別是低於-20°C情況下（圖4a）。阻抗譜顯示，隨著溫度降低，中頻區的電阻增加，這通常對應電荷轉移電阻(Rct)。後續工作發現Rct和溫度之間存在Arrhenius關系（圖4b），並且電荷轉移過程的活化能（Ea,ct）強烈依賴於電解質組成。綜上所述，這些結果顯示，Li+去溶劑化過程才是與電荷轉移相關的限速步驟，而不是Li+跨越SEI的過程。
【圖5】(a)石墨界面處Li+去溶劑化示意圖。(b和c)Gr‖NCA電池的放電曲線。E9A是指在E9電解質中經歷了化成循環的負極（貧EC配方），而E2C是指在E2中經歷化成循環的正極（富含EC的配方）。
最近的研究工作也證明，Li+去溶劑化是低溫下的限速過程（圖5a）。2017年，太平洋西北國家實驗室的一個團隊系統地比較了Gr‖Gr、NCA‖NCA和LTO‖LTO對稱電池中不同成分的碳酸鹽電解質，從而消除了鋰金屬的影響。盡管在這些材料及其界面中化學結構不同，它們的中頻EIS響應在-40°C時幾乎相同，這意味著在每種情況下，離子去溶劑化都是限速過程。此外，當石墨負極在一種電解液中進行SEI化成過程，然後與另一種電解液重新組裝成Gr‖NCA全電池時，-20℃時電池的放電容量與前一種電解液幾乎沒有相關性，但與後一種電解液密切相關（圖5b和c）。
【圖6】(a)鋰離子電池阻抗圖。(b)Li‖MCMB半電池阻抗圖。
電解質的主要影響是界面組成。中間相可能在負極(SEI)或正極(CEI)表面上形成，它們對電池阻抗產生了體相傳輸電阻(RSEI)。然而，RSEI不太可能是低溫下內阻的最大組成部分。事實上，一些早期的研究指出SEI電導率是低溫LIB容量的主要限制因素，這是一個普遍的誤解。那麼，為什麼這種誤解會持續存在呢？一個可能的原因是RSEI和Rct可能難以區分。與中間相離子傳輸和電荷轉移相關的阻抗通常有相當大的重疊，這可能導致它們在阻抗圖中顯示為一個半圓（圖6a和b）。另一個可能的原因是，雖然RSEI不是總電阻的最大組成部分，但仍存在，從而顯著影響性能。
【圖7】(a)帶有鋰參比電極的MCMB‖LiNi0.8Co0.2O2電池在-20°C充電期間的電極/電池電壓曲線。(b)MCMB‖LiNi0.8Co0.2O2電池在-20°C放電期間的電壓-容量圖。
在低於25°C或以高倍率對石墨負極進行充電會導致鋰金屬沉積，引發安全隱患和容量過早衰減。如果石墨顆粒相對於Li/Li+的電化學電勢下降到0V以下，則在熱力學上可能形成鋰金屬。當施加電流足夠大時，負極電位可能會進一步下降到鋰電鍍狀態（圖7a）。這種過電位可能由多種因素引起，包括歐姆損耗以及傳質和動力學限制。大量研究表明，在低溫運行期間，石墨上也會發生鍍鋰。研究人員採用電化學方法檢測低溫下何時發生鋰電鍍（圖7b），並對-30°C時LIB放電曲線進行dV/dQ分析。這些dV/dQ分析表明，低溫充電後電池阻抗升高，這歸因於鋰金屬與電解質反應生成的SEI。
【圖8】(a)MCMB‖LiNi0.5Mn1.5O4全電池在市售電解質（BE）和含有三（三甲基甲硅烷基）亞磷酸酯和1,3-丙二醇環狀硫酸鹽添加劑（BE+MA+1wt% TMSP+1 wt%PCS）電解質中的循環性能。(b)在室溫下0.5C充電後，上述電池在-20至-60°C的放電曲線。(c)亞磷酸鹽和硫酸鹽添加劑在該體系中的工作機制。
有機亞磷酸酯已作為LIB電解質添加劑用於降低可燃性和提高高壓穩定性。特別是，亞磷酸三（三甲基甲硅烷基）酯，又名TMSP或TMSPi，由於其對金屬氧化物的鈍化作用而受到關注，因為其有助於形成穩定的正極電解質界面(CEI)層。TMSPi還參與石墨上SEI的形成，因為它與EC降解過程中形成的鋰醇鹽產生反應。最近的研究發現TMSPi可降低-40°C下Gr‖NCA全電池的過電位，從而提高容量。同年的另一篇論文顯示，添加TMSPi能夠使得5V級MCMB‖LiNi0.5Mn1.5O4電池在-60°C下運行，且沒有容量衰減（圖8a和b）。除了鈍化正極外，該添加劑還能夠顯著穩定負極SEI，防止鋰金屬沉積並減少微裂紋的形成（圖8c）。
【圖9】(a)在標准電解質（1M LiPF6in EC/EMC/PC 4:7:1 w/w）中添加1wt% LiPO2F2後，Gr‖NMC523電池在低溫下的放電容量保持率。（b和c）完全充電的正極和負極半電池在0°C時的阻抗。
盡管已經開發了許多不同的鋰鹽作為LIB添加劑，但很少有人專門研究它們在低溫下的作用。其中，二氟磷酸鋰(LiPO2F2)可以改變正負極的界面化學特性。在標准電解質(1M LiPF6 in EC/EMC/PC 4:7:1 w/w)中僅添加1wt% LiPO2F2，就可以將Gr‖NMC523電池在-30°C下的相對容量保持率從9.6%提高到57.9%（圖9）。最近，另外一些研究表明，這種添加劑在石墨和NMC表面上都充當界面形成劑，大大降低了SEI和CEI電阻。
【圖10】(a)在低溫（Gr‖NMC111軟包電池）和室溫（Gr‖NCA紐扣電池）下少量(0.05M)CsPF6添加劑對鋰離子全電池性能的影響。(b)Gr‖NCA紐扣電池在-40°C和C/5倍率下，三種含有CsPF6添加劑的電解質中的放電電壓曲線，其中E1=1M LiPF6in EC/PC/EMC 1:1:8 w/w+0.05 MCsPF6。(c)含有E1、E2或E3電解質的Gr‖NMC111軟包電池在-40°C下的1C放電曲線。電解液E2含有0.5wt%的FEC和TMSPi，但不含1,3-丙磺酸內酯(PS)。(d)在60°C，1C恆流循環期間，含有E1、E2或E3的Gr‖NCA紐扣電池的容量保持率。電解液E3中存在0.5wt% PS。
用於改善低溫性能的添加劑之一是CsPF6（圖10）。Cs+的作用是由於它在引導SEI形成方面的作用:銫離子在其溶劑殼中只能容納1-2個EC分子，而且[Cs(EC)1-2]+的還原電位高於[Li(EC)3-4]+的還原電位。這導致SEI由EC的分解產物主導，即使在具有競爭性溶劑或低EC含量的電解質中也是如此。在優化溶劑和添加劑組成後，0.05M CsPF6電解質組裝的1Ah軟包電池(Gr‖NMC111)，其在-18°C下保持0.69Ah的放電容量，在-40°C下保持0.37Ah的放電容量，均在1C倍率下。相同的電池在25°C時能夠循環1000次，容量保持率>85%，而使用相同電解質的Gr‖NCA紐扣電池在60°C下循環300次後容量保持率>60%。
【圖11】(a)含有10wt% PC和30wt% EC(E6)、20wt% EC(E7)或10wt% EC(E8)的電解質的差示掃描量熱法結果，其餘為EMC。(b)不同溫度下具有不同EC含量的10%PC電解質電導率。(c)Gr‖NCA紐扣電池在不同溫度下的C/5放電容量隨EC含量的變化。
碳酸丙烯酯 (PC)是一種極性非質子溶劑(ε=65)，具有寬的液體溫度范圍（-49至242°C）。由於PC的熔點和粘度優於EC，添加少量PC可以提高低溫下的電導率並顯著降低結晶傾向。在2017年的一項研究中，李等人徹底比較了含有不同比例EC、PC和EMC且具有恆定鹽濃度（1.0M LiPF6和0.05MCsPF6）的電解質熱特性和離子電導率。發現添加PC顯著降低了液相線溫度和凝固點，對於PC:EC:EMC=1：1：8的電解質，分別為-58.4°C和-67.2°C（圖11a）。此外，在低於-20°C的溫度下，電導率隨著EC含量的降低而均勻增加，在-40°C下，1:1:8混合物的電導率可高達1mS cm-1（圖11b）。這種相對簡單的三元混合物能夠使Gr‖NCA紐扣電池和Gr‖NMC111軟包電池在-40°C和C/5條件下的容量保持率>65%（圖11c）。
【圖12】(a)高氟化FEC基電解質的冰點。（b）幾種電解質電導率隨溫度的變化。含有高氟電解質和標准電解質的Li‖NCA半電池(c)在不同溫度下的循環性能，以及(d)在-20°C，C/3下的循環性能。
Fan等人最近報道了一種使用FEC作為主要溶劑成分的高氟含量電解液。作者在FEC：DEC=1:3的混合物中溶解了高濃度的氟化鹽LiFSI或LiBETI。然後將濃縮的電解質進一步稀釋到惰性氟化溶劑中，這種溶劑通常不能溶解鋰鹽，但可與預溶劑化的混合物混溶。由此產生的局部高濃電解質在-120°C以下保持液態（圖12a），達到了驚人的低溫極限。它們的電導率對溫度不敏感，從-80°C到25°C僅變化兩個數量級（10-5-10-3Scm-1）（圖12b）。此外，由於鹽與（配位）溶劑分子的比例很高，Li+的平均溶劑化能顯著降低。總之，這種電解質使得Li‖NCA電池能夠在-95至70°C內運行（圖12c和d）。
【圖13】(a)MCMB‖LixNiyCo1−yO2軟包電池的串聯電阻隨溫度的變化，該軟包電池電解質為1M LiPF6 inEC/EMC/各種酯=1:3:1。(b和c)在標准電解質和1M LiBOB in GBL:F-EPE=7:3電解質中，Gr‖NMC111紐扣電池在不同溫度下的0.1C放電曲線。
除了碳酸酯類之外，酯類以及它們的環狀衍生物（稱為內酯類）也可以作為低溫鋰離子電池的電解質溶劑。其中，丙酸甲酯(MP)是最有效的（圖13a），把它添加在1M LiPF6in EC/EMC/MP=2:6:2電解質中後，Gr|LiNi0.8Co0.2O2電池的放電容量可在-60°C下超過5Ah。另外，環狀內酯與線性酯類不同，它們具有較高的極性，足以部分或完全替代EC/PC。研究最多的是γ-丁內酯(GBL)，其在室溫下具有42的相對介電常數，約為EC的一半，但仍然足夠大，使得Li+鹽有效電離。它還能在更寬的范圍內保持液態，並且比EC具有更低的粘度。然而，與其他酯一樣，它無法在石墨上形成鈍化SEI。然而，最近Shi等人在GBL與惰性氫氟醚（F-EPE）的混合物中溶解了1M 雙（草酸根）硼酸鋰(LiBOB)作為電解質。這種電解質使得Gr‖NMC111電池能夠在寬的溫度范圍內（-40至60°C）穩定循環，在-40°C下能提供74mAh g-1的比容量，而傳統電解質做不到（圖13b和c）。
【圖14】(a)完全充電的鋰離子電池在-20°C下的阻抗譜，電解質為1MLiPF6/LiBF4in EC/DMC/DEC=1:1:1 w/w。(b)使用混合LiDFOB/LiBF4電解質與標准電解質的Li‖LiFePO4電池在-20°C下的初始充放電曲線，放電速率為0.5C。(c)-20°C下，Gr|LiNi0.5Mn1.5O4電池在含有不同比例LiDFOB與LiBF4電解質中的循環性能。
LiBF4在電解質中的離子電導率和SEI特性較差，但在零度以下，LiBF4可以實現比LiPF6更好的電池性能。當使用LiBF4時，全電池Rct顯著降低（圖14a）。然而，由於電解質溶液中形成的SEI性能較差，LiBF4並沒有得到廣泛普及。另一方面，雙(氧代)硼酸鋰(LiBOB)具有優異的SEI形成能力。然而，LiBOB的溶解度和導電性比LiPF6更差，限制了它的應用。在二氟（氧代）硼酸鋰(LiDFOB)中可以避免上述兩個問題，它具有LiBOB的SEI形成特性，以及適當的溶解度和離子解離特性。使用LiDFOB和LiBF4組成的混合鹽可以最大限度地發揮這兩種化合物在低溫下的優勢。例如，李等人研究了一種EC/DMS/EMC=1:1:3v/v電解液，其中LiDFOB和LiBF4總量為0.9M。在半電池測試中發現這種電解質與石墨和LiFePO4兼容，在-20°C時，其容量比標准電解質高得多（圖14b）。Zhou和同事對在-20至60°C內具有不同DFOB/BF4比的電解質進行了詳細研究。純LiDFOB普遍適用室溫和更高溫度，在Gr‖LMNO電池中產生最好的電導率和放電容量，但這種趨勢在-20°C時完全相反，LiDFOB和LiBF4混合物顯示出更好的特性（圖14c）。在0.8M LiDFOB和0.2M LiBF4比例下達到了最優的性能，因為即使是少量的LiBF4也可以在-20°C下將電池Rct從482.6Ω降低到346.3Ω，而不會影響LiDFOB的鈍化效果。因此，含有這種混合物的電池在所有溫度下都表現出優異的容量保持率。
【圖15】(a-c)含有各種電解質的Si納米片粉末半電池在不同溫度下的循環性能。電解質為1M LiPF6in EC/DEC=1:1 v/v，具有10wt%的添加劑。(d-f)上述電池在不同溫度下第10次循環的充放電曲線。
硅負極具有較高的容量，有望取代石墨負極，然而它在低溫下的性能研究較少。春田等人比較了幾種常見電解質添加劑在不同溫度下對Si納米片負極的影響（圖15），發現10wt% FEC在-5°C下和60°C下都有較高的容量和循環穩定性。而10wt% VC在高溫下的容量稍好一些，但低溫下的容量則會大大降低。
4、總結和展望
這篇綜述首先總結了與液體電解質相關的阻抗來源以及它們在低溫性能中所起的作用。低溫下LIB運行的最大限制因素是電荷轉移電阻，而這與電解質/活性材料界面處的Li+去溶劑化相關。通過電解質工程能夠解決這些問題。電解質添加劑通常有助於形成堅固的SEI/CEI層，降低Li+傳輸阻力。低溫下最簡單但最有效的溶劑組分之一是碳酸丙烯酯(PC)，因為它熔點較低(-49°C)。最後，使用其他鋰鹽，如LiBF4，LiBOB和LiDFOB，也能夠將低溫下的電荷轉移電阻大大降低。總的來說，通過對電解質添加劑、溶劑、鋰鹽進行改性和不同的組合有望進一步提升低溫LIB性能，使其能夠應用於一些極端條件如航空航天，深海探測等領域。
參考文獻
DionHubble, David Emory Brown, Yang Zhao, Chen Fang, Jonathan Lau,Bryan D. McCloskey and Gao Liu*. Liquid electrolyte development forlow-temperature lithium-ion batteries, Energy& Environmental Science.
DOI:10.1039/D1EE01789F
https://doi.org/10.1039/D1EE01789F