现代电池技术：第7章 锂电池

1、第七章锂 电 池锂电池 锂电池是用金属锂作负极活性物质的电池的总称。锂的标准电极电位最负(-3.045V)，因此，锂电池的电压高，比能量大，同时，其放电电压平稳，工作温度范围宽(-4050)，低温性能好，贮存寿命长。日本在锂电池的研制和应用方面，目前处于世界领先地位。锂电池特性锂电池特性安全性 在短路或某些重负荷条件下，锂电池容易发生爆炸。反应放热，使电池温度升高，温升有促进电池加速反应；当温度超过锂的熔点(180)，溶剂易挥发，反应更剧烈；正极含有的碳颗粒和放电产物硫，在高温下易生成气体；某些无机盐本身在高温下也有爆炸性，如LiClO4；隔膜高温分解防爆措施安装透气片减压，但会使有毒气体和腐

2、蚀性气体外泄，电解液减少；在单体电池内安装一根保险丝；在隔膜上镀蜡，当温度超过一定值时，石蜡熔融将隔膜孔洞堵塞，终止放电锂电池命名方法单体锂电池命名 单体锂电池型号由四部分组成 第一部分：体系字母代号； 第二部分：形状字母代号； R-细长圆柱形；S-方形；F-扁方形 第三部分：阿拉伯数字表示电池尺寸； 第四部分：电池工作特性代号；锂电池命名方法锂电池组命名 电池组型号由三部分组成 第一部分：串联代号，用阿拉伯数字表示单体电池串联数； 第二部分：单体锂电池型号； 第三部分：为并联代号；例如：ER26500MS 表示直径为26.2mm，高度为50mm，容量为4.5A，以中等速率放电，具有卷式电极结

3、构，能在高温环境下工作的圆柱形Li-SOCl2电池。例如：9WR26505-9 表示直径为26.5mm，高度为50.5mm的圆柱形单体Li-SO2电池，先9只串联，在9路并联，共81只电池构成电池组。锂电池分类 按可否充电分：一次锂电池和二次锂电池； 按电解质种类分：有机电解质锂电池和无机电解质锂电池；锂有机电解质电池(常温下为液态的有机电解质)(-)Li|Li+, X-, 有机溶剂|固态正极活性物质(+)锂无机电解质电池(常温下为液态的无机非水溶液)(-)Li|Li+, X-|液态正极活性物质(兼做溶剂)(+)固体电解质电池(Li+传导的固态物质)(-)Li|Li+, X-, 固体电解质|固

4、态正极活性物质(+)锂熔盐电池(常温下为固态、高温下为液态的无机盐)(-)Li(Al)|2Li+, X1-, X2-(高温)|固态正极活性物质(+)锂电池分类锂电池工作原理负极反应Li Li+ + e正极反应 当有新的物相形成，例如AgCl + e Ag + Cl- 当无新的物相形成，只发生Li+和e的插入和脱出，晶格结构不发生变化，例如MnO2 + Li+ + e LiMnO2TiS2 + Li+ + e LiTiS2锂电池的组成锂负极锂电极制备方法片式涂膏式电镀式锂电池的组成正极物质正极物质要求能与锂匹配，提供较高电压具有较高的比能量和对电解液的相容性导电性良好119锂电池的组成电解液锂与

5、水反应会引起爆炸，因而电解液为非水的有机或无机电解液溶剂要求不与锂和正极反应具有高的离子传导性在电池使用温度范围内呈液态物理性能好乙腈AN，-丁内酯BL，二甲氧基乙烷DME，碳酸丙稀酯PC等溶质要求能溶于有机溶剂并离解形成导电电解液形成的电解液对活性物质是惰性的LiCl，LiClO4，LiBr，LiAlCl4，LiBF4，LiAsF6等Li-MnO2电池电池反应(-) Li | LiClO4, PC+DME | MnO2(C) (+)负极反应：Li Li+ + e正极反应：MnO2 + Li+ + e MnOOLi电池反应：Li + MnO2 MnOOLi电池组成与结构Li-MnO2电池电池性

6、能 Li-MnO2电池工作温度范围宽(-2050)，贮存性能好，自放电小，贮存和放电过程中无气体析出，安全性好，开路电压3.5V，工作电压2.9V，终止电压2.0V。Li-SO2电池电池反应(-) Li | LiBr, AN, PC, SO2 | C (+)负极反应：2Li 2Li+ + 2e正极反应：2SO2 + 2Li+ + 2e Li2S2O4电池反应：2Li + 2SO2 Li2S2O4电池组成与结构Li-SO2电池电池性能 Li-SO2电池是目前研制的有机电解液电池中，综合性能最好的一种电池，比能量高(330Wh/kg, 520Wh/L)，电压精度高，贮存性能好，放电电压平台平稳(2

7、.95V)；但产物Li2S2O4涂覆在电极表面，导致电压滞后现象。Li-SO2电池安全性 电池使用不当，易发生爆炸或SO2气体泄漏。反应放热，使电池温度升高，温升有促进电池加速反应；当温度超过锂的熔点(180)，溶剂易挥发，反应产生的气体形成较高内压；正极含有的碳颗粒和放电产物硫，在高温下易燃烧；当SO2缺乏时，锂与乙腈，锂与硫反应放出大量热；隔膜高温分解防爆措施安装透气片减压，但会使有毒气体和腐蚀性气体外泄，电解液减少；选用稳定溶剂，如AN/PC=90:10等；在隔膜上镀蜡，当温度超过一定值时，石蜡熔融将隔膜孔洞堵塞，终止放电Li-(CFx)n电池电池反应(-) Li | LiClO4, P

8、C| (CFx)n (+)负极反应：nLi nLi+ + ne正极反应：(CFx)n + ne nC + nF- (x=1)电池反应：nLi + (CF)n nLiF + nC电池组成与结构Note：m(CFx)n):m(导电剂):m(粘合剂) = 30:55:15Li-(CFx)n电池电池性能 Li-(CFx)n电池开路电压2.83.3V，工作电压2.6V，放电电压平稳，理论比容量达2260Wh/kg，电池贮存过程中无气体析出，自放电极微，安全性能好。Li-SOCl2电池电池反应(-) Li | LiAlCl4, SOCl2| C (+)负极反应：4Li 4Li+ + 4e正极反应：2SOC

9、l2 + 4e S + SO2 + 4Cl- (x=1)电池反应：4Li + 2SOCl2 4LiCl + S + SO2 其它反应：8Li + 4SOCl2 6LiCl + S2Cl2 + Li2S2O4 8Li + 3SOCl2 6LiCl + 2S + Li2SO3电池组成与结构Li-SOCl2电池电池性能 Li-SOCl2电池性能超过Li-SO2电池，是目前世界上实际应用电池中比能量最高的一种，工作温度范围宽，成本低，开路电压3.65V，放电电压平稳，可大电流放电。Li-SOCl2电池电压滞后 由于锂电极表面形成了LiCl沉积膜，虽然能防止电池自放电，但导致电压滞后，采取措施：降低电解质LiAlCl4浓度，改用新的电解质，如Li2B10Cl10，Li2B12Cl12等。安全性 电池使用不当，易发生爆炸或SOCl2泄漏。Li和S反应生成Li2S，放出大量热，而Li2S又能与SOCl2发生剧烈放热反应，触发爆炸；Li在电压不足的情况下发生还原电沉积，形成Li-C嵌入物，其能与SOCl2或S发生剧烈放热反应；过放电也会引发电池爆炸；Li-SOCl2电池过放电 过放电时，负极Li用完，正极发生如下反应：SOCl2 + 4e SO2 + S + 4Cl-如果LiCl堵塞严重，正极表面Li+还原形成Li，Li与S易发生爆炸式反应；同时，SOCl2在负极上也可发生如下