心臟起博器與鋰電池

1860年法國科學家列克蘭謝發明干電池，揭開化學電源的新紀元。干電池的正極材料是二氧化錳，并用碳棒作為正極導電體，負極是鋅筒，它既是負極，又是容器。電解質是氯化鋅和氯化銨的混合物。干電池的端電壓是1.5伏。一百多年來，干電池在收音機、照明、手電筒、計算器和家電上造福人類，直到今天干電池它還是日常生活中不可缺少的化學電源。但是，由于干電池是一次電池，不能充電，用完就拋棄，造成環境污染。鋰電池的發明，克服干電池的缺點，是電池的后起之秀。

試問筆記本電腦里安裝的是什么電池，手機的電源是由什么提供的？數碼照相機內安裝的又是什么化學電源，答案都是一個：那都是鋰電池。最早發明鋰電池的是偉大的發明家愛迪生，但是由于當時（100年前）的技術條件限制，又鑒于金屬鋰是最活潑的化學元素，愛迪生無法制造出具有實用價值的電池。一直到1973年才制造出世界第一枚具有實用價值的鋰電池。最初，鋰電池只應用于心臟起博器中，由于鋰電池的自放電率極低，放電電壓平穩，使得用開刀的辦法將心臟起博器植入人體后，能夠長期使用。例如連續使用10年以上不用更換電池，由于鋰電池的發明，因而拯救了成千上萬的心臟病患者，起死回生，延長壽命。

自從1966年第一只心臟起博器問世以來，迄今已有40多年的歷史了，數以十萬計的心臟起博通過手術埋入人體，延長心臟病患者的生命，由于安全可靠深受患者歡迎。心臟起博器的電源，最初是采用鋅汞電池，這種電池體積小，壽命長，但有汞害。1980年，國外采用鋰碘電池制成的心臟起博器，具有十年以上的工作壽命，用這種電池作為心臟起博器的電源，無汞害、無污染、安全可靠，是心臟病患者的福音。

1973年，鋰電池的問世和應用，揭開化學電源的又一新紀元。鋰電池具有能量密度大，重量輕，導電性能佳，作為對環境無污染的特點。一經問世就開始大量使用，是一種方興未艾的化學電源。為了開發性能更優良的鋰電池品種，人們對各種材料進行研究。從而制造出前所未有的產品。例如：鋰二氧化硫（Li-SO2）電池和鋰亞硫酰氯（Li-SOCl2）電池。它的正極活性物質，同時也是電解質的溶劑。這種結構只有在非水溶液的電解質才會出現。那么，為什么鋰電池具有這么神通廣大的本領，到底它是用什么材料造成的，它的構造如何？它與其他電池比較為什么具有那些優良特性？原來鋰電池與其他電池的主要區別，是在于它是用金屬鋰或鋰合金作為負極材料，鋰電池就是因為用金屬鋰或鋰合金作負極而得名。為什么人們選用金屬鋰作為負極呢？其原因是鋰位于化學元素周期表的第二周期第一主族。論文格式模板范文鋰的化學元素符號是Li，鋰的電負性為0.97，標準電極電位是-3.02伏，在所有的金屬中，鋰的標準電極電位是最負的，因而應用鋰跟其他物質組成的電池，其電壓在所有金屬中是最高的，即高達3.6伏。而普通電池（例如普通干電池-鋅錳電池）的電壓只有1.5伏。也就是說，鋰電池的電壓是普通電池的的兩倍多。

公元1992年Sony公司成功地開發鋰離子電池，并成功地應用于移動電話和筆記本電腦。使這些便攜式電子設備的重量和體積大大地減少，而使用時間大大地延長。由于鋰電池不含重金屬鉻，從而對環境不產生的污染。是一種名副其實的綠色電池

綠色電池無污染

鋰電池的特征

鋰電池不含鎘、鉻、鉛、汞等重金屬，是一種沒有污染的綠色電池。除此以外，鋰電池還具有以下特點：

1.具有很高的重量能量比和體積能量比：意思是說鋰電池的重量和體積很小，但是發出的電能很大。用電能量作為分子，重量或體積做分母。由于分子大，分母小，比值就很大。例如：將鋰電池與鉛酸蓄電池比較，具有相同能量的鋰電池，其重量和體積只有鉛酸蓄電池的四分之一。因此，鋰電池既輕便，又電能高，將來勢必取代笨重的鉛酸蓄電池。2.自放電小可長期存放，這是該電池最突出的優越性；

3.無記憶效應。鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應，所以鋰電池充電時無需放電；

4.壽命長。正常工作條件下，鋰電池充放電循環次數遠大于500次；

5.可以快速充電。鋰電池通常可以采用0.5至1倍容量的電流充電，使充電時間縮短至1~2小時；

6.可以隨意并聯使用；

7.由于電池中不含鎘鉛筆汞等重金屬元素，對環境無污染，是當代最先進的綠色電池。

8.使用溫度范圍寬廣。可在-55C至+75C的溫度內工作。

9.成本高。與其他可充電池比較，鋰電池價格較貴。

鋰電池的化學反應機理：

鋰電池的種類很多，比較實用的鋰電池有：鋰聚氟化石墨電池，鋰二氧化錳電池，鋰二氧化硫電池和鋰亞硫酰氯電池以及1992年索尼公司開發的鋰離子電池。現在以鋰-聚氟化石墨電池為例，說明鋰電池的電化學反應機理：

正極反應：

（CF）n+ne-=nC+nF

負極反應：

nLi→nLi—+ne

電池總反應：

（CF）n+nLi→nC+nLiF

鋰二氧化錳電池是使用最廣泛的電池，價格最便宜的鋰電池。它是用廉價的γ-MnO2作正極活性材料溶于碳酸丙烯（簡稱PC）和二甲基氧乙烯（簡稱DMF）的混合溶劑中，濃度為1M，兩者比例是：PC：DMF=1：1。

鋰錳電池的電池反應是：

負極反應：Li→Li++e

正極反應：MnO2+Li+e→MnO2（Li+）

電池總反應：Li+MnO2→MnO2（Li+）

結構簡單類型多

鋰電池的構造

鋰電池的外形有硬幣式、瓶式、扣式和圓筒式四種，電池內部采用螺旋繞制結構，用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。正極包括由鋰和二氧化鈷組成的鋰離子收集極以及由鋁薄膜組成的電流收集極。負極由片狀碳材料組成的鋰離子收集極和銅薄膜組成的電流收集極組成。電池內部充有有機電解質溶液。另外還裝有安全閥和PTC元件，以便電池在不正常狀態以及輸出短路時保護電池不受損壞。

下圖是圓筒式鋰電池的結構。該電池是鋰亞硫酰氯電池。

鋰-亞硫酰氯電池的結構圖

離子電池威力大

鋰離子電池的特征

1992年索尼（SONY）公司成功開鋰離子電池，并應用作為筆記本電腦和手機的電源，揭開化學電源的新一頁。鋰離子電池有液態鋰離子電池和聚合物鋰離子電池兩類。其中，液態鋰離子電池的正極采用鋰化合物LiCoO2或LiMn204，負極采取用鋰-碳層間化合物。鋰離子電池具有工作電壓高、體積小、質量輕、能量高、無記憶效應、自放電小、循環壽命長，是21世紀發展的理想電源。歸納起來，鋰離子電池具有下列特征：

1.高能量密度鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半，體積是鎳鎘的40%至50%，鎳氫的20%至30%。

2.高電壓一個鋰離子電池的工作電壓為3。7伏特（平均值），相當于三個串聯的鎳鎘或鎳氫電池。

3.無污染鋰電池不含諸如鎘、鉛、汞之類有害金屬物質。

4.不含金屬鋰鋰離子電池不含金屬鋰，因而不受飛機運輸禁止在客機攜帶鋰電池等規定的限制。

5.循環壽命高在正常條件下，鋰離子的充放電周期可超過500次。

6.快速充電使用定額定電壓為4。2V的恒流恒壓充電器，可以使鋰離子電池在一至兩小時內得到滿充。

7.保存時間長鋰電池需充足電后保存，在20C下可存儲半年以上。

干電池，是一次電池，論文代寫一次性用完就要拋棄，對于二次電池，使用壽命是衡量電池性能好壞的一個重要標志。二次電池經過一次充電和放電，稱為一個周期。在一定的充放電制度下，電池容量達到某一規定值前，電池經受的充放電次數稱為二次電池的使用周期。鋰離子電池具有優良的貯存性能和很長的循環化學電源的主要特點之一是在使用時能夠放出電能，不用時能夠貯存電能。所謂貯存性能對于二次電池（可以充電的電池，稱為二次電池，例如，鉛蓄電池和鋰電池。而不能充電的電池，就是一次電池，例如廈門電池廠產的三圈電池）。前程無量遠景美

鋰離子電池的發展前景

鋰離子電池以其特有的性能優勢已在便攜式電器例如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍應用。

目前，開發的大容量鋰離子電池已在電動汽車中試用，預計將成為21世紀電動汽車的主要動力，并將在航天特種、人造衛星和儲能方面得到廣泛應用。

化學電源的發展的兩個條件是：（1）電池的比能量密度高；（2）貯存期長：具有耐漏性，且自放電率極低。由于鋰電池具備這兩條件，發展的前景無量。由于航天特種、人造衛星，手提電腦、移動通訊（手機）和電動汽車的發展，新型的鋰電池象雨后春筍般地涌現。

一頂二來用途廣

單節鋰電池的應用

單節鋰電池的電壓為3.6伏，可以代替3伏電源，因此僅需一節電池可以代替普通兩節電池，給收音機，計算機和數碼照相機，電子手表等小家電產品供電，不僅重量輕，而且使用時間長。

鋰電池電動車的前景

隨著鋰電池的發展，鋰電池電動車和鋰電池汽車即將問世。目前，在路上奔馳的電動車，安裝的是鉛蓄電池，使用壽命和充放號次數遠不如鋰電池。電動車中一旦安裝了鋰電池，其奔馳速度將大大地超過鉛蓄電池電動車。且電池的重量可以減輕一半多。廢電池造成環境污染問題是極其重要的，例如電動車的動力，采用鉛酸蓄電池，它是由鉛，硫酸，和其他金屬以及塑料組成的，不但車體笨重，而且內部所含的大量鉛，無機鹽，隨意排放，將嚴重污染土壤和水源，并產生鉛蒸氣；嚴重破壞環境。

有鑒于此，開發新型實用、綠色環保的動力電池，替代鉛酸蓄電池是刻不容緩的。在這樣的背景下，鋰離子電動車動力電池脫穎而出。由于不含鎘、鉛、汞。在使用和生產過程沒有污染物產生，保障身體健康。裝載鋰電池的電動車還具備很多優勢，成為家庭不可缺少的交通工具。最重要的優點是重量輕，很多消費者抱怨鉛酸蓄電池太笨重，一組電池有20-30公斤，老人和孩子難搬運。而鋰電池一般在七斤上下，是前者的1M4，而使用壽命是普通鉛酸電池的3-4倍。老人和小孩都會搬動。

鋰電池標識

根據IEC61960標準二次鋰電池的標識：

1.電池標識組成3個字母后跟5個數字（圓柱形）或個數字（方形）

2.第一個字母表示電池的負極材料。

3.第二個字母表示電池的正極材料。

4.第三個字母表示電池的形狀

5.數字圓柱形電池5個數字分別表示電池的直徑和高度。

例如：CIRI8650表示一個圓柱形二次鋰電池的正極材料為鈷，直徑為18mm、高65mm。

ICP883448表示一個方形二次鋰離子電池的正極材料為鈷，其厚度為8mm，寬度為34mm，高為48mm。