锂离子电池的结构和工作原理是什么?

2020-11-05      874 次浏览

锂离子电池的结构


锂离子电池在结构上重要有五大块:正极、负极、电解液、隔膜、外壳与电极引线。


目前较为常用的锂离子电池材料有钴酸锂、镍酸锂以及锰酸锂。用得最多的材料是钴酸锂,循环性能好,制造也方便,缺点是钴化合物价格较贵。镍酸锂的因为性质不稳定,制造困难,通常用得较多的是钴酸锂掺杂镍的化合物,又称镍钴酸锂。锰酸锂也是非常好的材料,在高温下锰酸锂的衰减比较快等诸多原因,目前应用多数还停留在实验室阶段。


锂离子电池的结构重要分卷绕式和层叠式两大类。液态锂离子电池采用卷绕结构,聚合物锂离子电池则两种都有。卷绕式将正极膜片、隔膜、负极膜片依次放好,卷绕成圆柱形或扁柱形,重要以SANYO、TOSHIBA、SONY、ATL为代表。层叠式则将正极、隔膜、负极、隔膜、正极这样的方式多层堆叠。将所有正极焊接在一起引出,负极也焊成一起引出,重要以ATL为代表。


锂离子电池工作原理


1、充电时


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。


充电开始时,应先检测待充电电池的电压,假如电压低于3V,要先进行预充电,充电电流为设定电流的1/10,一般选0.05C左右。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。


一般锂离子电池充电电流设定在0.2C至1C之间,电流越大,充电越快,同时电池发热也越大。而且,过大的电流充电,容量不够满,因为电池内部的电化学反应要时间。就跟倒啤酒相同,倒太快的话会出现泡沫,反而不满。


术语解释:充放电电流一般用C作参照,C是对应电池容量的数值。电池容量一般用Ah、mAh表示,如M8的电池容量1200mAh,对应的C就是1200mA。0.2C就等于240mA。


一文解析锂离子电池工作原理及应用


2、放电时


过程正好相反锂离子返回正极,电子通过用电器由外电路到达正极与锂离子复合。


从典型放电曲线图上可以看出,电池放电电流越大,放电容量越小,电压下降更快。


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