鋰離子電池的誕生歷史及安全性簡介
由于美國物理化學家吉爾伯特牛頓的工作,鋰離子電池可以追溯到1912年,但直到20世紀70年代才開始商用非鋰離子電池。再過20年,市售的可充電鋰離子電池終于上市了。
鋰離子電池有三種主要類型的封裝:圓柱形,棱柱形和鋰聚合物袋設(shè)計。但是,每種類型的基本結(jié)構(gòu)實際上是相同的。
鋰離子聚合物電池與其他類型的鋰離子電池的主要區(qū)別在于它們使用干燥的固體聚合物電解質(zhì)。電解質(zhì)具有塑料狀薄膜的外觀,其不導電但允許離子交換。聚合物取代了鋰離子電池中使用的多孔隔膜。然而,由于室溫下的導電性差,混合鋰離子聚合物電池經(jīng)常用于含有凝膠電解質(zhì)的移動手機應(yīng)用中,因此增強了離子傳導性。這樣可以產(chǎn)生更堅固,更薄,更安全的電池。通過使用最少量的液體或凝膠電解質(zhì)來減少電池中的可燃材料,實現(xiàn)了增強的安全性。
早期的可再充電電池包含鋰基電極,但在20世紀80年代,人們發(fā)現(xiàn)再充電導致電極發(fā)生變化,從而降低了熱穩(wěn)定性。熱失控導致溫度迅速升高,電池達到鋰的熔點,導致劇烈的排氣和燃燒。因此,今天的鋰離子電池實際上不含鋰金屬,電極由替代材料制成,如鈷酸鋰(用于陰極)和石墨(用于陽極)。
今天,電解質(zhì)(具有攜帶鋰離子并因此產(chǎn)生電流的功能)是鋰鹽,其是由于電池的較高電壓(4V)所需的非水有機溶劑。使用鋰鹽代替水溶液(例如鎳鎘電池中使用的鉛酸),因為高電壓會引起水的電解。鋰鹽受益于高導電性,電化學穩(wěn)定性(電壓超過4 V),化學和熱穩(wěn)定性以及寬闊的溫度范圍的固有特性。
電池的另一個主要部件是分離器。隔板的主要功能是使正極和負極絕緣,保留電解質(zhì)并傳輸離子。用于該組件的典型材料是聚乙烯和聚丙烯多孔薄膜。這些材料提供良好的絕緣性和機械強度,化學和熱穩(wěn)定性(抵抗電解質(zhì)),具有保持電解質(zhì)的能力,并且是多孔的,允許鋰離子的移動。由于材料的孔在溫度下熔化從而阻止鋰離子的移動,因此隔板在電池的安全性中起重要作用。
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