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鋰離子電芯的原理是什么?它的構(gòu)造是怎樣的?

鉅大LARGE  |  點擊量:1918次  |  2019年11月25日  

鋰離子電芯的基本知識



鋰離子電芯是一種新型的電池能源,它不含金屬鋰,在充放電過程中,只有鋰離子在正負極間往來運動,電極和電解質(zhì)不參與反應(yīng)。鋰離子電芯的能量容量密度可以達到300Wh/L,重量容量密度可以達到125Wh/L。


一、電芯原理


鋰離子電芯的反應(yīng)機理是隨著充放電的進行,鋰離子在正負極之間嵌入脫出,往返穿梭電芯內(nèi)部而沒有金屬鋰的存在,因此鋰離子電芯更加安全穩(wěn)定。其反應(yīng)示意圖及基本反應(yīng)式如下所示:




二、電芯的構(gòu)造


電芯的正極是LiCoO2加導(dǎo)電劑和粘合劑,涂在鋁箔上形成正極板,負極是層狀石墨加導(dǎo)電劑及粘合劑涂在銅箔基帶上,目前比較先進的負極層狀石墨顆粒已采用納米碳。


根據(jù)上述的反應(yīng)機理,正極采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2,其中LiCoO2本是一種層結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定的晶型,但當(dāng)從LiCoO2拿走XLi后,其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化,但是否發(fā)生變化取決于X的大小。通過研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)X>0.5時Li1-XCoO2的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為極其不穩(wěn)定,會發(fā)生晶型癱塌,其外部表現(xiàn)為電芯的壓倒終結(jié)。所以電芯在使用過程中應(yīng)通過限制充電電壓來控制Li1-XCoO2中的X值,一般充電電壓不大于4.2V那么X小于0.5,這時Li1-XCoO2的晶型仍是穩(wěn)定的。負極C6其本身有自己的特點,當(dāng)?shù)谝淮位珊?,正極LiCoO2中的Li被充到負極C6中,當(dāng)放電時Li回到正極LiCoO2中,但化成之后必須有一部分Li留在負極C6中,心以保證下次充放電Li的正常嵌入,否則電芯的壓倒很短,為了保證有一部分Li留在負極C6中,一般通過限制放電下限電壓來實現(xiàn)。所以鋰電芯的安全充電上限電壓≤4.2V,放電下限電壓≥2.5V。


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