鋰離子電池|二次電池|特性與應用

什麼是鋰離子電池/二次電池?（Lithium-ion battery/Rechargeable battery）

鋰離子電池（Lithium-ion battery）是一種可重複充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。鋰離子電池使用一個嵌入的鋰化合物作為一個電極材料。
目前用作鋰離子電池的正極材料主要常見的有：鋰鈷氧化物（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、鎳酸鋰（LiNiO2）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）及鈦酸鋰(LTO)。
而鋰鈷氧化物（LiCoO2）延伸變化鎳鈷錳酸鋰（Li(NiCoMn)O2）就是我們常聽到的鋰三元電池
這些鋰離子電池與其發展產品是在消費電子領域常見的。它們是可攜式電子設備中可充電電池最普遍的類型之一，具有高能量密度，無記憶效應，在不使用時只有緩慢電荷損失等特點。除了消費類電子產品，越來越進步的鋰離子電池也越來越普及，可用於軍事，純電動汽車和航空太空。例如，磷酸鋰鐵電池大量應用在工業自動化設備上，特斯拉也從21700鋰三元改成磷酸鋰鐵電池使用在車輛上，電動巴士、電動遊艇同樣裝載磷酸鋰鐵電池。
而錳酸鋰（LiMn2O4）其較差的循環性能及電化學穩定性大大限制了其產業化、鎳酸鋰（LiNiO2）製程困難、工藝條件控制不當，極易導致LiNiO2材料的電化學性能不穩定或下降。以致這兩種材料電池越來越少應用。

此外，一般生活中所稱的鋰電池其實是種誤稱，實際分類如下：

鋰電池/一次性不可充電（Lithium battery）：雖然常常用作為鋰離子電池的簡稱，但嚴格意義的鋰電池是鋰原電池，內含純態的鋰金屬，為一次性使用、不可充電。
鋰離子聚合物電池/二次性可充電（Lithium-ion polymer batteries，也常稱為「鋰聚合物電池」）：大致上其實也是鋰離子電池，是普通鋰離子電池的改良，利用膠態或固態聚合物取代液態有機溶劑的可充電鋰離子電池，其安全性較好不會爆炸，但可以塑造各種不同形狀的電芯，成為了現在的主流形式電池。

鋰電池的基本特性比較

鋰離子優點整理：

高能量密度：鋰離子電池的能量密度比其他可充電電池高，可以存儲更多的能量。
輕量化：鋰離子電池相對輕巧，使其成為便攜式設備的理想選擇。
長壽命：鋰離子電池具有較長的壽命，通常可以進行幾百到幾千次循環充電和放電。
低自放電率：鋰離子電池具有較低的自放電率，即在不使用時，其電量可保持較長時間。
高效能：鋰離子電池的充電效率高，可以在短時間充滿電。
可塑性：鋰離子電池可以以不同的形狀和尺寸製造，從而適合不同的應用。

鋰離子缺點整理：

安全問題：鋰離子電池在充放電過程中會產生熱量和壓力，如果過熱或壓力過大，可能會導致電池爆炸或起火。
低溫表現：鋰離子電池在低溫下的性能可能會下降。
昂貴：鋰離子電池的製造成本較傳統電池高。
有限的容量：鋰離子電池的容量是有限的，不適合長時間高能耗的應用。
環境影響：鋰離子電池需要特殊處理才能回收，否則會對環境造成污染。

鋰電池的應用市場

鋰三元（Li(NiCoMn)O2）：
穿戴式裝置：密錄器、藍芽耳機
消費性產品：手寫筆、電子菸
移動裝置：POS機、強固型平板電腦、強光手電筒
IoT：各類Tracker、智慧農場儲能、年長者警報器、智能腳踏車踏板
再生能源：微型太陽能儲能

磷酸鐵鋰（LiFePO4）：
以電池模組型式居多，應用於AGV自動化設備、小型太陽能儲能

鈦酸鋰(LTO)：
特殊小型化產品、電池模組

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