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军用锂电池的工作原理是什么
- 2018-11-16-

随着新能源科技的不断发展,也越来越成熟,电池的加工成本也在降低,随着市场份额的增长锂电池在消费电子和原厂生产设备中逐渐建立了主导地位,并在航空、航天、航海、人造卫星和军用通讯设备和交通工具领域得到了应用,锂电池技术的进步不仅将加快3C产品的发展速度,还将促进国防军工和电信技术的发展。这里主要介绍有关军用锂电池的基本知识。

锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示,而负极用插入或脱插表示)。在充放电过程中,锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插,被形象地称为“摇椅电池”。

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。同样,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,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。

一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间,电流越大,充电越快,同时电池发热也越大。而且,过大的电流充电,容量不够满,因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样,倒太快的话会产生泡沫,反而不满。
 
锂电池也分成两大类:不可充电的及可充电的两类。不可充电的电池称为一次性电池,它只能将化学能一次性地转化为电能,不能将电能还原回化学能(或者还原性能极差)。而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。它能将电能转变成化学能储存起来,在使用时,再将化学能转换成电能,它是可逆的,如电能化学能锂电池的主要特点。
 
对于小型锂电池(如手机电池)来说,它要求正负极活性材料要有尽可能高的电化学比容量,这样才能保证锂电池的较高容量,因此在正负极材料的选择上主要考虑材料的电化学比容量大小。对于中型和大型锂电池来说,它要求正负极活性材料要有尽可能高的电化学比容量的前提。锂电池的工作原理下,要具有优良的可靠性和安全性,因此在正负极材料的选择上考虑材料电化学比容量大小的同时,主要关注材料的安全性。对于军用锂电池来说,电池具备高能量的同时,电池在使用过程中的安全性也是非常重要的。目前的研究工作表明,锂电池电化学性能和安全性能的进一步提高主要依赖于正极材料的改进。对商品化锂电池使用的正极材料进行改性或者开发性能优良的新型正极材料是目前锂电池研究和开发工作的重点。