锂离子电池的基本构成有什么

2020-09-16      1295 次浏览

锂离子电池内部要包含几种基本材料:正极活性物质、负极活性物质、隔离膜、电解质。那么这些材料都干嘛的呢?


正负极不难理解,要实现电荷移动,就要存在电位差的正负极材料,那么什么是活性物质?我们了解,电池实际上是将电能和化学能相互转换,以实现能量的存储和释放。要实现这个过程,就要正负极的材料很容易参与化学反应,要活泼,要容易氧化和还原,从而实现能量转换,所以我们要活性物质来做电池的正负极。


电解质是干嘛的?通俗的讲,就是游泳池里面的水,让锂离子能够自由的游来游去,所以呢,离子电导率要高(游泳的阻力小),电子电导率要小(绝缘),化学稳定性要好(稳定压倒一切啊),热稳定性要好(都是为了安全),电位窗口要宽。基于这些原则,经过长期的工程探索,人们找到了由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、和必要的添加剂等原料,在一定条件下、按一定比例配制而成的电解质。有机溶剂有PC(碳酸丙烯酯),EC(碳酸乙烯酯),DMC(碳酸二甲酯),DEC(碳酸二乙酯),EMC(碳酸甲乙酯)等材料。电解质锂盐有LiPF6,LiBF4等材料。


隔离膜则是为了阻止正负极材料直接接触而加进来的,我们希望把电池做的尽可能的小,存储的能量尽可能的多,于是正负极之间的距离越来越小,短路成为一个巨大的风险。为了防止正负极材料短路,造成能量的剧烈释放,就要用一种材料将正负极隔离开来,这就是隔离膜的由来。隔离膜要具有良好的离子通过性,重要是给锂离子开放通道,让其可以自由通过,同时又是电子的绝缘体,以实现正负极之间的绝缘。目前市场上的隔膜重要有单层PP,单层PE,双层PP/PE,三层PP/PE/PP复合膜等。


除了上面提到的4种重要材料之外,要想把锂离子电池从实验室的一个实验品变成一个可以商业化应用的产品,还要其他一些不可或缺的材料。


我们先看电池的正极,除了活性物质之外,还有导电剂和粘结剂,以及用作电流载体的基体和集流体(正极通常是铝箔)。粘结剂要把作为活性物质的锂金属氧化物均匀的固定在正极基带上面,导电剂则要增强活性物质与基体的电导率,以达到更大的充放电电流,集流体负责充当电池内外部的电荷转移桥梁。


除了以上材料外,一个完整的锂离子电池还包括绝缘片、盖板、泄压阀、壳体(铝,钢,复合膜等),以及其他一些辅助材料。


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