鋰空氣電池和鋰離子電池有什么區(qū)別

來(lái)源：存能電氣  日期：2019-05-14 09:11  瀏覽量：次

　　鋰空氣電池和鋰離子電池有什么區(qū)別？當(dāng)下鋰離子電池研究熱點(diǎn)主要是圍繞鋰空氣電池和鋰硫電池展開(kāi)。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因?yàn)槠潢帢O（以多孔碳為主）很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。本文存能電氣小編就來(lái)聊聊兩者的區(qū)別。

　　鋰空氣電池和鋰離子電池有什么區(qū)別？

　　鋰離子電池

　　在鋰離子電池中，負(fù)極為碳，正極為不同過(guò)渡金屬氧化物，如鈷、錳、鐵等。二者均浸潤(rùn)于溶解有鋰鹽的電解液中。充電時(shí)，鋰離子從正極(陰極)移動(dòng)到負(fù)極(陽(yáng)極)多孔碳上，嵌入碳材料中，外部電流從負(fù)極流到正極(電子從正極移動(dòng)到負(fù)極)，形成閉合回路;放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極脫嵌，回歸正極，外部電流從正極流向負(fù)極(電子從負(fù)極移動(dòng)到正極)。最終電池的容量大小取決于有多少材料能夠容納鋰離子，即由電極的體積與質(zhì)量決定。

　　鋰離子電池原理

　　當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

　　同樣道理，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)(即我們使用電池的過(guò)程)，嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回到正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。

　　不難看出，在鋰離子電池的充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將，在搖椅的兩端來(lái)回奔跑。所以，專(zhuān)家們又給了鋰離子電池一個(gè)可愛(ài)的名字搖椅式電池。

　　鋰空氣電池

　　鋰空氣電池是一種用鋰作負(fù)極，以空氣中的氧氣作為正極反應(yīng)物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因?yàn)槠潢帢O（以多孔碳為主）很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。

　　與鋰離子電池需要鋰的化合物和石墨做電極不同，鋰空氣電池可以直接使用鋰金屬單質(zhì)（Li）和空氣中的氧氣（O2）作為電極。在最理想的情況下，電池放電時(shí)，由氧氣氧化鋰單質(zhì)生成過(guò)氧化鋰（Li2O2），在外電路中產(chǎn)生電流；充電時(shí)再由過(guò)氧化鋰分解成鋰和氧氣。全過(guò)程無(wú)需其它質(zhì)量較大的元素參與，而陰極甚至可以直接使用重量和成本都可以忽略不計(jì)的空氣！

　　因此，鋰空氣電池可以實(shí)現(xiàn)比鋰離子電池高得多的能量密度。事實(shí)上，由于鋰是元素周期表中相對(duì)原子質(zhì)量最輕的金屬元素，而氧氣則來(lái)自空氣中，鋰空氣電池?fù)碛兄娀瘜W(xué)電池中最高的理論能量密度——換句話(huà)說(shuō)，單位質(zhì)量的鋰空氣電池可以?xún)?chǔ)存并釋放的能量，要比所有其它電化學(xué)儲(chǔ)能介質(zhì)都要多。

　　非液態(tài)的鋰-空氣電池的理論能量密度可達(dá)12kWh/kg，是現(xiàn)有鋰離子電池的5~10倍，幾乎可以與汽油的約13kWh/kg相媲美。如果鋰空氣電池可以最終走向市場(chǎng)，電動(dòng)汽車(chē)也將擁有和汽油車(chē)同樣級(jí)別的續(xù)航里程，將會(huì)徹底打破由于鋰離子電池能量密度過(guò)低而導(dǎo)致的續(xù)航里程瓶頸，對(duì)于清潔能源未來(lái)的發(fā)展有著重要的意義。

　　鋰空氣電池工作原理

　　鋰空氣電池的概念最早由Lockheed提出，電解液為堿性水溶液。氧氣在空氣電極上發(fā)生氧還原反應(yīng)，形成氫氧化物。其放電反應(yīng)方程為：

　　4Li+O2+2H2O→4LiOH（1-1）

　　放電過(guò)程中Li、H2O和O2被消耗，在Li表面生成了一層保護(hù)膜而阻礙電化學(xué)反應(yīng)的快速進(jìn)行。在開(kāi)路或低功率的狀態(tài)下，Li的自放電率很高，并伴隨著Li的腐蝕反應(yīng)：

　　Li+H2O→LiOH+1/2H2（1-2）

　　在水系電解液中，金屬Li極易和水反應(yīng)，因此對(duì)鋰離子隔膜的阻水性有很高要求，目前還沒(méi)有商業(yè)化的產(chǎn)品。綜合考慮實(shí)用性和安全性，水系鋰空氣電池并非最終實(shí)際應(yīng)用的首選。

　　文末總結(jié)：以上就是鋰空氣電池和鋰離子電池的區(qū)別，鋰電池經(jīng)歷了快速發(fā)展，其中以鋰離子電池為代表的二次電池體系成為了各種小型便攜電子設(shè)備的動(dòng)力來(lái)源，極大的推動(dòng)了電子產(chǎn)品的發(fā)展。目前鋰空氣電池和鋰硫電池研究還處于研發(fā)階段，除了電池正極材料的比容量和穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提高外，電池安全性等關(guān)鍵問(wèn)題也亟待解決。