鋰電池介紹 |
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早在1912年,G.N.Lewis就已展開鋰離子電池的研究,但直至1970年代才有第一顆一次鋰電池上市。 |
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早期日本上市的鋰第一次電池負極使用金屬鋰,在正極使用二氧化錳或氟化石墨(電壓為3伏特)、氧化銅(電壓為1.55伏特)、SOC
l 2(電壓為3.6伏特)等。但因鋰會與水起反應,故電解液不能像其他電池使用水溶液,必須使用有機物的溶媒。 |
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鋰二次電池原理 |
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二次鋰離子電池所使用的活性物質,正極為鋰金屬氧化物材料,負極材料為碳。充電時,電子由充電器外接經過負極的碳材料,同時,正極材料鋰離子則離開正極經過電解液進入負極,而放電時則循相反路徑。 |
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使用鋰金屬的優點在於重量輕,並且具有最大的電化學位能,以鋰為電極可以提供高電壓與高電量,但若直接使用鋰金屬,則有安全上的顧慮。因此改用鋰離子,如二氧化鋰鈷(LiCoO2),雖然鋰離子電池能量密度稍低,但較安全,因此目前大部分鋰電池皆屬此類。 |
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若以負極材料的不同來區分,目前市面上的鋰離子電池有兩種:Sony的焦炭電極鋰離子電池與其他廠商的石墨電極鋰離子電池。其中,石墨電極鋰離子電池,若欲獲得最大電量,僅必須放電至3.0伏特,而焦炭電極鋰離子電池則需放電至2.5伏特,此特性使電池設計較為容易。石墨電極鋰離子電池的另一優點,在於充放電時,可提供更高的電流並維持較低溫度。 |
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二次鋰離子電池使用碳、鋰等金屬氧化物和有機電解液,可使電池的電壓達到3.6伏特,其能量密度是目前二次電池中最高的,載電流亦高,且自我放電性低。還有另一項優點,即不具有記憶性效應。 |
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其優點雖多,但仍具有危險性,故改進鋰離子電池的研發工作從未間斷,其中負電極以新的碳質材料取代,將可望提高兩倍電量。以較低成本材料取代鈷,將大幅降低目前不便宜的鋰離子電池。此外富士軟片(Fuji
film)正積極開發的錫複合氧化材質負電極,可提供較碳負電極多百分之50的電量。不過最新的趨勢是高分子聚合物的鋰電池。 |
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鋰高分子(聚合物)二次電池(Li-polymer)
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鋰聚合物電池是指正極、負極或電解液三者中,至少有一個用聚合物為主要材料的電池。目前聚合物被用於正極與電解質。
正極材料包括有導電性高分子、有機硫磺系化合物,或一般鋰離子二次電池所採用的無機化合物。電解質則可以用固態或膠態高分子電解質,或是有機電解液;負極則通常採用鋰金屬或鋰碳間層化合物。
若拿鋰高分子二次電池與現在市面上的鋰離子二次電池來比較,可以發現鋰高分子電池無論在形狀、充放電、信賴性與環境等問題都還有相當大的發展空間。在形狀方面,高分子鋰二次電池具有可薄形化、可任意面積化與可任意形狀化等可塑性的優點,因此可以配合產品需求,做成任何形狀與容量的電池。在充放電方面,高分子鋰二次電池可以採用高分子正極材料與鋰金屬負極,其重量能量密度會較目前的鋰離子二次電池提高50%以上。而在信賴度方面,則因鋰高分子二次電池的電解質採用高分子材料,不會產生漏液與爆炸等安全上的顧慮。
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