手机电池的原理及利用回收
手机电池的种类:
目前市面上所使用的二次电池主要有镍氢 (Ni-MH与锂离子 (Li-ion两种类型。锂离子电池中已经量产的有液体锂离子电池(LiB 和聚合物锂离子电池(LiP 两种。所以在许多情况下,电池上标注了 Li-ion 的,一定是锂离子电池。但不一定就是液体锂离子电池,也有可能是聚合物锂离子电池。
锂离子电池是锂电池的改进型产品。锂电池很早以前就有了,但锂是一种高度活跃(还记得它在元素周期表中的位置吗?的金属,它使用时不太安全,经常会在充电时出现燃烧、爆裂的情况,后来就有了改进型的锂离子电池,加入了能抑制锂元素活跃的成份(比如钴、锰等等从而使锂电真正达到了安全、高效、方便,而老的锂电池也随之基本上淘汰了。至于如何区分它们,从电池的标识上就能识别,锂电池为
Li 、锂离子电池为 Li-ion 。现在,笔记本和手机使用的所谓“ 锂电池” ,其实都是锂离子电池。
现代电池的基本构造包括正极、负极与电解质三项要素。作为电池的一种,锂离子电池同样具有这三个要素。一般锂离子技术使用液体或无机胶体电解液,因此需要坚固的外壳来容纳可燃的活性成分,这就增加了电池的重量和成本,也限制了尺寸大小和造型的灵活性。一般而言,液体锂离子二次电池的最小厚度是 6mm ,再减少就比较困难。
而所谓聚合物锂离子电池是在这三种主要构造中至少有一项或一项以上使用高分子材料作为其主要的电池系统。
新一代的聚合物锂离子电池在聚合物化的程度上已经很高, 所以形状上可做到薄形化 (最薄 0.5毫米、任意面积化和任意形状化,大大提高了电池造型设计的灵活性,从而可以配合产品需求,做成任何形状与容量的电池。同时,聚合物锂离子电池的单位能量比目前的一般锂离子电池提高了 50%,其容量、充放电特性、安全性、工作温度范围、循环寿命与环保性能等方面都较锂离子电池有大幅度的提高。
目前市面上所销售的液体锂离子(LiB 电池在过度充电的情形下,容易造成安全阀破裂因而起火的情形,这是非常危险的,所以必需加装保护 IC 线路以确保电池不会发生过度充电的情形。而高分子聚合物锂离子电池方面,这种类型的电池相对液体锂离子电池而言具有较好的耐充放电特性,因此对外加保护 IC 线路方面的要求可以适当放宽。此外在充电方面,聚合物锂离子电池可以利用 IC 定电流充电,与锂离子二次电池所采用的 CCCV(Constant Currert-Constant Voltage 充电方式所需的时间比较起来,可以缩短许多的等待时间。
另一方面,虽然锂离子电池优点多多,但也有缺陷,如价格高和充放电次数少等等。锂电池的充放电次数只有 400-600次,经过特殊改进的产品也不过 800多次。而镍氢电池的充电次数能够达到 700次以上, 某些质量好的产品充放电可达 1200次,这样一比较,镍氢电池要比锂电池长寿。此外镍氢电池的价格也要比锂电池低很多。而且严格说来,锂电池同样会有记忆效应,只是它的记忆效应非常低,基本上可以忽略不计。
由此看来,目前还没有十全十美电池。
镍氢电池
利用金属间化合物(也称吸氢合金的氢化物能在电池工作温度的范围内以大约1.0*105Pa的氢分压稳定存在的特性,研制了金属氢化物镍电池。吸氢合金制成的电极称吸氢电极以(以 M.H 表示。吸氢电极和合适的烧结式镍电极一起 , 以一般镍镉电池相同的结构组装成镍氢电池。其充放电反应可用下式表
示:M+xNi(OH2===MHx+xNiOOH式中 M 表示吸氢合金。镍氢电池能耐过充电和过放电,具有较高的比能量,是镍镉电池比能量的 1.5倍,循环寿命也比镍镉电池长。
镍镉电池
镍镉电池的负极为金属镉, 正极为三价镍的氢氧化物 NiOOH, 电解质为氢氧化钾溶液。电池在放电过程中,负极镉被氧化,生成了 Cd(OH2;充电时 Cd(OH2还原为Cd 。因此,镉负极在充放电时的反应为:Cd+2OH-===Cd(OH2+2e 在正极上,放电时
NiOOH 被还原为 Ni(OH2,充电时 Ni(OH2氧化成 NiOOH 。因此,正极在充放电时的反应为:NiOOH+H2O+e===Ni(OH2+OH- 电池在充、放电时,总的反应式可表式为:2NiOOH+Cd+2H2O===2Ni(OH2+Cd(OH2
锂离子电池
锂离子电池已经成为新一代实用化的蓄电池,该电池具有能量密度大、电压高的特性。锂离子电池放电时的电极反应式为
负极反应:C 6Li -xe -=C 6Li 1-x +xLi +(C 6Li 表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料
正极反应:Li 1-x MO 2+xLi ++xe — =LiMO 2(LiMO 2表示含锂的过渡金属氧化物
锂电池是新一代高能电池,目前已经研制
成多种锂电池(已广泛应用于手机行业中。
某种锂电池总的反应式为:
Li+ MnO2 == LiMnO2
锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成,负极则是特殊分子结构的碳。常见的正极材料主要成分为 LiCoO2,充电时,加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子,嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时,锂离子则从片层结构的碳中析出,重新和正极的化合物结合。通过锂离子的移动来产生了电流。锂离子电池的性能
1、高能量密度
与同等容量的NI/CD或NI/MH电池相比,锂离子电池的重量轻,其体积比能量是这两类电池的1. 5~2倍。
2、高电压
锂离子电池使用高电负性的含元素锂电极, 使其端电压高达3. 7V, 这一电压是NI/CD或NI/ MH电池电压的3倍。
3、无污染,环保型
4、循环寿命长
寿命超过500次
5、高负载能力
锂离子电池可以大电流连续放电,从而使这种电池可被应用于摄象机、手提电脑等大功率用电器上。 6、优良的安全性
由于使用优良的负极材料,克服了电池充电过程中锂枝晶的生长问题,使得锂离子电池的安全性大大提高。同时采用特殊的可恢复配件,保证了电池在使用过程中的安全性。
化学反应原理虽然很简单,然而在实际的工业生产中,需要考虑的实际问题很多:正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性,负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子;填充在正负极之间的电解液,除了保持稳定,还需要具有良好导电性,以减小电池内阻。
虽然锂电池几乎没有记忆效应,但是,锂电池在多次充放后容量仍然会下降,其主要原因是正负极材料本身的变化。从分子层面来看,正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞;从化学角度来看, 是正负极材料活性钝化,出现副反应生成稳定的其他化合物。物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况,
总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目。
