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哪個研究所鋰電池做的好

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「鋰電池」,是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由gilbertn.lewis提出並研究。20世紀70年代時,m.s.whittingham提出並開始研究鋰離子電池。由於鋰金屬的化學特性非常活潑,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對環境要求非常高。所以,鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發展,現在鋰電池已經成為了主流。
鋰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的鋰,並且是可以充電的。可充電電池的第五代產品鋰金屬電池在1996年誕生,其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優於鋰離子電池。由於其自身的高技術要求限制,現在只有少數幾個國家的公司在生產這種鋰金屬電池。
鋰電池最早期應用在心臟起搏器中。鋰電池的自放電率極低,放電電壓平緩等優點,使得植入人體的起搏器能夠長期運作而不用重新充電。鋰電池一般有高於3.0伏的標稱電壓,更適合作集成電路電源。二氧化錳電池,就廣泛用於計算器,數位相機、手錶中。
為了開發出性能更優異的品種,人們對各種材料進行了研究,從而製造出前所未有的產品。
1992年sony成功開發鋰離子電池。它的實用化,使人們的行動電話、筆記本、計算器等攜帶型電子設備的重量和體積大大減小。
1、1970年代埃克森的m.s.whittingham採用硫化鈦作為正極材料,金屬鋰作為負極材料,製成首個鋰電池。
2、1980年,j.goodenough發現鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料。
3、1982年伊利諾伊理工大學(theillinoisinstituteoftechnology)的r.r.agarwal和j.r.selman發現鋰離子具有嵌入石墨的特性,此過程是快速的,並且可逆。與此同時,採用金屬鋰製成的鋰電池,其安全隱患備受關注,因此人們嘗試利用鋰離子嵌入石墨的特性製作充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試製成功。
4、1983年m.thackeray、j.goodenough等人發現錳尖晶石是優良的正極材料,具有低價、穩定和優良的導電、導鋰性能。其分解溫度高,且氧化性遠低於鈷酸鋰,即使出現短路、過充電,也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。
5、1989年,a.manthiram和j.goodenough發現採用聚合陰離子的正極將產生更高的電壓。
6、1991年索尼公司發布首個商用鋰離子電池。隨後,鋰離子電池革新了消費電子產品的面貌。
7、1996年padhi和goodenough發現具有橄欖石結構的磷酸鹽,如磷酸鋰鐵(lifepo4),比傳統的正極材料更具優越性,因此已成為當前主流的正極材料。
隨著數碼產品如手機、筆記本電腦等產品的廣泛使用,鋰離子電池以優異的性能在這類產品中得到廣泛應用,並在逐步向其他產品應用領域發展。1998年,天津電源研究所開始商業化生產鋰離子電池。習慣上,人們把鋰離子電池也稱為鋰電池,但這兩種電池是不一樣的。鋰離子電池已經成為了主流。
哈工大,天大,廈大,中南,鄭州輕工。
一向以來,動力電池的道路存在很大爭議,因而磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元資料等道路都有被選用。國內動力電池道路以磷酸鐵鋰為主,但跟著特斯拉火爆全球,其運用的三元資料道路引起了一股熱潮。安全性高。其插鋰電位高,不生成枝晶,且在充放電時,熱安穩性極高;塗覆隔閡可迅速充電。充放電時,體積脹大,吸液能力強;
鋰,原子序數3,原子量6.941,是最輕的鹼金屬元素。為了提升安全性及電壓,科學家們發明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結構,形成了納米等級的細小儲存格子,可用來儲存鋰原子。這樣一來,即使是電池外殼破裂,氧氣進入,也會因氧分子太大,進不了這些細小的儲存格,使得鋰原子不會與氧氣接觸而避免爆炸。
鋰電池芯過充到電壓高於4.2v後,會開始產生副作用。過充電壓愈高,危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓高於4.2v後,正極材料內剩下的鋰原子數量不到一半,此時儲存格常會垮掉,讓電池容量產生永久性的下降。如果繼續充電,由於負極的儲存格已經裝滿了鋰原子,後續的鋰金屬會堆積於負極材料表面。這些鋰原子會由負極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結晶。這些鋰金屬結晶會穿過隔膜紙,使正負極短路。有時在短路發生前電池就先爆炸,這是因為在過充過程,電解液等材料會裂解產生氣體,使得電池外殼或壓力閥鼓漲破裂,讓氧氣進去與堆積在負極表面的鋰原子反應,進而爆炸。
因此,鋰電池充電時,一定要設定電壓上限,才可以同時兼顧到電池的壽命、容量、和安全性。最理想的充電電壓上限為4.2v。鋰電芯放電時也要有電壓下限。當電芯電壓低於2.4v時,部分材料會開始被破壞。又由於電池會自放電,放愈久電壓會愈低,因此,放電時最好不要放到2.4v才停止。鋰電池從3.0v放電到2.4v這段期間,所釋放的能量只占電池容量的3%左右。因此,3.0v是一個理想的放電截止電壓。充放電時,除了電壓的限制,電流的限制也有其必要。電流過大時,鋰離子來不及進入儲存格,會聚集於材料表面。
這些鋰離子獲得電子後,會在材料表面產生鋰原子結晶,這與過充一樣,會造成危險性。萬一電池外殼破裂,就會爆炸。因此,對鋰離子電池的保護,至少要包含:充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項。一般鋰電池組內,除了鋰電池芯外,都會有一片保護板,這片保護板主要就是提供這三項保護。但是,保護板的這三項保護顯然是不夠的,全球鋰電池爆炸事件還是頻傳。要確保電池系統的安全性,必須對電池爆炸的原因,進行更仔細的分析。
爆炸類型分析電池芯爆炸的類形可歸納為外部短路、內部短路、及過充三種。此處的外部系指電芯的外部,包含了電池組內部絕緣設計不良等所引起的短路。當電芯外部發生短路,電子組件又未能切斷迴路時,電芯內部會產生高熱,造成部分電解液汽化,將電池外殼撐大。當電池內部溫度高到135攝氏度時,質量好的隔膜紙,會將細孔關閉,電化學反應終止或近乎終止,電流驟降,溫度也慢慢下降,進而避免了爆炸發生。但是,細孔關閉率太差,或是細孔根本不會關閉的隔膜紙,會讓電池溫度繼續升高,更多的電解液汽化,最後將電池外殼撐破,甚至將電池溫度提高到使材料燃燒並爆炸。內部短路主要是因為銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜,或是鋰原子的樹枝狀結晶穿破膈膜所造成。
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