主题：【原创】说说锂电池 -- 南越
家园 【原创】说说锂电池 我来侃侃锂电池（1）
看了这里的大拿们说了好多的燃料电池，又说到了BYD的那铁电池，我来说说锂电池，要是哪位大拿看不过，砸罢后你来补充，谢先啦。
说到电池，大家就想到锂电池，从早期的用于单反照相机，到如今的各种便携式的电子设备如数码相机，mp3, 还会想到用得更多的偶尔还让你害怕会不会着火的手机，笔记本电脑。之所以人们爱用它，是因为它比镍氢，镍镉电池电性能要高得多，但它又有让人们担心的从结构上的毛病，这不，不远的将来还有一帮人靠研究它来拿学位呐。
具体说到电池，大家都知道电池有正极，负极和电解液，当然还有外壳和安全设计。
别说，最早能让锂电池开始实用化的是J.B.Goodenough在1980年提出的主意，即用锂的过渡金属氧化物作正极。正极有了，负极哪，在80年代使用的是金属锂，金属锂的化学特性是太活泼啦，这电池的安全性和可逆反应都成了问题，着火多次，不能充电，所以早期用的就是正真意义上的锂电池，用完就得扔掉的是一次电池；想必有人听到专家们说过什么一次，二次电池吧。那二次电池就是可多次充放电的电池。
可多次充放电的用锂的电池是SONY和旭化成在1990年发明的，正极用的是锂钴复合氧化物，他们把负极材料给改了，不有金属锂而用的是石墨来代替，电解液用的是溶解了锂盐的有机溶剂而不是水。做成了结构上最简单的锂电池，准确地说是锂离子二次电池，现如今常用的说的锂电池就是它。
这锂离子电池的优点可多啦，首先是电压高，1个就是3.6V，是镍镉镍氢电池1.2V的3倍,
再有它的重量能量密度也高，一般的是155Wh/kg,是镍镉电池的3倍，镍氢的2倍；还有可充放电500次以上，还没有记忆特性，能快冲电自放电量很小。
那他的缺点也明显，就是安全性，让人怕的是那有机溶剂在充电发热的时候会着火暴炸，尽管在98年就改进了溶剂，用上了浆糊状的溶了锂盐的聚合物；另外锂电池还加了PTC温度控制元件来保证充电时温度太高就断电的功能。
更安全的还在研究开发中的就是把正负极材料和电解质溶液都改了。市场目标那就是用于电动汽车哪。
元宝推荐：橡树村,家园 谢谢XDJM们的捧场，再说锂电池（3） 在此，谢谢先，由于比较忙，写的慢。。。
说道电池，当然是容量越高越好，而高容量就可理解由高容量的电极材料来组合而成，电极材料的理论容量就取决于材料的晶体结构，即结构中锂离子能占有多少的位置。在进一步，正极要用尽可能高电位的电极材料来做，负极相反要选尽量低电位的材料，这样才能有更高的能量密度。前面说LiNiO2化合物的理论容量为274mAh/g，实际电池使用时受限制放电容量一般只是150名Ah/g只要减少钴的用量，人们首先想到的就是元素周期表中的过渡金属，先是大量用于镍镉镍氢电池中的金属镍。研究发现LiNiO2化合物也同LiCoO2化合物一样是层状结构，它的实际放电容量比LiCoO2稍大，但放电电位不如LiCoO2。重要的是发现一部分钴被置换后的化合物在充电时的稳定性得到改进，从而放电容量可得到提高，这就开始了用多种金属来换掉钴提高稳定性的研究。在维持层状结构的前提下，镍钴系，镍钴锰系和镍锰系锂复合氧化物的研究现在还在进行中。
不同晶体结构的锂金属复合氧化物也受到重视，首推的是LiMn2O4,它是立方晶系的与那有名的缅甸红宝和斯里兰卡兰宝相同的尖晶石构造，就是图示的那个样子。
明显它的单位胞里Li原子的量要少，但是它的稳定性要好，所以它的容量也在150mAh/g程度。利用LiCoO2, LiMn2O4作正极再想提高容量的可能性不大。
再说放电电位，高放电电位的正极能提高能量密度，研究发现LiMn2O4中的锰可用镍来代替一部分，在电池反应中利用镍离子的由2价变4价的氧化还原反应，电池的放电电压由LiCoO2系的3.9V升到了4.7V,电池的能量密度得到了提高。有人担心电压提高更易导致电解液的氧化分解，幸好实际用于纽扣电池没有发现问题，而充放电特性很稳定。这也说明锂电池里的材料搞不清的问题还很多，要加入研究的XDJM们很有机会呀。要开厂生产它也没有太大的困难，早点加入吧。
这说的是用于电器的电池，锂电池如此电性能不用于汽车那不可惜嘛，可汽车更注重的是安全性能和大量使用时的成本，现在的丰田的Hydrid用的是镍氢电池，用锂电池的试制车也不少哪，那里的锂电池用的多是LiMn2O4作正极的电池组。要想大量用于汽车就要找到更稳定安全而成本要低的电池正极材料。这时锂铁系磷酸盐材料LiFePO4就登场啦。
锂铁系磷酸盐材料LiFePO4是一种斜方晶系的复杂化合物，与硫酸盐的矿物叫橄榄石的一样的结构，明显它的理论容量也高不了LiCoO2系只有150mAh/g，但实验发现，它充电时的热稳定性很高，这就是说快速大电流充电没问题。这归功于磷酸PO4在晶体结构中形成了稳定的骨架。铁在晶体构造中也是孤立的占一位置而没有像LiCoO2系层状化合物中Li,Co原子的混合存在层。这带来了一个大问题，就是这种化合物根本不导电，这就要求在LiFePO4粉末的表面做手术，给粉末表面改性，或者添加Nb这样有用的多价离子。现在已有实际放电容量与LiCoO2系相当的为170mAh/g的报告了。这样的复杂化合物可能在电极材料粉末的制备和极板的涂敷等等实际技术方面需作更多的研究，据说这方面BYD就做了很多。从众多的研究来看，实用化的目标不会太远。
说了点正极材料，那再看看负极能不能改进。
家园 锂离子1个就是3.6V???? 为什么我用的li-poly 电池每个cell的标称电压是3.7V，所以li-po电池只能是3.7,7.4,11.1V,如果你想买的话