化学与生活论文2.docx

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化学与生活论文2

我国锂电池技术及锂电池的应用前景

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目录

序言1

1、锂电池的发展2

1．1锂电池的概述2

1．2锂电池的应用领域及前景2

1．2．1锂电池的应用领域2

1．2．2锂电池的前景3

2、锂电池的类型及特点3

2．1锂电池的类型3

2．2锂电池的特点4

2．2．1锂电池的优点4

2．2．2锂电池的缺点4

3、锂电池的工作原理5

3．1锂金属电池：

5

3．2锂离子电池5

4、锂电池的寿命与使用方法5

4．1影响锂电池寿命的因素6

4．2锂电池的使用方法6

5、废旧锂电池的处理方法7

参考文献8

序言

2013年7月18日，美国曾经风光的汽车城底特律背负着180亿美元债务正式申请破产保护。

当年12月4日，美国联邦破产法官做出破产保护裁决。

至此，曾被誉为美国“汽车之城”的通用、福特、克莱斯勒美国三大汽车公司总部聚集之地底特律市正式走入破产的历史，一个世纪的工业神话就此休止。

然而正是在2012-2013年，美国全电动汽车企业特斯拉汽车公司纯电动车TeslaS型强势入市，打破汽车界的寂静。

如同当初的苹果iPhone闪亮入市一样，TeslaS上市以来，连续登上美国主要7万美金售价以上豪华车的销售榜首。

特斯拉公司成为汽车界的苹果，续写了美国汽车工业的神话。

电动汽车以车载电源为动力，具有无污染、噪声低、能源效率高、结构简单易维修等优点，与传统的燃油汽车相比，具有明显的优势；但是电池的技术问题一直是电动汽车的瓶颈，电池的充电速度慢、续航能力差、成本高等问题一直使电动汽车不能大面积推广。

2012年9月特斯拉一度宣布“能够在30分钟内将车载电池充满一半”，2013年5月特斯拉宣布了一项升级，将这个时间缩短到20分钟，2013年7月宣布将充满电池的时间缩短到5分钟——这已经跟加满一箱油的时间差不多了。

这时，随着该电动车收到瞩目的同时，车载电池——锂电池也越来越受到人们的关注。

下面，就让我们来一起对锂电池进行学习和了解。

1、锂电池的发展

1．1锂电池的概述

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料并使用非水电解质溶液的电池。

大致可分为两类：

锂金属电池和锂离子电池，安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。

由于其自身的高技术要求限制，现在只有少数的几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

最早的锂电池是由发明家爱迪生发明的，但是锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工和保存变得十分困难，故锂电池在早期并没有得到足够的发展。

在科技飞速发展的今天，锂电池已经得到十分广泛的应用，在国民的生活生产中扮演的角色也越来越重要了。

1．2锂电池的应用领域及前景

1．2．1锂电池的应用领域

随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。

锂电池随之进入了大规模的实用阶段。

●最早得以应用的是锂亚原电池，用于心脏起搏器中。

●锂离子电池大量应用在手机、手表、计算器、笔记本电脑、电动车、路灯备用电源、航灯等用电设备上。

●锂电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统。

●锂电池作为邮电通讯的不间断电源

●锂电池还应用于军事装备、航空航天等多个领域。

1．2．2锂电池的前景

《2013-2017年中国锂电池行业产销需求与投资预测分析报告》数据统计，2012年我国新能源汽车、电网储能、特种车、通信基站等领域的成品锂电池组市场规模为35亿元，比2011年的26亿元增长34.6%。

其中新能源汽车的应用占比为57%。

小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求，自从2007年苹果公司发布智能手机，随后又推出平板电脑以来，全球便进入了智能化时代，对智能手机和平板电脑的强烈需求快速推动了数码锂电池的销量，其中以手机锂电池销量最大。

随着能源的紧缺和世界的环保方面的压力。

锂电池被广泛应用于电动车行业，特别是磷酸铁锂材料电池的出现，更推动了锂电池产业的发展和应用。

2、锂电池的类型及特点

2．1锂电池的类型

锂电池按不同方式可分为以下几种类型：

1.锂电池按外型分：

有方型锂电池（如常用的手机电池）和柱形锂电池

2.锂电池外包材料分：

铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；

3.锂电池从正负极材料分：

沽酸锂（LiCoO2）电池或锰酸锂（LiMn2O4），磷酸铁锂电池，一次性二氧化锰锂电池等。

4.不同的性能用途方面分：

●一次性：

锂锰电池－－扣式3伏电池。

●高容量：

用在手机数码产品上。

●高倍率：

用在电动车和电动工具上及飞机模型。

●高温：

矿灯，室上灯饰，机器内置后备电源。

●低温：

室外环境，北方（冬天）南极。

2．2锂电池的特点

2．2．1锂电池的优点

1．能量比较高。

具有高储存能量密度，已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；

2．使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池1C（100%DOD）充放电，有可以使用10,000次的记录；

3．额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V），约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；锂电池可以通过一种新型的锂电池调压器的技术，将电压调至3.0V，以适合小电器的使用。

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，便于高强度的启动加速；

5．自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一，一般可做到1%/月以下，不到镍氢电池的1/20；

6．重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5；

7．高低温适应性强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45℃环境下使用；

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。

9．生产基本不消耗水，对缺水的我国来说，十分有利。

2．2．2锂电池的缺点

●锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险。

●钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，价格昂贵，安全性较差。

●锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电。

●生产要求条件高，成本高。

●使用条件有限制，高低温使用危险大。

3、锂电池的工作原理

3．1锂金属电池：

锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

放电反应：

Li+MnO2=LiMnO2

3．2锂离子电池

Ø正极材料主流产品多采用锂铁磷酸盐。

正极反应：

放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。

充电时：

LiFePO4→Li（1-x）FePO4+xLi++xe-

放电时：

Li（1-x）FePO4+xLi++xe-→LiFePO4

Ø负极材料：

多采用石墨。

负极反应：

放电时锂离子脱嵌，充电时锂离子嵌入。

充电时：

xLi++xe-+6C→LixC6

放电时：

LixC6→xLi++xe-+6C

4、锂电池的寿命与使用方法

锂电池一般能够充放300－500次。

最好对锂电池进行部分放电，而不是完全放电，并且要尽量避免经常的完全放电。

一旦电池下了生产线，时钟就开始走动。

不管你是否使用，锂电池的使用寿命都只在最初的几年。

电池容量的下降是由于氧化引起的内部电阻增加（这是导致电池容量下降的主要原因）。

最后，电解槽电阻会达到某个点，尽管这时电池充满电，但电池不能释放已储存的电量。

4．1影响锂电池寿命的因素

Ø放电深度与可充电次数

Ø过充、过放、以及大的充电和放电电流

Ø过热或过冷环境

Ø长时间满电、无电状态

4．2锂电池的使用方法

针对以上影响电池寿命的因素，建议在使用配有锂电池的产品时应注意以下几点：

◆如果长期用外接电源为笔记本电脑供电，或者电池电量已经超过80%，马上取下电池。

平时充电不需将电池充满，充至80%左右即可。

调整操作系统的电源选项，将电量警报调至20%以上，平时电池电量最低不要低于20%。

◆手机等小型电子设备，充好电就应立刻断开电源线（包括充电功能的USB接口），一直连接会损害电池。

要经常充电，但不必非得把电池充满，50%电量最利于锂离子电池保存。

◆无论是对笔记本还是手机等，都一定不要让电池耗尽（自动关机）。

◆使用更为智能省电的操作系统。

◆配有锂离子电池的数码产品暴露在日照下或者存放在炎热的汽车内，最好将这些产品处于关闭状态，原因是如果运行温度超过60摄氏度，锂离子电池会加速老化。

锂电池充电温度范围：

0-45摄氏度，锂电池放电温度范围0-60摄氏度。

◆对任何配有锂电池的产品都应避免过充、过放以及长期处于满电或无电的状态

5、废旧锂电池的处理方法

自1990年锂离子二次电池问世以来，凭借其优异的性能迅速占领电池市场，得到广泛的应用。

国际电源商情的调查数据显示：

2000年全世界锂离子电池的产量为5.41亿只，中国锂离子电池产业迅速成长，平均增长速度超过140%，由前面的资料可知，锂电池一般能够充电300—500次，到最后，电解槽电阻会达到某个点，尽管这时电池充满电，但电池不能释放已储存的电量。

这么多电池的回收处理问题也显得很有必要。

由于锂电池不含铅等有毒物质，故锂电池具有无污染的特点，故不用考虑污染物的处理问题，对废旧电池的处理主要是对电极材料中的有价金属的回收再利用。

废旧电池中金属可用湿法冶金工艺方法进行回收，其主要流程如下图所示：

可分为以下三个步骤进行：

1.废旧电池的预处理，对废旧电池进行剥皮、去壳、破碎、分选等预处理，使电极材料与其他材料分离。

2.电极材料的浸出，分离出的电极材料通过溶剂选择性的浸出之后，使目的组分进入溶液而与其他组分分离。

目前最常用的是化学浸出技术中的酸浸。

3.浸出液中金属元素的提取和分离。

可通过改变浸出液的pH值使金属选择性沉淀。

参考文献

【1】黄金萍.最畅销的电动车是如何造出来的—特斯拉传奇.南方周末.2013.5.13

【2】全球电池网.《规划》出台有望改变世界锂电池格局.全球电池网.2012.5.10

【3】陈立剑.蒋炜.陈方亮.智能化锂电池充电系统研究.船电技术.2011年第2期.17—20

【4】金玉健.梅光军.李树元.废旧锂离子电池回收利用的研究现状.再生资源研究2005年第6期.22-26