锂电池及其应用
姓名：高雷学号：20075040007
单位：物理电子工程学院专业：物理学
指导老师：罗永松职称：教授
摘要：本文主要讲述了锂电池及其应用，并对其应用前景进行了展望，希望能引起人们对锂电池进一步研究的关注。
关键词：锂电池；应用；应用前景
Lithium battery and its application
Abstract:It is mainly described in this paper that the lithium battery and the application of lithium, and its application prospect, expect to arouse interest for further research on lithium batteries.
Key Words:Lithium Battery；Application；Prospects
引言
随着微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。
锂电池凭借着其在诸多方面卓越的性能被人们广泛的应用于很多方面[1]，例如手机、掌上电脑、笔记本电脑、电动工具、电动车、路灯备用电源、航行灯、摄像机、照相机、家用小电器甚至军事装备及卫星上。
锂电池也被人们称之为“最有应用前途的化学电源”，甚至称为“极限电池”或“最后一代电池”[2]。
1. 锂电池简介
1.1锂电池的原理
锂电池全称为锂离子电池，但是人们习惯上把锂离子电池称为锂电池，现在锂电池已经称为了主流电池。
锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质的电池[3]。
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。
由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存及使用对环境要求非常高，所以锂电池生产要在特殊的环境条件下进行，后来就出现了锂离子蓄电池。
日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池[4]，锂离子蓄电池中不使用诸如铅酸蓄电池或镍氢蓄电池的水溶液为电解液，而是使用有机电
解液。
当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。
而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极，回正极的锂离子越多，放电容量越高。
我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
在此充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。
并且放电和充电过程是可逆的。
在这种反应过程中，锂以离子形态存在，不析出金属状态的锂，确保了高度的稳定性，并且由于只有锂离子的移动，因此副反应很少。
另外，从环境保护角度来讲，世界环境保护组织早已把用作铅酸蓄电池等电池原材料的镉、汞、铅三种元素列为有害物质，锂电池完全可以称得上是“绿色”电池。
1.2锂电池的主要优点
（1）能量密度高[5]。
它具有很高的储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的6-7倍。
（2）充电效率高，可达100%，而且使用寿命长，可达到6年以上，大部分可以使用7000次以上，其中磷酸亚铁锂为正极的电池有可以使用10000次的记录[5]。
（3）输出电压高（约为3.6V），是Ni-Cd、Ni-MH电池的3倍，还便于组成电池电源组，充放电特性也很好。
（4）具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于电动汽车使用中高强度的启动加速。
（5）自放电率很低，这也是其最突出的优越性之一，目前一般可达到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20。
（6）质量小，相同体积下质量约为铅酸产品的1/5-1/6。
（7）温度适应型强，可以在-20℃-60℃的环境下使用，现在有些已达到可在-40℃-70℃下正常使用。
（8）绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质，属于绿色能源。
（9）生产过程中基本不消耗水，这对缺水的我国来说，是十分有利的。
1.3锂电池的主要不足
（1）成本较高。
不过随着技术的不断发展及跟大范围的应用，锂离子电池的生产成本有望大大降低[6]。
（2）必须有特殊的保护电路，以防止过充或过放。
（3）与普通电池的相容性差。
因为一般要在用3节普通电池的情况下才能用锂电池进行替代。
同其优点相比，这些缺点不成为主要问题，特别是用于一些高科技高附加值的产品中，因此应用范围非常广泛。
锂离子电池在几种可充小型电池中，不仅在能量密度上，而且在能量比价上，均将占有绝对优势[7]。
2. 锂电池的应用
锂离子电池的出现及其后来的不断改进和完善，带动了相关产业的发展，如移动电话、掌上电脑、照相机、笔记本电脑、以及其他小型便携式电动器械的迅速发展。
特别是便携式用电器具的迅速增长，为锂离子电池的应用开拓了广阔的前景。
目前，这些产品的所使用的电池中60%以上都是锂离子电池[8]。
现在，在电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，从环保角度考虑，另外铅酸蓄电池由于能量密度较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐地会被其他更加优秀的蓄电池所取代。
正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景[9]。
近年来，国内外很多大公司都加紧了对电动汽车的研究。
而对电动汽车的研究中最重要的就是对电源的研究。
其中大型、大功率镍氢蓄电池、大型锂离子电池和大型超级电容器都先后成为电动汽车的重要动力源。
人们根据锂离子电池体积小、重量轻、能量大的独特优点，把它作为了未来电动汽车用轻型高能动力电池的首选电源。
就目前来看，人们对锂离子电池的前景最为看好，可见，对锂电池研究还是有很大发展空间的。
经过几年对锂离子电池更为深入的研究，现在也已取得了较大的进步。
特别是本世纪以来，大型锂离子蓄电池开始应用于纯电动汽车与混合动力车。
这些电动车都有着广阔的发展前景，由于电动车的蓬勃发展，也就促进了锂离子电池技术的发展。
当然，锂离子电池并非尽善尽美[10]，它还存在一些缺点，例如成本还比较高，低温时放电率也还不高。
但从工艺研究和改进的发展趋势看，锂离子电池的优势日益明显。
3. 锂电池的应用前景
锂电池在以后会广泛的应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，
邮电通讯的不间断电源，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。
有理由相信锂离子蓄电池产业将成为21世纪能源领域的重大产业之一。
更加值得注意的是刚刚研发出来的“超级”锂电池[11]，它能在短时间迅速完成充电过程，例如手机充电一般只需20秒。
虽然这项技术目前仅能应用在实验室中，但随着技术的不断进步，这种“超级”锂电池有可能在未来的应用于更加广泛的领域里。
那样就可以节约更多的能源。
那时“超级”锂电池也会使用在电动汽车上，并且使中途充电就如现在汽车加油一样方便快捷。
结论
（1）随着锂离子电池性能的不断提高和成本的不断降低，该系列电池将成为最具发展前景的可充电电池，将被应用于更广泛的领域。
（2）锂离子电池作为新兴的能源材料正处于蓬勃发展时期，进一步研究和开发锂离子电池对发展与能源密切相关的各项产业都具有非常重要的意义。
致谢
衷心感谢我的指导教师罗永松教授，在学年论文写作过程中，罗教授一方面指导了论文的写作；另一方面，最重要的，在思想方面给了我很大的启发：教育我们做事情一定要认真，一定要从细节做起，一定要养成踏实的良好习惯。
我感觉这些教导比指导论文写作还要重要，因为这些教导对我们以后的学习和工作都仍有很大的帮助。
另外，罗教授勤奋工作的精神与高度的责任感更是我学习的典范，再次向罗教授致以最真诚的感谢！
参考文献：
[1] 屈伟平．锂电池的广泛前景及发展障碍[J]．电源技术应用．2009，(8)：120．
[2]任学佑，王振海．迅速发展的松下锂电池工业[J]．新疆有色金属．1996，(4)：58．
[3]郑子山，张中太，唐子龙．锂离子二次电池最近进展及评述[J]．化学世界．2004(8)：
66．
[4]其鲁．电动汽车用动力锂离子二次电池[M]．北京：科学出版社，2009:12~14．
[5] 郭炳焜，徐徽，王先友．锂离子电池[M]．中南大学出版社，2002:1~3．
[6]吴宇平．锂离子二次电池[M]．北京：化学工业出版社，2002:10．
[7]郭炳焜，李新海，杨松青．电池原理及制造技术[M]．长沙：中南工业大学出版
社，2000：23~25．
[8]吴宇平．锂离子电池-应用与实践[M]．北京：化学工业出版社，2004:3．
[9]全国汽车标准化技术委员会．电动汽车用锂离子蓄电池[M]．北京：中国计划出
版社,2006:35~40．
[10]李建保，李敬锋．新能源材料及其应用技术[M]．北京：清华大学出版社，2005:20．
[11] 徐小涛．现代通信电源技术及应用[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2009:7．。