鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1422次 | 2021年09月01日
有關(guān)鋰離子電池結(jié)構(gòu)及工作原理具體解析
鋰離子電池是一種充電電池,它首要依托鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來作業(yè)。在充放電進(jìn)程中,Li+在兩個電極之間往復(fù)嵌入和脫嵌:充電池時,Li+從正極脫嵌,通過電解質(zhì)嵌入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時則相反。一般選用含有鋰元素的資料作為電極的電池,是現(xiàn)代高功用電池的代表。
鋰離子電池的作業(yè)原理
鋰離子電池以碳素資料為負(fù)極,以含鋰的化合物作正極,沒有金屬鋰存在,只要鋰離子,這便是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極資料電池的總稱。鋰離子電池的充放電進(jìn)程,便是鋰離子的嵌入和脫嵌進(jìn)程。在鋰離子的嵌入和脫嵌進(jìn)程中,一起伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌(習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌標(biāo)明,而負(fù)極用刺進(jìn)或脫插標(biāo)明)。在充放電進(jìn)程中,鋰離子在正、負(fù)極之間往復(fù)嵌入/脫嵌和刺進(jìn)/脫插,被形象地稱為搖椅電池。
當(dāng)對電池進(jìn)行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子通過電解液運(yùn)動到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有許多微孔,到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。相同,當(dāng)對電池進(jìn)行放電時(即咱們運(yùn)用電池的進(jìn)程),嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出,又運(yùn)動回正極?;卣龢O的鋰離子越多,放電容量越高。
一般鋰離子電池充電電流設(shè)定在0.2C至1C之間,電流越大,充電越快,一起電池發(fā)熱也越大。并且,過大的電流充電,容量不行滿,由于電池內(nèi)部的電化學(xué)反響需求時刻。就跟倒啤酒相同,倒太快的話會發(fā)作泡沫,反而不滿。
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%
對電池來說,正常運(yùn)用便是放電的進(jìn)程。
鋰離子電池放電需求留意幾點(diǎn):
榜首,放電電流不能過大,過大的電流導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱,有或許會構(gòu)成永久性的損害。在手機(jī)上,這個卻是沒有問題的,可以不考慮。
第二,肯定不能過放電!鋰離子電池最怕過放電,一旦放電電壓低于2.7V,將或許導(dǎo)致電池作廢。好在手機(jī)電池內(nèi)部都現(xiàn)已裝了保護(hù)電路,電壓還沒低到損壞電池的程度,保護(hù)電路就會起用途,中止放電。從圖上可以看出,電池放電電流越大,放電容量越小,電壓下降更快。
鋰離子電池結(jié)構(gòu)
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:勘探測繪、無人設(shè)備
正極:活性物質(zhì),導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體。
電池放電時從外電路獲得電子的電極,此時電極發(fā)作恢復(fù)反響。一般是電位高的電極。鋰離子電池中的鈷酸鋰、錳酸鋰電極等。
負(fù)極:活性物質(zhì)(石墨、MCMb、CMS),粘合劑、溶劑、基體。
電池放電時向外電路運(yùn)送電子的電極,此時電極發(fā)作氧化反響。一般是電位低的電極,鋰離子電池中石墨電極。
隔閡
隔閡是放置于南北極之間,作為阻隔電極的設(shè)備,藉以戒備南北極上的活性物質(zhì)筆直觸摸而構(gòu)成電池內(nèi)部的短路。但隔閡仍需能讓帶電離子通過,以構(gòu)成通路。
隔閡要求:
1、離子透過度大
2、機(jī)械性強(qiáng)度恰當(dāng)
3、本身為絕緣體
4、不與電解液及電極發(fā)作反響
原料:單層PE(聚乙烯)或許三層復(fù)合PP(聚丙烯)+PE+PP
厚度:單層一般為0.016~0.020mm,三層一般為0.020~0.025mm
電解液
外殼五金件(鋼殼、鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片、絕緣膠帶)
鋰離子電池電芯原資料
正極資料
正極資料在鋰離子電池中商場容量最大、附加值較高,約莫占鋰離子電池本錢30%,毛利率低則15%,高則70%以上。
今朝已批量運(yùn)用于鋰離子電池的正極資料首要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、鈷鎳錳酸鋰以及磷酸鐵鋰。
鎳酸鋰離子電池安全性最差(過充易起火),高溫耐受度最低(高溫分析),組成難度最高。
鈷酸鋰最早完結(jié)商業(yè)化運(yùn)用,技能展開至今現(xiàn)已很成熟,并已廣泛運(yùn)用在小型低功率的便攜式電子產(chǎn)品上,如手機(jī)、筆記本電腦和數(shù)碼電子產(chǎn)品等。
磷酸鐵鋰作為鋰離子電池用正極資料具有出色的電化學(xué)功用,充放電途徑非常平穩(wěn),充放電進(jìn)程中結(jié)構(gòu)安穩(wěn)。一起,該資料無毒、無污染、安全功用好、可在高溫環(huán)境下運(yùn)用、原資料來歷廣泛等利益,是今朝電池界競相開發(fā)研討的搶手。
負(fù)極資料
負(fù)極資料占鋰電本錢份額較低,首要有碳負(fù)極資料和非碳負(fù)極資料。
碳負(fù)極資料:被今朝產(chǎn)品鋰離子電池廣泛選用。
利益:安全、循環(huán)壽數(shù)較長,價格低廉、無毒。
缺陷:質(zhì)量比能量比較低。
非碳負(fù)極資料:按組成分為鋰過渡金屬氮化物、過渡金屬氧化物和納米合金資料。
利益:有很高的體積能量密度。
缺陷:循環(huán)安穩(wěn)性差,不可逆容量較大,制備本錢較高,尚未產(chǎn)業(yè)化。
負(fù)極資料將來以行進(jìn)容量和循環(huán)安穩(wěn)性為政策,將碳資料與各種高容量非碳負(fù)極資料復(fù)合以開發(fā)高容量、非碳復(fù)合負(fù)極資料。
隔閡資料
商場化的隔閡資料首要是以聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)為主的聚烯烴(Polyolefin)類隔閡,其間PE產(chǎn)品首要由濕法工藝制得,PP產(chǎn)品首要由干法工藝制得。
PE產(chǎn)品與PP產(chǎn)品的特點(diǎn)比較:
1、PP相對更耐高溫,PE相對耐低溫;
2、PP密度比PE小;
3、PP熔點(diǎn)和閉孔溫度比PE高;
4、PP制品比PE脆;
5、PE對環(huán)境應(yīng)力更靈巧。
首要的隔閡資料產(chǎn)品有單層PP、單層PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、雙層PP/PE、雙層PP/PP和三層PP/PE/PP等,其間前兩類產(chǎn)品首要用于3C小電池領(lǐng)域,后幾類產(chǎn)品首要用于動力鋰離子電池領(lǐng)域。
在動力鋰離子電池用隔閡資料產(chǎn)品中,雙層PP/PP隔閡資料首要由我國公司生產(chǎn),在我國大陸運(yùn)用,這首要是由于今朝階段還沒有我國公司能將PP與PE制成雙層復(fù)合膜的技能和才華。而全球轎車動力鋰離子電池運(yùn)用的隔閡以三層PP/PE/PP、雙層PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔閡資料產(chǎn)品為主。與此一起,其他一些新式隔閡資料產(chǎn)品也在不斷涌現(xiàn)并開始完結(jié)運(yùn)用,不過,因量少價高,首要仍是用在動力鋰離子電池制作領(lǐng)域。這些產(chǎn)品首要有:涂層解決的聚酯膜(PET,PolyethyleneTerephthalate)、纖維素膜、聚酰亞胺膜(PI)、聚酰胺膜(PA),氨綸或芳綸膜等等。這些隔閡的利益是耐高溫,且具有低溫輸出、充電循環(huán)壽數(shù)長、機(jī)械強(qiáng)度適中的特色。總的來看,鋰離子電池隔閡資料產(chǎn)品呈現(xiàn)出顯著的多樣化展開趨勢。
電解液
鋰離子電池電解液資料關(guān)鍵在于高安全性、高環(huán)境適應(yīng)性,首要展開將會合在:新式溶劑(作業(yè)溫度規(guī)劃拓寬)、離子液體、新式鋰鹽(行進(jìn)環(huán)境適應(yīng)性)、添加劑(阻燃、氧化恢復(fù)絡(luò)繹、保護(hù)正負(fù)極成膜等)等方面,與新式正、負(fù)極資料相匹配,行進(jìn)安全性、功率和容量,畢竟安全方便地運(yùn)用于電動汽車、儲能、航天以及更廣泛的領(lǐng)域。