鋰離子導(dǎo)體簡介

鋰離子導(dǎo)體具有高電導(dǎo)率(大于102S·cm)、低活化能(低于0.5eV)和電極電位最負(fù)等特點(diǎn)。研究得較多的有層狀結(jié)構(gòu)的Li3N，骨架結(jié)構(gòu)的Lisicon(Li14ZnGeO4)和以LiTi2P3O12為基的固溶體等。但無機(jī)鋰離子導(dǎo)體或因電導(dǎo)率不同、分解電壓低、不耐金屬鋰腐蝕等，尚無實(shí)用價(jià)值。后來發(fā)現(xiàn)的聚合物(如聚氧乙烯)與堿金屬鹽(如LiCF3SO3)的絡(luò)合物等有機(jī)鋰離子導(dǎo)體，雖電導(dǎo)率比無機(jī)鋰離子導(dǎo)體低，但易加工成薄膜，彌補(bǔ)了電導(dǎo)率的不足，且具有很好的黏彈性，已廣泛用作高能鋰電池的隔膜材料，用于制造高比能、大容量電池和高溫燃料電池。

由于金屬鋰的電極電位最負(fù)，并具有低密度，鋰電池有很高的能量密度，所以電導(dǎo)率高的鋰離子導(dǎo)體一直是人們追求的目標(biāo)，遺憾的是已發(fā)現(xiàn)的鋰離子導(dǎo)體都不夠理想。

鋰Beta氧化鋁和鈉beta氧化鋁有相同的結(jié)構(gòu)，但電導(dǎo)率比鈉Beta氧化鋁低。氮化鋰也是一種層狀結(jié)構(gòu)的鋰離子導(dǎo)體，有較高的電導(dǎo)率，但分解申.壓很低，室溫時(shí)為0. 44V,高溫下更低，限制了它的應(yīng)用。

近年來高聚合物鋰離子導(dǎo)體有很大發(fā)展。高聚合物容易制備，有很好的成膜性和粘彈性，作為電池的固體電解質(zhì)能適應(yīng)充放電過程中的體積變化常用的高聚合物為(PEO)n，與之復(fù)合的無機(jī)鹽為LiCIO4等。

這類鋰離子導(dǎo)體電導(dǎo)率不高，但成膜后可補(bǔ)償其電阻率小的不足以高聚合物理離子導(dǎo)體為固體電解質(zhì)，插入化合物為陰極材料的全固態(tài)電池的研究正方興未艾。2100433B

作用機(jī)理

鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌（習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插入或脫插表示）。在充放電過程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。

當(dāng)對電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。

一般鋰電池充電電流設(shè)定在0.2C至1C之間，電流越大，充電越快，同時(shí)電池發(fā)熱也越大。而且，過大的電流充電，容量不夠滿，因?yàn)殡姵貎?nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)需要時(shí)間。就跟倒啤酒一樣，倒太快的話會產(chǎn)生泡沫，反而不滿。

使用（放電）注意事項(xiàng)

對電池來說，正常使用就是放電的過程。鋰電池放電需要注意幾點(diǎn)：

第一，放電電流不能過大，過大的電流導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱，有可能會造成永久性的損害。在手機(jī)上，這個(gè)倒是沒有問題的，可以不考慮。

從圖1可以看出，電池放電電流越大，放電容量越小，電壓下降更快。

第二，不能過放電。鋰電池內(nèi)部存儲電能是靠電化學(xué)一種可逆的化學(xué)變化實(shí)現(xiàn)的，過度的放電會導(dǎo)致這種化學(xué)變化有不可逆的反應(yīng)發(fā)生，因此鋰電池最怕過放電，一旦放電電壓低于2.7V，將可能導(dǎo)致電池報(bào)廢。好在手機(jī)電池內(nèi)部都已經(jīng)裝了保護(hù)電路，電壓還沒低到損壞電池的程度，保護(hù)電路就會起作用，停止放電。