锂电池包的内部结构该如何设计?

2023-12-26      266 次浏览

所有的锂离子电池包爆炸都是由短路引起的,引起短路的现象有过充、过放、过流、过热,它们是通过锂离子电池内部结构而形成电池短路的。


锂离子电池包逗留的正负极应该洁净,穿梭其间的电解液、隔膜也应无杂质,但在制造过程中,电解液与隔膜难以完全防止沾着金属粉尘、铜箔或者铝箔等碎片。当人们使用不当(过充、过放、过流)或者把锂离子电池爆置于极端环境(过高温度)下,锂离子电池就会过热,碎片在常温下的安静状态被打破,从而会在一个较热的电解液空间中进行热运动。下一步,假如碎片接近了隔膜,热的碎片将影响隔膜的隔离用途,也就造成短路。因此,现在有一种聚合物锂离子电池以胶体电解质代替液体电解质,可以降低短路的概率。


锂离子电池包工作原理:


锂离子电池包是一种二次电池(充电电池),重要依靠锂离子在正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。


当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当对电池进行放电时,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。


锂离子电池包组成原理


①正极构造


LiMn2O4(锰酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔)正极


②负极构造


石墨+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体(铜箔)负极

锂离子电池包的材料重要构成为正极、负极、电解质、隔膜以及外壳。


①正极材料---正极材料占锂离子电池成本30%--40%,正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能,其成本也直接决定电池成本高低。采用能吸藏锂离子的碳极,放电时,锂变成锂离子,脱离电池阳极,到达锂离子电池阴极。


②负极材料----材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物,如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物。


③电解质---锂离子电池电解液是电池中离子传输的载体。电解液在锂离子电池正、负极之间起到传导离子的用途电解液在正负电极间起到运输电荷的用途,它影响着锂离子电池包的能量密度、功率密度、宽温应用、循环寿命、安全性能等因素。


④隔膜---锂离子电池的结构中,隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它们复合膜,尤其是PP/PE/PP三层隔膜不仅熔点较低,而且具有较高的抗穿刺强度,起到了热保险用途。


⑤外壳---锂离子电池的外壳重要有钢壳和铝壳两种类型。采用钢或铝材料,盖体组件具有防爆断电的功能。

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