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為什么充電電池就可以充電,而普通電池充電會(huì)有破裂和漏液的危險(xiǎn)?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2675次  |  2019年06月04日  

大家有沒有好奇過,為什么充電電池就可以充電,但一般電池如果用充電器充電,不僅不能充電,甚至還可能會(huì)有電池破裂和漏液的危險(xiǎn)?


這其實(shí)這是電池內(nèi)部的構(gòu)造決定的,我平常的電池大約可以分成碳性電池和堿性電池兩種。


碳性電池,如果對它充電的話,氫氣就被還原出來(電解水),就會(huì)有爆炸的可能性。


碳性電池


而堿性電池,理論上是可以充電的,但是要經(jīng)過非常仔細(xì)的設(shè)計(jì)才可以。充電的電流電壓和溫度等,都要做好控制才能充電,而且可重復(fù)充電的次數(shù)也不高,充電時(shí)間又長,所以一般來說堿性電池也是不會(huì)拿充電的。

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

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%

堿性電池


那么充電電池,為什么就可以拿來充電呢?其實(shí)充電電池就是所謂的鎳氫電池。


鎳氫電池


鎳氫電池的充放電過程是不會(huì)釋放氣體,而且它們?nèi)萘看?,可重?fù)充電的次數(shù)高,充電速度也比較快,所以非常適合重復(fù)充電使用。但是它也有個(gè)缺點(diǎn),就是“自放電”。所謂“自放電”就是,電池能充滿了以后,幾個(gè)月后就完全沒電了。


不過最近有國外電池廠商發(fā)明了一種“低自放電鎳氫電池”,他們電池正負(fù)極之間的分隔層的材料,讓電池在沒有使用的情況之下,里面的電子不容易從正極跑到負(fù)極去放電,使得“自放電”的現(xiàn)象大大的降低。

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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

當(dāng)然如果各位,平時(shí)生活上有高頻率使用電池的話,還是建議使用充電電池,不僅實(shí)惠,而且環(huán)保!


鋰離子電池是繼鎘鎳、氫鎳電池之后發(fā)展最快的二次電池。它的高能特性讓它的未來看起來一片光明。但是,鋰離子電池并不完美,其最大的問題就是它的充放電循環(huán)的穩(wěn)定性。本文總結(jié)并分析了鋰離子電池容量衰減的可能原因,包括過充電,電解液分解及自放電。


鋰離子電池在兩個(gè)電極間發(fā)生嵌入反應(yīng)時(shí)具有不同的嵌入能量,而為了得到電池的最佳性能,兩個(gè)宿主電極的容量比應(yīng)該保持一個(gè)平衡值。


在鋰離子電池中,容量平衡表示成為正極對負(fù)極的質(zhì)量比,


即:γ=m+/m-=ΔxC-/ΔyC+


上式中C指電極的理論庫侖容量,Δx、Δy分別指嵌入負(fù)極及正極的鋰離子的化學(xué)計(jì)量數(shù)。從上式可以看出,兩極所需要的質(zhì)量比依賴于兩極相應(yīng)的庫侖容量及其各自可逆鋰離子的數(shù)目。


一般說來,較小的質(zhì)量比導(dǎo)致負(fù)極材料的不完全利用;較大的質(zhì)量比則可能由于負(fù)極被過充電而存在安全隱患??傊谧顑?yōu)化的質(zhì)量比處,電池性能最佳。


對于理想的Li-ion電池系統(tǒng),在其循環(huán)周期內(nèi)容量平衡不發(fā)生改變,每次循環(huán)中的初始容量為一定值,然而實(shí)際情況卻復(fù)雜得多。


任何能夠產(chǎn)生或消耗鋰離子或電子的副反應(yīng)都可能導(dǎo)致電池容量平衡的改變,一旦電池的容量平衡狀態(tài)發(fā)生改變,這種改變就是不可逆的,并且可以通過多次循環(huán)進(jìn)行累積,對電池性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。


在鋰離子電池中,除了鋰離子脫嵌時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)外,還存在著大量的副反應(yīng),如電解液分解、活性物質(zhì)溶解、金屬鋰沉積等


1


原因一:過充電


1、石墨負(fù)極的過充反應(yīng):


電池在過充時(shí),鋰離子容易還原沉積在負(fù)極表面:


沉積的鋰包覆在負(fù)極表面,阻塞了鋰的嵌入。導(dǎo)致放電效率降低和容量損失,原因有:


①可循環(huán)鋰量減少;


②沉積的金屬鋰與溶劑或支持電解質(zhì)反應(yīng)形成Li2CO3,LiF或其他產(chǎn)物;


③金屬鋰通常形成于負(fù)極與隔膜之間,可能阻塞隔膜的孔隙增大電池內(nèi)阻;


④由于鋰的性質(zhì)很活潑,易與電解液反應(yīng)而消耗電解液.從而導(dǎo)致放電效率降低和容量的損失。


快速充電,電流密度過大,負(fù)極嚴(yán)重極化,鋰的沉積會(huì)更加明顯。這種情況容易發(fā)生在正極活性物相對于負(fù)極活性物過量的場合。但是,在高充電率的情況下,即使正負(fù)極活性物的比例正常,也可能發(fā)生金屬鋰的沉積。


2、正極過充反應(yīng)


當(dāng)正極活性物相對于負(fù)極活性物比例過低時(shí),容易發(fā)生正極過充電。


正極過充導(dǎo)致容量損失主要是由于電化學(xué)惰性物質(zhì)(如Co3O4,Mn2O3等)的產(chǎn)生,破壞了電極間的容量平衡,其容量損失是不可逆的。


(1)LiyCoO2


LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4+O2(g)]+yLiCoO2y<0.4


同時(shí)正極材料在密封的鋰離子電池中分解產(chǎn)生的氧氣由于不存在再化合反應(yīng)(如生成H2O)與電解液分解產(chǎn)生的可燃性氣體同時(shí)積累,后果將不堪設(shè)想。


(2)λ-MnO2


鋰錳反應(yīng)發(fā)生在鋰錳氧化物完全脫鋰的狀態(tài)下:λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)


3、電解液在過充時(shí)氧化反應(yīng)


當(dāng)壓高于4.5V時(shí)電解液就會(huì)氧化生成不溶物(如Li2Co3)和氣體,這些不溶物會(huì)堵塞在電極的微孔里面阻礙鋰離子的遷移而造成循環(huán)過程中容量損失。


影響氧化速率因素:


正極材料表面積大小


集電體材料


所添加的導(dǎo)電劑(炭黑等)


炭黑的種類及表面積大小


在目前較常用電解液中,EC/DMC被認(rèn)為是具有最高的耐氧化能力。溶液的電化學(xué)氧化過程一般表示為:溶液→氧化產(chǎn)物(氣體、溶液及固體物質(zhì))+ne-


任何溶劑的氧化都會(huì)使電解質(zhì)濃度升高,電解液穩(wěn)定性下降,最終影響電池的容量。假設(shè)每次充電時(shí)都消耗一小部分電解液,那么在電池裝配時(shí)就需要更多的電解液。對于恒定的容器來說,這就意味著裝入更少量的活性物質(zhì),這樣會(huì)造成初始容量的下降。此外,若產(chǎn)生固體產(chǎn)物,則會(huì)在電極表面形成鈍化膜,這將引起電池極化增大而降低電池的輸出電壓


2


原因二:電解液分解(還原)


I在電極上分解


1、電解質(zhì)在正極上分解:


電解液由溶劑和支持電解質(zhì)組成,在正極分解后通常形成不溶性產(chǎn)物L(fēng)i2Co3和LiF等,通過阻塞電極的孔隙而降低電池容量,電解液還原反應(yīng)對電池的容量和循環(huán)壽命會(huì)產(chǎn)生不良影響,并且由于還原產(chǎn)生了氣體會(huì)使電池內(nèi)壓升高,從而導(dǎo)致安全問題。


正極分解電壓通常大于4.5V(相對于Li/Li+),所以,它們在正極上不易分解。相反,電解質(zhì)在負(fù)極較易分解。


2、電解質(zhì)在負(fù)極上分解:


電解液在石墨和其它嵌鋰碳負(fù)極上穩(wěn)定性不高,容易反應(yīng)產(chǎn)生不可逆容量。初次充放電時(shí)電解液分解會(huì)在電極表面形成鈍化膜,鈍化膜能將電解液與碳負(fù)極隔開阻止電解液的進(jìn)一步分解。從而維持碳負(fù)極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。理想條件下電解液的還原限制在鈍化膜的形成階段,當(dāng)循環(huán)穩(wěn)定后該過程不再發(fā)生。


鈍化膜的形成


電解質(zhì)鹽的還原參與鈍化膜的形成,有利于鈍化膜的穩(wěn)定化,但是


(1)還原產(chǎn)生的不溶物對溶劑還原生成物會(huì)產(chǎn)生不利影響;


(2)電解質(zhì)鹽還原時(shí)電解液的濃度減小,最終導(dǎo)致電池容量損失(LiPF6還原生成LiF、LixPF5-x、PF3O和PF3);


(3)鈍化膜的形成要消耗鋰離子,這會(huì)導(dǎo)致兩極間容量失衡而造成整個(gè)電池比容量降低。


(4)如果鈍化膜上有裂縫,則溶劑分子能透入,使鈍化膜加厚,這樣不但消耗更多的鋰,而且有可能阻塞碳表面上的微孔,導(dǎo)致鋰無法嵌入和脫出,造成不可逆容量損失。在電解液中加一些無機(jī)添加劑,如CO2,N2O,CO,SO2等,可加速鈍化膜的形成,并能抑制溶劑的共嵌和分解,加入冠醚類有機(jī)添加劑也有同樣的效果,其中以12冠4醚最佳。


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