鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2685次 | 2020年03月19日
詳解鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及充電應(yīng)用原理
所謂鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來(lái)完成電池充放電工作的獨(dú)特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”,俗稱“鋰電”。
鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示:
電池由正極鋰化合物、中間的電解質(zhì)膜及負(fù)極碳組成。
◎當(dāng)電池充電時(shí),鋰離子從正極中脫嵌,在負(fù)極中嵌入,放電時(shí)反之。一般采用嵌鋰過(guò)渡金屬氧化物做正極,如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。
◎做為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物,如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物,包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxpyOz等。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
◎電解質(zhì)采用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高分子材料。
◎隔膜采用聚烯微多孔膜如pE、pp或它們復(fù)合膜,采用pp/pE/pp三層隔膜優(yōu)點(diǎn)是熔點(diǎn)較低,具有較高的抗穿刺強(qiáng)度,起到了過(guò)熱保險(xiǎn)用途。
◎外殼采用鋼或鋁材料,具有防爆的功能。
鋰離子電池的額定電壓為3.6V。電池充滿時(shí)的電壓(稱為終止充電電壓)一般為4.2V;鋰離子電池終止放電電壓為2.75V。假如鋰離子電池在使用過(guò)程中電壓已降到2.75V后還繼續(xù)使用,則稱為過(guò)放電,對(duì)電池有損害。
鋰離子電池充電原理:
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
鋰離子電池充電原理圖:
其中:Iconst:恒流充電電流;
Ipre:預(yù)充電電流;
Ifull:充滿判斷電流;
Vconst:恒壓充電電壓;
Vmin:預(yù)充結(jié)束電壓及短路判斷電壓
鋰離子電池比較驕貴。假如不滿足其充電及使用要求,很容易出現(xiàn)爆炸,壽命下降等現(xiàn)象。因?yàn)殇囯x子電池對(duì)溫度、過(guò)壓、過(guò)流及過(guò)放電很敏感,所以所有的電池內(nèi)部均集成了熱敏電阻(監(jiān)控充電溫度)及防過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)放電保護(hù)電路。
圖一為標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池充電原理曲線,鋰離子電池的充電過(guò)程分三個(gè)階段:預(yù)充電階段、恒流充電階段、恒壓充電階段。
預(yù)充電階段是在電池電壓低于3V時(shí),電池不能承受大電流的充電。這時(shí)有必要以小電流對(duì)電池進(jìn)行浮充;當(dāng)電池電壓達(dá)到3V時(shí),電池可以承受大電流的充電了。這時(shí)應(yīng)以恒定的大電流充電。以使鋰離子快速均勻轉(zhuǎn)移,這個(gè)電流值越大,對(duì)電池的充滿及壽命越有利;當(dāng)電池電壓達(dá)到4.2V時(shí),達(dá)到了電池承受電壓的極限。這時(shí)應(yīng)以4.2V的電壓恒壓充電。這時(shí)充電電流逐漸降低。當(dāng)充電電流小于30mA時(shí),電池即充滿了。這時(shí)要停止充電。否則,電池因過(guò)充而降低壽命。恒壓充電階段要求電壓控制精度為1%。依國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),鋰離子電池要能在1C的充電電流下,可以循環(huán)充放電500次以上。依一般的電池使用三天一充。這樣電池的壽命應(yīng)在4年。
但用戶在使用電池的時(shí)候往往發(fā)現(xiàn),原裝電池在使用1年,甚到半年左右的時(shí)間就報(bào)廢了,這是因?yàn)楹?jiǎn)單的充電方式惹得禍。下面將以最簡(jiǎn)單的充電原理分析一下為何會(huì)對(duì)鋰離子電池有損害:
當(dāng)沒(méi)電的電池插在這種充電器上時(shí),充電器即以最大的電流為電池充電。假如在鋰離子電池最虛弱的低壓時(shí)(低于2.5V)就以大電流沖擊,將會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。
另外,這類的充電器均為直接市電220V接入,轉(zhuǎn)換為5V的低壓直流。因?yàn)檗D(zhuǎn)換效率低下,會(huì)出現(xiàn)大量的熱。熱量直接疊加在了電池上,使電池溫度過(guò)高,這對(duì)電池有很大損害.
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