锂离子电池的结构及原理详解

2020-11-11      1392 次浏览

锂离子电池的首要组成:


(1)正极活性物质首要指钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂等,导电集流体一般运用厚度在10--20微米的铝箔;


(2)隔膜一种特别的塑料膜,可以让锂离子经过,但却是电子的绝缘体,现在首要有PE和PP两种及其组合。还有一类无机固体隔膜,如氧化铝隔膜涂层就是一种无机固体隔膜,;


(3)负极活性物质首要指石墨、钛酸锂、或近似石墨结构的碳材料,导电集流体一般运用厚度在7-15微米的铜箔;


(4)电解液一般为有机系统,如溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂,另有些聚合物电池运用凝胶状电解液;


(5)电池外壳首要分为硬壳(钢壳、铝壳、镀镍铁壳等)和软包(铝塑膜)两种。


当电池充电时,锂离子从正极中脱嵌,在负极中嵌入,放电时反之。这就需求一个电极在组装前处于嵌锂情况,一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中安稳的嵌锂过渡金属氧化物做正极,如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。


做为负极的材料则选择电位尽可能挨近锂电位的可嵌入锂化合物,如各种碳材料包括天然石墨、组成石墨、碳纤维、中心相小球碳素等和金属氧化物,包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4~0.6,y=0.6~0.4,z=(2+3x+5y)/2)等。


电解质选用LiPF6的乙烯碳酸脂(EC)、丙烯碳酸脂(PC)和低粘度二乙基碳酸脂(DEC)等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂系统。


隔膜选用聚烯微多孔膜如PE、PP或它们复合膜,尤其是PP/PE/PP三层隔膜不只熔点较低,并且具有较高的抗穿刺强度,起到了热稳妥效果。


外壳选用钢或铝材料,盖体组件具有防爆断电的功用。


底子作业原理


当对电池进行充电时,正极的含锂化合物有锂离子脱出,锂离子经过电解液运动到负极。负极的炭材料呈层状结构,它有许多微孔,抵达负极的锂离子嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。


当对电池进行放电时(即我们运用电池的进程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。


在锂离子电池的充放电进程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动情况。这就像一把摇椅,摇椅的两头为电池的两极,而锂离子就在摇椅两头来回运动。所以锂离子电池又叫摇椅式电池。


充放电机理


锂离子电池的充电进程分为两个阶段:恒流充电阶段和恒压电流递减充电阶段。


锂离子电池过度充放电会对正负极构成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现凹陷,而凹陷会构成充电进程中锂离子无法刺进;过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构,而构成其间部分锂离子再也无法释放出来。


锂离子电池坚持功用最佳的充放电方法为浅充浅放。一般60%DOD是100%DOD条件下循环寿数的2~4倍。


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