鋰空氣電池和鋰離子電池的區別

鋰空氣電池和鋰離子電池有什么差別？當下鋰離子電池研究熱點重要是圍繞鋰空氣電池和鋰硫電池展開。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極（以多孔碳為主）很輕，且氧氣從環境中獲取而不用保存在電池里。本文小編就來聊聊兩者的差別。

鋰空氣電池和鋰離子電池有什么差別？

鋰離子電池

在鋰離子電池中，負極為碳，正極為不同過渡金屬氧化物，如鈷、錳、鐵等。二者均浸潤于溶解有鋰鹽的電解液中。充電時，鋰離子從正極（陰極）移動到負極（陽極）多孔碳上，嵌入碳材料中，外部電流從負極流到正極（電子從正極移動到負極），形成閉合回路;放電時，鋰離子從負極脫嵌，回歸正極，外部電流從正極流向負極（電子從負極移動到正極）。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量決定。

鋰離子電池原理

當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，到達負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，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回到正極?；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程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態。假如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，而鋰離子就象優秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。

鋰空氣電池

鋰空氣電池是一種用鋰作負極，以空氣中的氧氣作為正極反應物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極（以多孔碳為主）很輕，且氧氣從環境中獲取而不用保存在電池里。

與鋰離子電池要鋰的化合物和石墨做電極不同，鋰空氣電池可以筆直使用鋰金屬單質（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，由氧氣氧化鋰單質生成過氧化鋰（Li2O2），在外電路中萌生電流;充電時再由過氧化鋰分析成鋰和氧氣。全過程無需其它質量較大的元素參與，而陰極甚至可以筆直使用重量和成本都可以忽略不計的空氣！

因此，鋰空氣電池可以實現比鋰離子電池高得多的能量密度。事實上，由于鋰是元素周期表中相對原子質量最輕的金屬元素，而氧氣則來自空氣中，鋰空氣電池擁有著電化學電池中最高的理論能量密度——換句話說，單位質量的鋰空氣電池可以儲存并釋放的能量，要比所有其它電化學儲能介質都要多。

非液態的鋰-空氣電池的理論能量密度可達12kWh/kg，是現有鋰離子電池的5~10倍，幾乎可以與汽油的約13kWh/kg相媲美。假如鋰空氣電池可以最終走向市場，電動汽車也將擁有和汽油車同樣級別的續航里程，將會徹底打破由于鋰離子電池能量密度過低而導致的續航里程瓶頸，關于清潔能源將來的發展有著緊要的意義。

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生氧還原反應，形成氫氧化物。其放電反應方程為：

4Li+O2+2H2O→4LiOH（1-1）

放電過程中Li、H2O和O2被消耗，在Li表面生成了一層保護膜而妨礙電化學反應的快速進行。在開路或低功率的狀態下，Li的自放電率很高，并伴隨著Li的腐蝕反應：

Li+H2O→LiOH+1/2H2（1-2）

在水系電解液中，金屬Li極易和水反應，因此對鋰離子隔膜的阻水性有很高要求，目前還沒有商業化的產品。綜合考慮實用性和安全性，水系鋰空氣電池并非最終實際使用的首選。

文末總結：以上就是鋰空氣電池和鋰離子電池的差別，鋰離子電池經歷了快速發展，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備的動力來源，極大的推動了電子產品的發展。目前鋰空氣電池和鋰硫電池研究還處于研發階段，除了電池正極材料的比容量和穩定性要進一步提高外，電池安全性等關鍵問題也亟待處理。