锂离子电池

锂离子电池技术为各种电子设备提供了先进的可充电电源。这种电池利用锂离子通过与非水有机液态电解质溶液的电化学反应，可逆地插层到碳负极中。

这些电池含有有机溶剂，极易燃烧。因此，存放时最好远离金属物品，以防短路导致火灾。过度充电或电池内部电池受到物理损坏也可能导致火灾。

高能量密度

锂电池的高能量密度使其成为便携式电子设备（包括手机、手表、平板电脑、电脑、电动汽车、无人机和航空航天设备）的宝贵电源。电池的能量密度可以在保持轻便的同时，以较小的体积提供大量电力；能量密度测量的是电池相对于其重量可存储多少瓦时（wh）；能量密度不同于功率密度，后者测量的是电池每小时或每分钟可提供多少瓦特。但需要注意的是，要正确评估电池的性能，这两个指标都应认真对待！

锂离子电池是一种电化学电池，有两个含有锂原子化合物的固体电极；负极通常是石墨，正极通常是硅。硅可以增加容量，而钴酸锂、磷酸铁锂或镍钴锂氧化物等插层化合物可用作正极。每个电池单元之间都有一个非水性液体电解质，如碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯等有机溶剂，其中分散着锂离子的络合物。

充电时，锂离子从负极移动到正极，并释放出电子，电子沿外部导线移动，从而产生功。相反，放电时，离子从阳极回到阴极，释放出电子，电子又回到阳极，通过电解质将电荷拉出，产生电流，为我们的设备供电。

随着我们对能源需求的不断增加，电池必须以更小更轻的体积提供更多的能量。要实现这一目标，就必须采用能量密度比现有电池高得多的新型电化学系统--这些高能量电池必须在能量生产与功率使用、循环寿命和安全性之间取得平衡。

采用插入式阴极和硅基阳极的可充电锂电池因其卓越的能量密度而备受关注。与目前采用插层式阴极和石墨阳极的锂离子电池相比，这些新技术能以更薄、更轻的电池提供更大的能量，为不久的将来实现无碳交通和可再生能源解决方案带来了希望。

快速充电

当外部电源向电池提供过电压（大于电池本身的电压）时，就会发生充电，迫使电子从电池的正极通过电解质流体到达负极，通过插层或脱插过程迫使锂离子进入或离开多孔石墨阳极，并在内部产生化学能，储存为势能。

反应和传输发生的速度是电池容量和电压不可或缺的组成部分。随着电压的增加，电池的能量输出也会增加；容量也会随着所使用的正极材料类型以及库仑效率、吸收/发射特性和作为反向电泵协助锂离子转移的负极的存在等其他考虑因素而增加。

然而，快速充电会导致阳极退化--一种不可逆的容量损失，会随着温度升高、过度充电/放电循环、频繁循环或老化而加速。此外，电解质可能会分解并产生气体，从而增加便携式等高要求设备的电池内压，这可能会在便携式等高要求应用中造成危险。

NREL 的电池研究旨在找到兼顾能量密度和快速充电能力的新技术，其中一种方法是使用双梯度阳极材料，使锂离子更均匀地分布在整个电极上，加快质量传输速度，同时减少导致降解的浓度极化。

增强电池的导电性是提高充电率容量的另一种有效方法，可以通过改变活性材料的颗粒大小、扩大孔隙尺寸或改变电极材料来实现。另一种方法是使用具有更多颗粒结构的石墨，以减少锂阳极到负极之间的移动距离；瑞士联邦理工学院的衍生公司 Battrion 可以通过在负极上垂直排列石墨片来加快充电速度。

循环寿命长

锂电池的工作原理是在正负电极之间传输离子以提供能量，理论上这一机制应能永久工作，但循环和高温会缩短电池的使用寿命；制造商通常规定电池单元的平均循环寿命为 300-500 次放电/充电循环。

锂离子电池的使用寿命通常为 2-3 年或 500 个充电周期（以先到者为准）。通过采取积极措施避免过早退化，可以进一步延长电池的使用寿命。

锂离子电池寿命的关键因素之一是保持电池处于中等充电状态（SoC）。当电池处于满电状态时，由于电解质必须以比充电时更快的速度将离子移入阳极，电池会承受压力，导致容量损失加快，从而对电池造成更大的压力。

保持电池的最佳状态也很关键，应避免极端温度，因为极端温度会导致电解质分解，产生危险气体，从而损害电池单元。此外，频繁和长期过度充电可能会加速电池容量的损失。

负极材料的使用对延长锂电池的寿命也起着关键作用；石墨是最常用的负极材料之一，尽管研究人员正在探索新的解决方案，以便在减少材料使用和提高性能的同时提供更高的容量。

锂离子电池中使用的阴极材料通常由锂、钴和镍组合而成，可有效储存离子。需要注意的是，正极和负极必须具有相似的电压水平，才能有效地贮存锂离子；否则，循环寿命将大幅缩短。

锂离子电池应定期充放电，以延长其使用寿命并保持高效率。由于锂离子电池极易燃烧，这样做还能确保安全，避免损坏；为了达到最佳的使用和存储效果，使用合适的充电器以及遵循制造商关于正确使用和存储方法的指导也至关重要。

重量轻

由于电极（碳和锂）采用轻质材料，锂电池比同类电池轻得多，因此更易于运输和安装到电子设备中。

众所周知，锂电池可以长期保持电量，这有助于大大缩短充电时间。与镍氢（NiMH）等其他类型的电池相比，锂电池的能量损耗通常较小，而镍氢电池每月的能量损耗可能高达 20%。

与同类电池相比，锂电池还有一个优势：安全。这是因为与其他类型的电池相比，锂电池在充电和放电过程中产生的热量较低，从而避免了其他电池可能发生的火灾或爆炸。

锂电池的选择取决于您的具体要求。例如，如果您打算在寒冷的环境中使用电池，则应选择阳极由多孔碳构成、阴极由金属氧化物构成的磷酸铁锂电池。充电时，锂离子通过电解质溶液在这些电极之间移动，从而产生电能。

锂锰钴氧化物电池具有极高的能量密度。它们的阴极含有锂锰钴（或尖晶石），其结构设计可提高电流处理能力，同时降低内阻--这种电池通常用于智能手机、数码相机和笔记本电脑。

锂离子电池具有许多优点，因此成为从手机到电动汽车等日常电子产品的首选电源。它不仅易于充电，而且安全性无与伦比。此外，回收这些电池时还应使用环保局提供的链接。