21世纪的锂和锂离子电池.pdfVIP

) 一 也池 ．键、也弛．讫荔 、皂池 、龟矾殁 国外科技动 态 《s 以锂 为基础 的电池具有 高 于 镍镉 (Ni—Cd)和镍 金 属 氢 化 物 两 种 电 池 的 能 量 密 度 ，故在 电池的研究开发 中 占有突 出的地位 。为 了最大 限度提高这类 电池安全性 而 同时尽 可能的减 轻其重 量 ， 缩小其体积并降低其 生产成 本 ，研 究者正在研究 和筛选 多种 不 同 可 能 适 用 作 其 阳 极 、阴极 和 电解 质 的材 料 。 用易氧化 、重量 轻的锂 制成的不可 充电和可充电电 池 与 大 小 和 重 量 相 同的 非 锂 电池相 比，一般供 电电压较 高 ，能提供较多电能 ，这是 因 为 锂 的 比 重 很 低 (0 5 ml】，标 准还 原 电位 高 f25℃ 时 ．．．．3 01 v、。 虽 然 价格 比普 通 1 5V 碱性 电池 贵得 多 ，但使 用时 间长得多 的不可 再充 电 3．0V 锂 电池 ，由于供 电 电压大 ， 已成 为某些 耗 电大 的设备 ． 如 35mm 自动照相机用 的首 选电源。一家 电池生产厂家 最近开始 向用 电池供 电的无 线话筒的歌手 使用数字效 应踏板的吉他手和耗 电量 大 的 信号 处 理 设 备 用 户 销 售 训 ’I·j 黄汉生 译 9V不可再充电锂电池。厂家 宣称 ，此 电池 可 给 一种 油烟 监测 器供 电 10多年 ： 不 可再充 电锂 电池 常 由 锂箔 阳板 和实心 Mn0 阴极 包成果冻卷形 ，两电极 被一 饱含有机电解质的多孔性聚 合物隔开。 已用 于部 份 手提 电话 、 摄 录像机和小型计算机的价 格 高昂的高性能可再 充电锂 电池是锂离子 电池 。为保证 安 全 ，特别 是保证再 充电时 的安争，这种 电池使用 含锂 但 又 不 具 金 属 性 的锂 作 电 极 ．故名为锂离子 电池。以 金属锂为阳极 的可再 充电电 池 目前正 在 研 究 室 用 作 研 究 ，但 今后 可能商品化 这 两类可再充电锂电池 一般都 使用锂盐溶于有机溶剂 中的 电解质溶液 ，两者产生 电能 都是依靠锂离子在 阳极和阴 极之 间往返移动而实现的： 鉴 于 锂 金 属 的 高 反 应 性 ，现在正转 向采用碳质 固 体 作 阳极 材 料 以提 高 安 全 性 。 石墨 足 最 常用 的锂 金 属 替代 品 ．因为石墨的碳层之 间能可逆性地嵌 入钾原子 同 时 不 会 显 著 改 变 碳 体 的结 构。 此外 ，石 墨的每 6个碳 原子嵌入一个锂原子 ，石墨 的机械和 电气特性也几乎不 改变 。石 墨的另一重要特性 是锂化型 的石 墨的化学 势 与 锂金属几乎完全相 同。因此 采用 石墨 阳极 的锂 离子 电池 具有与采 用锂 阳极 的电子基 本 上有相同的电压。 虽然石墨 十分 适合 作 阳 极材料 ，但研 究人员如加拿 大物 理学 家杰 弗 里 ·丹仍 继 续寻找更好的阳极材料 。丹 的研究组及与之合作 的美 国 3M 公司 的研究 者 在最 近发 表 的一篇研究报告 中对锡基 材料用作锂 离子 电池 的可行 性进行 了评价。 日本 富士胶片公 司最 近 发 表的如下报告使丹 等人 大 受启发 ，非 晶态 氧化 锡能 提 供 每 立方 厘 米近 2200mA·h 的体积 容量 ，即几乎为石墨 的 每立 方厘 米 800mA-h的 容量的 3倍 。此外 ，锡基材料 即使在多次充 、放 电循环之 后仍然具有 可靠 的性 能： 增加 电池容 量就能在不 @ 维普资讯 ◇ 国外科技动态 加大 电池体积的情 况下 大大 延长使用时间。富士胶片公 司计划实现这一目标 ，但是 遗憾的是 ，事情并不如此简 单 。 丹等人用 由富士型氧化 锡(一种 SnO，B O 和 P，0 的 4：1：1的混合物)作 阳极 和金 属锂 阴极 (为实验方便用 金 属锂替代商品化的锂离子电 池中的 LiCoO，阴极】组成 的 试验电池进行研究时观察到 有一部份锂原子被截 留在锡 电极中：在放 电时锂与氧化 锡反应生成 Li 0和金 属锡。 X射线分析揭示 ．锂继续嵌 入锡 电极生成多种不 同锂一 锡相f锂锡合金)如 Ⅱ sn。但 充 电时并不是所有锂都能返 回阴极 ，因为锂锡合金分离 出锂 虽 很 容 易 使 金 属 锡 和 Li，0再生 ，但是 在室 温下进 一 步反应即氧与锡反应重新 变成 SnO 的反 应 却 极 为锾 慢 ，导致一部份锂原子以 Li，O 的形 态被 截 留在锡 电极 中 ， 因此 电池 不能完 全再 充 电 ， 即发生所谓的不可逆 蓄电容 量 问题 。丹认为富士胶片公 司之所 以迟迟未推出新型氧 化锡锂离子 电池 的原因大概 就在于此