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百家乐现金网锂离子电池工作原理



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  1 锂离子电池基础知识 锂是锂离子电池的核心,它是最轻的金属元素,金属锂的比重只有水的一半,铝是较轻的 金属,锂的比重只有铝的五分之一。锂的电负性是所有金属中最负的,锂离子的还原电位高达 -3V。根据计算,1 克锂转化为锂离子时所能得到的电荷数为 3860mAh,加之它的大于 3V 的工 作电压,锂作为电池的负极材料当之无愧轻量级的大力士。 早期负极为金属锂的“锂电池”,但金属锂的化学活性太大,充电时产生的枝晶会使电池短 路,目前尚未真正解决其安全问题。经过长期的探索、研究,发现锂可与许多金属形成合金, 其活性要小许多,更奇妙的是锂可以在许多层状结构的物质中可逆地嵌入和脱出。锂以这些材 料为载体就安全多了。 锂离子电池的未来将发展新的正负极材料, 如部分动力电池:负极 LiC+正极 LiMn2O4 锂 聚合物电池。在正、负电极粘结剂、电解质三者中任何一种使用高分子聚合物的锂离子电池就 可以成为锂聚合物电池。现在常见的是使用高分子胶体取代常规液体电解质的锂聚合物电池。 1.1 锂离子电池简介 ? 正极采用锂化合物 LiXCoO2、LiXNiO2 、LiFePO4 或 LiXMnO2 ? 负极采用锂-碳层间化合物 LiXC6。 ? 电解质为溶解有锂盐 LiPF6 、 LiAsF6 等有机溶液。 充电池时,此时正极上的电子从通过外部电路跑到负极上,正锂离子 Li+从正极“跳进”电 解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达负极,与早就跑过来的电子结合在一起。 Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态。 放电有恒流放电和恒阻放电, 恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可 变电阻,恒阻放电的实质都是在电池正负极加一个电阻让电子通过。由此可知,只要负极上的 电子不能从负极跑到正极, 电池就不会放电。 电子和 Li+都是同时行动的, 方向相同但路不同, 放电时,电子从负极经过电子导体跑到正极,锂离子 Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜 上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。 离子电池又称为“摇椅电池”,是指以可供锂离子嵌入脱嵌的物质作为正、负极的二次电 池。 电解质一般采用溶解有锂盐的有机溶液, 根据所用电解质的状态, 可分为液态锂离子电池、 聚合物锂离子电池和全固态锂离子电池。 1.2 锂离子电池的工作原理 (1) 锂离子电池电化学反应机理 一个锂离子电池主要由正极、负极、百家乐现金网电解液及隔膜组成,外加正负极引线,安全阀,PTC(正 温度控制端子),电池壳等。虽然锂离子电池种类繁多,但其工作原理大致相同。充电时,锂 离子从正极材料中脱嵌,经过隔膜和电解液,嵌入到负极材料中,放电以相反过程进行。以典 型的液态锂离子为例,当以石墨为负极材料,以LiCoO2为正极材料时,其充放电原理为: ? 正极反应:LiCoO2== Li1-xCoO2 + xLi+ + xe? 负极反应:6C + xLi+ + xe- == LixC6 ? 电池总反应:LiCoO2 + 6C ==Li1-xCoO2 + LixC6 ? 放电时发生上述反应的逆反应。 充电时,Li+从LiCoO2中发生脱嵌,释放一个电子,C3+被氧化为C4 +,与此同时,Li+经过隔 膜和电解液迁移到负极石墨表面,进而插入到石墨结构中,石墨结构同时得到一个电子,形成 锂—碳层间化合物LixC6,放电时过程则相反,Li+从石墨结构脱插,嵌入到正极LiCoO2中。 (2)锂离子电池的优点 ① 能量密度高,输出功率大。 ② 平均输出电压高(约3.6V),为Ni-Cd、Ni-MH电池的三倍。 ③ 工作温度范围宽,一般能在-20-45℃,期望值为-40-70℃。 ④ 无记忆效应。 ⑤ 可快速充放电,充放电效率高,可达100%。 ⑥ 没有环境污染,称为绿色电池。百家乐现金网。 ⑦ 使用寿命长,可达1200次左右。 (3)锂离子电池结构 ① 正极 正极集流体:铝带(约0.1mm厚) 高温胶带(约0.05mm厚) 正极基体:铝箔(约0.016mm厚) 正极物质:LiFePO4+碳黑+PVDF ② 负极 负极集流体:镍带(约0.07mm厚) 负极基体:铜箔(约0.010mm厚) 负极物质:石墨+CMC+SBR ③ 隔膜: 放置于两极之间,作为隔离电极的装置,藉以避免两极上的活性物质直接接触而造成 电池内部的短路。但隔膜仍需能让带电离子通过,以形成通路。 要求:离子透过度大; 机械性强度适当; 本身为绝缘体; 不与电解液及电极发生反应。 材料:单层 PE(聚乙烯)或者三层复合 PP(聚丙烯)+PE+PP 厚度:单层一般为 0.016~0.020mm 三层一般为 0.020~0.025mm ④ 电解液 性质:无色透明液体,具有较强吸湿性。 应用:主要用于可充电锂离子电池的电解液,只能在干燥环境下使用操作(如 环境水 分小于 20ppm 的手套箱内) 。 规格:溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 (重量比) LiPF6 浓度 1mol/l 质量指标:密度(25℃)g/cm3 1.23±0.03 水分(卡尔费休法) ≤20ppm 游离酸(以 HF 计) ≤50ppm 电导率(25℃) 10.4±0.5 ms/cm 2 锂离子电池生产工艺流程 正极配料 负极配料 压钢珠清洗 常温搁置 分容 正极涂布 正极制片 正极焊片 裁隔膜 正极+隔膜+负极 负极涂布 负极制片 负极焊片 预充 测内阻 测厚度 贴面垫 包装 高温老 化 注电 解液 出货检验 全检、吸尘 烘烤脱 压芯 气 激光焊 一测短路 客户 出货 包底、放绝缘 片、包顶 入 壳 二测短 路 圆柱型锂离子电池的制造工艺流程 正极配料 来料检验 负极配料 负极涂布 负极制片 正极涂布 正极制片 短路检验 隔 膜 卷 绕 入 壳 烘 烤 出 厂 外包装 分 容 化 成 封 口 注液 滚 槽 湿度控制 3 锂离子电池生产用的主要