锂电池结构及工作原理

2019-05-20      5236 次浏览

锂系电池分为锂电池锂离子电池。手机和条记本电脑使用的都是锂离子电池,平常人们俗称其为锂电池。而真确锂电池因为凶险性大,很少运用于日常电子产品。


锂离子电池是一种充电电池,它要紧寄托锂离子在正极和负极之间挪动来工作。在充放电进程中,Li+在两个电极之间来回嵌入和脱嵌:充电池时,Li+从正极脱嵌,通过电解质嵌入负极,负极处于富锂状况;放电时则相反。一般接收含有锂元素的材料作为电极的电池,是今世高机能电池的代表。

锂离子电池的工作道理

锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,惟有锂离子,这便是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电进程,便是锂离子的嵌入和脱嵌进程。在锂离子的嵌入和脱嵌进程中,一起伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习气上正极用嵌入或脱嵌表明,而负极用刺进或脱插表明)。在充放电进程中,锂离子在正、负极之间来回嵌入/脱嵌和刺进/脱插,被气象地称为“摇椅电池”。


当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子通过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状布局,它有良多微孔,抵达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。一样,当对电池进行放电时(即咱们使用电池的进程),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。


一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间,电流越大,充电越快,一起电池发烧也越大。并且,过大的电流充电,容量不行满,因为电池里边的电化学反应必要光阴。就跟倒啤酒一样,倒太快的话会发生泡沫,反而不满。


对电池来说,平常使用便是放电的进程。

锂电池放电必要留意几点:

第一,放电电流不能过大,过大的电流引起电池里边发烧,有或许会造成永远性的妨碍。在手机上,这个倒是没有题目的,能够不考虑。


第二,通通不行过放电!锂电池最怕过放电,一旦放电电压低于2.7V,将或许引起电池报废。幸亏手机电池里边都曾经装了护卫电路,电压还没低到损坏电池的程度,护卫电路就会起感染,休止放电。从图上能够看出,电池放电电流越大,放电容量越小,电压下降更快。

锂离子电池结构

正极:活性物质,导电剂、溶剂、粘合剂、基体。

电池放电时从外电路取得电子的电极,此刻电极发生复原反应。平常是电位高的电极。锂离子电池中的钴酸锂、锰酸锂电极等。


负极:活性物质(石墨、MCMB、CMS),粘合剂、溶剂、基体。

电池放电时向外电路运送电子的电极,此刻电极发生氧化反应。平常是电位低的电极,锂离子电池中石墨电极。


隔膜

隔膜是放置于南北极之间,作为隔绝电极的装配,藉以避免南北极上的活性物质干脆触摸而造成电池里边的短路。但隔膜仍需能让带电离子通过,以形成通路。


隔膜要求:

1、离子透过分大

2、机器性强度得当

3、本身为绝缘体

4、不与电解液及电极发生反应

原料:单层PE(聚乙烯)大概三层复合PP(聚丙烯)+PE+PP

厚度:单层一般为0.016~0.020妹妹,三层一般为0.020~0.025妹妹


电解液

外壳五金件(钢壳、铝壳、盖板、极耳、绝缘片、绝缘胶带)

锂离子电池电芯原材料

正极材料

正极材料在锂电池中市集容量最大、附加值较高,约莫占锂电池成本30%,毛利率低则15%,高则70%以上。

当时已批量运用于锂电池的正极材料要紧有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴镍锰酸锂以及磷酸铁锂。

镍酸锂电池安全性最差(过充易起火),高温耐受度最低(高温剖释),组成难度最高。

钴酸锂最早完成贸易化运用,手工展开至今曾经很成熟,并已宽泛运用在小型低功率的便携式电子产品上,如手机、条记本电脑和数码电子产品等。

磷酸铁锂作为锂离子电池用正极材料具有良好的电化学机能,充放电渠道非常安稳,充放电进程中布局安稳。一起,该材料无毒、无玷污、安全机能好、可在高温环境下使用、原材料来历宽泛等优点,是当时电池界竞相开发研究的热门。

负极材料

负极材料占锂电成本比例较低,要紧有碳负极材料和非碳负极材料


碳负极材料:被当时商品锂离子电池宽泛接收。

优点:安全、轮回寿数较长,费用便宜、无毒。

缺点:品质比能量对照低。


非碳负极材料:按组成分为锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物和纳米合金材料。

优点:有很高的体积能量密度。

缺点:轮回安稳性差,不行逆容量较大,制备成本较高,还未家当化。


负极材料往日以前进容量和轮回安稳性为目标,将碳材料与种种高容量非碳负极材料复合以开发高容量、非碳复合负极材料。

隔膜材料

市集化的隔膜材料要紧因而聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)为主的聚烯烃(Polyolefin)类隔膜,此中PE产品要紧由湿法工艺制得,PP产品要紧由干法工艺制得。


PE产品与PP产品的特性对照:

1、PP相对更耐高温,PE相对耐低温;

2、PP密度比PE小;

3、PP熔点和闭孔温度比PE高;

4、PP成品比PE脆;

5、PE对环境应力更灵敏。


要紧的隔膜材料产品有单层PP、单层PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PE、双层PP/PP和三层PP/PE/PP等,此中前两类产品要紧用于3C小电池领域,后几类产品要紧用于动力锂电池领域。


在动力锂电池用隔膜材料产品中,双层PP/PP隔膜材料要紧由中国企业生成,在中国大陆使用,这要紧是因为当时阶段还没有中国企业能将PP与PE制成双层复合膜的手工和才气。而环球汽车动力锂电池使用的隔膜以三层PP/PE/PP、双层PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料产品为主。与此一起,其余少许新式隔膜材料产品也在接续出现并开端完成运用,可是,因量少价高,要紧照常用在动力锂电池制造领域。这些产品要紧有:涂层处置的聚酯膜(PET,Polyethyleneterephthalate)、纤维素膜、聚酰亚胺膜(PI)、聚酰胺膜(PA),氨纶或芳纶膜等等。这些隔膜的优点是耐高温,且具有低温输出、充电轮回寿数长、机器强度适中的特征。总的来看,锂电池隔膜材料产品出现出明显的多样化展开趋向。

电解液

锂离子电池电解液材料要点在于高安全性、高环境适应性,要紧展开将密集在:新式溶剂(工作温度局限拓宽)、离子液体、新式锂盐(前进环境适应性)、添加剂(阻燃、氧化复原穿梭、护卫正负极成膜等)等方面,与新式正、负极材料相般配,前进安全性、功率和容量,终究安全利便地运用于电动车、储能、航天以及更宽泛的领域。

锂离子电池的制造工艺流程

锂离子电池生成用的主要设备


真空行星搅拌机

用处:将种种电池材料匀称的搅拌成浆状。


电极涂布机

用处:搅拌后的浆料匀称涂膜在金属箔片上。对浆料的涂布厚度切确到3微米以下。


用处:涂布后的极片进一步压实,前进电池的能量密度。


极片分切修建

用处:将制造好的极片卷绕成电池


手套箱

用处:包管在低湿度环境下将电解液与卷芯封装在一路


注液机

用处:包管高精度的活水化将电解液真空注入电池包装材料内


化成测试修建

用处:将做好的电池充电活化,发生电压,一起测试电池的容量。


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