鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1711次 | 2023年02月07日
鋰離子電池發(fā)展歷程,鋰離子電池的發(fā)展史
鋰電池越來越與我們的生活息息相關(guān),小編覺得有必要作一次鋰電池的歷史回顧,以下是小編傾盡心血整理得來:
1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料,金屬鋰作為負(fù)極材料,制成首個鋰電池。
1982年伊利諾伊理工大學(xué)(theIllinoisInstituteofTechnology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性,此過程是快速的,并且可逆。與此同時,采用金屬鋰制成的鋰電池,其安全隱患備受關(guān)注,因此人們嘗試?yán)娩囯x子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實(shí)驗(yàn)室試制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料,具有低價、穩(wěn)定和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)鋰性能。其分解溫度高,且氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰,即使出現(xiàn)短路、過充電,也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。
1989年,A.Manthiram和J.Goodenough發(fā)現(xiàn)采用聚合陰離子的正極將產(chǎn)生更高的電壓。
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%
1992年索尼公司發(fā)布首個商用鋰離子電池。隨后,鋰離子電池革新了消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌。此類以鈷酸鋰作為正極材料的電池,至今仍是便攜電子器件的主要電源。
1996年P(guān)adhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽,如磷酸鐵鋰(LiFePO4),比傳統(tǒng)的正極材料更具安全性,尤其耐高溫,耐過充電性能遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)鋰離子電池材料。因此已成為當(dāng)前主流的大電流放電的動力鋰電池的正極材料。
總結(jié):綜觀電池發(fā)展的歷史,我們可以看出當(dāng)前世界電池工業(yè)發(fā)展的三個特點(diǎn),一是綠色環(huán)保電池迅猛發(fā)展,包括鋰離子蓄電池、氫鎳電池等;二是一次電池向蓄電池轉(zhuǎn)化,這符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略;三是電池進(jìn)一步向小、輕、薄方向發(fā)展。在商品化的可充電池中,鋰離子電池的比能量最高,特別是聚合物鋰離子電池,可以實(shí)現(xiàn)可充電池的薄形化。正因?yàn)殇囯x子電池的體積比能量和質(zhì)量比能量高,可充且無污染,具備當(dāng)前電池工業(yè)發(fā)展的三大特點(diǎn),因此在發(fā)達(dá)國家中有較快的增長。電信、信息市場的發(fā)展,特別是移動電話和筆記本電腦的大量使用,給鋰離子電池帶來了市場機(jī)遇。而聚合物鋰離子電池以其在加工性能、質(zhì)量、材料價格等方面的獨(dú)特優(yōu)勢,將逐步取代液體電解質(zhì)鋰離子電池,而成為鋰離子電池的主流。聚合物鋰離子電池被譽(yù)為“21世紀(jì)的電池”,將開辟蓄電池的新時代,發(fā)展前景十分樂觀。
鋰聚合物電池(Li-polymer,又稱高分子鋰電池):它也是鋰離子電池的一種,但是與液鋰電池(Li-ion)相比具有能量密度高、更小型化、超薄化、輕量化,以及高安全性等多種明顯優(yōu)勢,是一種新型電池。在形狀上,鋰聚合物電池具有超薄化特征,可以配合各種產(chǎn)品的需要,制作成任何形狀與容量的電池。該類電池可以達(dá)到的最小厚度可達(dá)0.5mm。它的標(biāo)稱電壓與Li-ion一樣也是標(biāo)稱電壓3.7V,沒有記憶效應(yīng)。
聚合物鋰離子電池
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
根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同,鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithiumionbattery,簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(polymerlithiumionbattery,簡稱為LIP)兩大類。聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的,電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解液的不同,鋰離子電池使用的是液體電解液,而聚合物鋰離子電池則以膠態(tài)聚合物電解液來代替。
普通鋰離子電池在過充、短路等情況時候發(fā)生時,電池內(nèi)部可能出現(xiàn)升溫、正極材料分解、負(fù)極和電解液材料被氧化等現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致氣體膨脹和電池內(nèi)壓加大,當(dāng)壓力達(dá)到一定程度后就可能出現(xiàn)爆炸。而聚合物鋰離子電池因?yàn)槭褂昧四z態(tài)電解質(zhì),不會因?yàn)橐后w沸騰而產(chǎn)生大量氣體,從而杜絕了劇烈爆炸的可能。
目前國內(nèi)的聚合物電池多數(shù)僅僅是軟包電池,采用鋁塑膜做外殼,但電解液并沒有改變。這種電池同樣可以薄型化,其低溫放電特性比聚合物電池更好,而材料能量密度則與液態(tài)鋰電池、普通聚合物電池基本一致,但因?yàn)槭褂昧虽X塑膜,因此比普通液態(tài)鋰電更輕。安全方面,當(dāng)液體剛沸騰時軟包電池的鋁塑膜會自然鼓包或破裂,同樣不會爆炸。
須注意的是,新型電池依然可能燃燒或膨脹裂開,安全方面并非萬無一失。
與液態(tài)鋰離子電池相比,聚合物鋰離子電池不但安全性高,同時還具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點(diǎn),外殼也使用了更輕的鋁塑復(fù)合薄膜。不過,其低溫放電性能可能還有提升的空間。
液態(tài)鋰電
由于各個廠商生產(chǎn)工藝的不同,市場上的聚合物鋰電分為卷繞式(索尼、東芝為代表)、疊片式(TCL、ATL為代表)兩種不同結(jié)構(gòu),但適應(yīng)于手機(jī)需求的規(guī)格大都在4mm厚度以下。與液態(tài)比較,由于聚合物外包裝采用了更薄的鋁膜,比鋼殼、鋁殼更薄,而且生產(chǎn)方式與液態(tài)鋰電不同,聚合物越薄越好生產(chǎn),理論上可以生產(chǎn)出0.5mm以下厚度的電池。
液態(tài)鋰電正好相反,越厚越好生產(chǎn),低于4mm厚度的電池很難生產(chǎn),即使生產(chǎn)出來了,容量明顯不如聚合物鋰電,成本也沒優(yōu)勢。因而,電池越薄,聚合物生產(chǎn)成本越低、液態(tài)生產(chǎn)成本越高。
但較厚的規(guī)格上,液態(tài)鋰電供應(yīng)鏈成熟,工藝成熟,生產(chǎn)效率高,成品率高,有很強(qiáng)的制造成本優(yōu)勢。從市場來看,5mm、6mm厚度系列的液態(tài)鋰電池雖然比3mm、4mm厚度系列電池容量高很多,但售價要低很多。聚合物從理論上來講,在5mm、6mm厚度規(guī)格上的材料成本與液態(tài)接近,但目前5mm、6mm系列電池的工藝成本要比液態(tài)高出很多,因而,要在此規(guī)格上與液態(tài)真正形成競爭,還有不少距離。
一般的電池主要的構(gòu)造包括有正極、負(fù)極與電解質(zhì)三項(xiàng)要素。所謂的聚合物鋰離子電池是說在這三種主要構(gòu)造中至少有一項(xiàng)或一項(xiàng)以上使用高分子材料做為主要的電池系統(tǒng)。所開發(fā)的聚合物鋰離子電池系統(tǒng)中,高分子材料主要是被應(yīng)用于正極及電解質(zhì)。正極材料包括導(dǎo)電高分子聚合物或一般鋰離子電池所采用的無機(jī)化合物,電解質(zhì)則可以使用固態(tài)或膠態(tài)高分子電解質(zhì),或是有機(jī)電解液,負(fù)極則通常采用鋰金屬或鋰碳層間化合物。一般鋰離子技術(shù)使用液體或膠體電解液,因此需要堅固的二次包裝來容納可燃的活性成分,這就增加了重量和成本,另外也限制了尺寸的靈活性。
新一代的聚合物鋰離子電池在形狀上可做到薄形化(最薄0.8毫米)、任意面積化和任意形狀化,大大提高了電池造型設(shè)計的靈活性,從而可以配合產(chǎn)品需求,做成任何形狀與容量的電池,為應(yīng)用設(shè)備開發(fā)商在電源解決方案上提供了高度的設(shè)計靈活性和適應(yīng)性,以最大化地優(yōu)化其產(chǎn)品性能。同時,聚合物鋰離子電池的單位能量比一般鋰離子電池提高了50%,其容量、循環(huán)壽命(超過500次)與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。
鋰電池涂碳鋁箔[1]
一、材質(zhì)說明
涂碳鋁箔是由導(dǎo)電碳為主的復(fù)合型漿料與高純度的電子鋁箔,以轉(zhuǎn)移式涂覆工藝制成。
二、應(yīng)用范圍
?細(xì)顆?;钚晕镔|(zhì)的功率型鋰電池
?正極為磷酸亞鐵鋰
?正極為細(xì)顆粒的三元/錳酸鋰
?用于超級電容器、鋰一次電池(鋰亞、鋰錳、鋰鐵、扣式等)替代蝕刻鋁箔
三、對電池/電容的性能作用
?抑制電池極化,減少熱效應(yīng),提高倍率性能;
?降低電池內(nèi)阻,并明顯降低了循環(huán)過程的動態(tài)內(nèi)阻增幅;
?提高一致性,增加電池的循環(huán)壽命;
?提高活性物質(zhì)與集流體的粘附力,降低極片制造成本;
?保護(hù)集流體不被電解液腐蝕;
?提高磷酸鐵鋰電池的高、低溫性能,改善磷酸鐵鋰、鈦酸鋰材料的加工性能。
四、建議參數(shù)
對應(yīng)涂覆的活性物質(zhì)D50最好不大于4~5μm,壓實(shí)密度不大于2.25g/cm,比表面積在13~18㎡/g范圍內(nèi)。
五、使用中的注意事項(xiàng)
1.存儲要求:在溫度為25±5℃、濕度為不超過50%的環(huán)境中,運(yùn)輸時須避免空氣和水蒸氣對鋁箔的侵蝕;
2.本產(chǎn)品分為A、B兩款,各自的關(guān)鍵特性為:A款外觀為黑色,常規(guī)涂層厚度為雙面4~8μm,導(dǎo)電性能較更為突出;B款外觀為淡灰色,常規(guī)涂層厚度為雙面2~3μm,涂層區(qū)可做較少層的焊接,并可以涂布機(jī)識別跳間隙;
3.B款(灰色)涂碳鋁箔可以在涂層區(qū)直接做超聲焊,只適合卷繞式電池焊接極耳(極片最多2-3層),但超聲的功率、時間需做一些微調(diào);
4.碳層的散熱性要比鋁箔差些,故做涂布時需對帶速與烘烤溫度適當(dāng)微調(diào);
5.本產(chǎn)品對鋰電池與電容的綜合性能有較可觀的提升,但不可作為改變電池某方面性能的主要因素,如電池能量密度、高低溫性能、高電壓等等。
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