锂电池的工作原理是什么?锂电池为什么会发生鼓包?

2019-12-30      2010 次浏览

锂电池工作原理:


锂电池是一种充电电池,主要依靠锂离子在正极与负极之间的往返嵌入和脱嵌来工作,实现能量的存储和释放。


1、充电过程


在电场的驱动下锂离子从正极晶格中脱出,经过电解质,嵌入到负极晶格中。


电压低于3V,要先进行预充电,充电电流为设定电流的1/10,电压升到3V后,进入标准充电过程。标准充电过程为:以设定电流进行恒流充电,电池电压升到4.20V时,改为恒压充电,保持充电电压为4.20V。此时,充电电流逐渐下降,当电流下降至设定充电电流的1/10时,充电结束。这是一般的锂电池充电的一个过程,如果锂电池存在于智能设备中,它的充电模式将会受到智能设备软件的控制。


2、放电过程


放电过程正好与充电过程相反,锂离子在电场作用下返回正极,电子通过外电路到达正极与锂离子复合。电池放电,此时负极上的电子e从通过外部电路跑到正极上,正锂离子Li+从负极跳进电解液里,爬过隔膜上弯弯曲曲的小洞,游泳到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。


一.过充导致的鼓包


过度充电会导致正极材料里的锂原子全部跑到负极材料里面,导致正极原本饱满的栅格发生变形垮塌,这也是锂电池电量下降的一个主要原因。在这个过程中,负极的锂离子越来越多,过度堆积使得锂原子长出树桩结晶,使得电池发生鼓胀。


二.过放导致的鼓包


在液态锂离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。形成的钝化层膜能有效地阻止电解液分子的通过,但Li+却可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出,具有固体电解质的特征,因此这层钝化膜被称为固体电解质界面膜(solidelectrolyteinterface),简称SEI。SEI膜对负极材料会产生保护作用,使材料结构不容易崩塌,并且可以增加电极材料的循环寿命。SEI膜并非一成不变,在充放电过程中会有少许的变化,主要是部分有机物会发生可逆的变化。电池过度放电后使得SEI膜发生可逆性破环,保护负极材料的SEI破坏后使得负极材料崩塌,从而形成鼓包现象。


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