锂电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑都使用锂离子电池,也就是俗称的锂电池。而真正的锂电池因为风险大,很少用在日常电子产品中。
锂离子电池是一种可充电电池,主要依靠锂离子在正极和负极之间的运动。在充放电过程中,Li在两个电极之间来回嵌入和脱出:电池充电时,Li从正极脱出,通过电解液嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。一般以含锂材料为电极的电池是现代高性能电池的代表。
锂离子电池的工作原理
锂离子电池以碳材料为负极,含锂化合物为正极。没有金属锂,只有锂离子。这是锂离子电池。锂离子电池是以锂离子嵌入化合物为正极材料的电池的总称。锂离子电池的充放电过程就是锂离子的嵌入和脱出过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,伴随着相当于锂离子的电子的嵌入和脱嵌(传统上正极用嵌入或脱嵌表示,负极用嵌入或脱嵌表示)。锂离子在充放电的过程中,在正负极之间来回的嵌入/脱嵌,形象的称为摇椅电池。
当电池充电时,锂离子在电池的正极生成,生成的锂离子通过电解液向负极移动。作为负电极,碳具有层状结构,并且它具有许多微孔。到达负极的锂离子嵌入碳层的微孔中。嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当电池放电时(即电池使用的过程),嵌在负极碳层中的锂离子出来,移回正极。返回正极的锂离子越多,放电容量越高。
锂电池的充电电流一般设定在0.2C之间。电流越大,充电越快,电池产生的热量越大。而且电流充电过大会导致容量不满,因为电池内部的电化学反应需要时间。就像倒啤酒一样,倒的太快会产生泡沫,反而会不满。
对于电池来说,正常使用就是放电的过程。
锂电池放电时应注意几点:
第一,放电电流不能太大。电流过大会造成电池内部发热,可能造成永久性损坏。在手机上,这个没问题,可以忽略。
第二,千万不要过度放电!锂电池最怕过度放电。一旦放电电压低于2.7V,电池很可能报废。幸运的是,手机电池内部已经安装了保护电路。在电压低到足以损坏电池之前,保护电路就会工作,停止放电。从图中可以看出,电池的放电电流越大,放电容量越小,电压下降越快。
锂离子电池结构
正极:活性物质、导电剂、溶剂、粘合剂和基质。
电池放电时从外电路获得电子的电极,此时电极发生还原反应。通常是高电位的电极。锂离子电池中钴酸锂和锰酸锂电极。
负极:活性材料(石墨,MCMB,CMS),粘合剂,溶剂,基质。
电池放电时将电子输送到外部电路的电极,此时电极发生氧化反应。通常电位较低的电极,锂离子电池中的石墨电极。
缺乏相互理解
隔膜放在两极之间,作为隔离电极的装置,以避免tw上的活性物质直接接触造成电池短路
目前锂电池批量使用的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、锰酸钴镍锂和磷酸亚铁锂。
锂镍酸电池安全性最差(过充容易着火),耐高温能力最低(高温分解),合成难度最高。
钴酸锂最早商业化,至今技术已经非常成熟。它已广泛应用于小型低功耗便携式电子产品,如手机、笔记本电脑和数码电子产品。
作为磷酸亚铁锂锂离子电池的正极材料,具有良好的电化学性能,充放电平台稳定,充放电过程中结构稳定。同时,该材料具有无毒、无污染、安全性能好、可在高温环境下使用、原料来源广泛等优点。是电池行业的热点。
负极材料
负极材料在锂电池成本中占比很低,主要包括碳负极材料和非碳负极材料。
碳负极材料:被商用锂离子电池广泛使用。
优点:安全、循环寿命长、价格低廉、无毒。
缺点:能量的质量比比较低。
非碳负极材料:锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物、纳米合金材料按成分分。
优点:体积能量密度高。
缺点:循环稳定性差,不可逆容量大,制备成本高,尚未工业化。
为了提高未来负极材料的容量和循环稳定性,碳材料将与各种高容量非碳负极材料复合,开发高容量非碳复合负极材料。
隔膜材料
面向市场的隔膜材料主要是以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为主的聚烯烃隔膜,其中PE产品主要采用湿法工艺,PP产品主要采用干法工艺。
聚乙烯产品与聚丙烯产品的特性比较:
1、PP相对更耐高温,PE相对耐低温;
2、PP密度比PE低;
3、PP的熔点和闭孔温度比PE高;
4、PP产品比PE更脆;
5、PE对环境压力更敏感。
主要隔膜材料有单层PP、单层PE、PP陶瓷涂层、PE陶瓷涂层、双层PP/PE、双层PP/PP、三层PP/PE/PP等。前两类产品主要用于3C小型电池,后两类产品主要用于动力锂电池。
在动力锂电池隔膜材料中,双层PP/PP隔膜材料主要由中国企业生产,在中国大陆使用。这主要是因为目前我国企业还没有将PP和PE做成双层复合膜的技术和能力。全球汽车锂电池使用的隔膜主要是三层PP/PE/PP、两层PP/PE、PP陶瓷涂层、PE陶瓷涂层等隔膜材料。与此同时,其他新的隔膜材料不断涌现并开始应用。但由于数量少,价格高,主要用于动力锂电池制造领域。这些产品主要包括:聚酯薄膜(PET、聚酯对苯二甲酸酯)、纤维素薄膜、聚酰亚胺薄膜(PI)、聚酰胺薄膜(PA)、氨纶或芳纶薄膜等。这些隔膜具有耐高温、低温输出、充电循环寿命长和机械强度适中的优点。总的来说,锂电池隔膜产品呈现出明显的多元化发展趋势。
浴液
锂离子电解质材料注重高安全性和高环境适应性。主要发展将集中在:新型溶剂(拓宽工作温度范围)、离子液体、新型锂盐(提高环境适应性)、添加剂(阻燃剂、氧化还原对、保护正负电极的成膜等。),等等。将与新型正负极材料匹配,提高安全性、功率和容量,最终安全便捷地应用于电动汽车、储能、航空航天等。
锂离子电池的制造工艺
锂离子电池生产的主要设备
行星混合器
使用方法:将各种电池材料均匀搅拌成浆料。
电极涂布机
使用方法:将搅拌好的浆料均匀涂在金属箔上。涂层
用途:将制成的极片卷绕成电池。
手套箱
目的:确保电解液和卷芯一起包装在低湿度环境中。
液体注射机
用途:保证高精度流化,将电解液真空注入电池包装材料。
化学测试设备
使用方法:将准备好的电池充电激活产生电压,同时测试电池的容量。
标签:电池材料隔膜