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簡介鋰離子電池包的基本結構和原理

鉅大LARGE  |  點擊量:166次  |  2020年11月28日  

摘要
鋰電池主要材料構成:正極材料、負極材料、電解液、隔膜(隔離材料)電池簡易結構正極從電池重量構成上來看,正極材料占有較大比例(一般在70%~80%),因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能,其成本

鋰離子電池重要材料構成:正極材料、負極材料、電解液、隔膜(隔離材料)


電池簡易結構


正極


從電池重量構成上來看,正極材料占有較大比例(一般在70%~80%),因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能,其成本也直接決定電池成本高低。正極材料占鋰離子電池成本30%~40%,也直接影響鋰離子電池包的能量密度和性能。


負極


負極材料是由相關于正極電勢更低的材料構成,并具有高比容量和較好的充放電可逆性,從而在嵌鋰的過程中保持良好的尺寸和機械穩定性(不發生嚴重變形)。負極材料重要影響鋰離子電池的效率、循環性能等,負極材料的性能也直接影響鋰離子電池的性能,負極材料占鋰離子電池總成本10~20%左右。負極材料種類上,包括碳系負極、非碳性負極。


電解液


電解液在正極與負極之間起到運輸電荷的用途(類似與無線電中的載波),具有較高的離子電導率,一般應達到1x10-3~2x10-2S/cm。它影響著鋰離子電池包的能量密度、寬溫應用、循環壽命、功率密度、安全性能等因素。


隔膜


隔膜有一定的孔徑和孔隙率,保證低的電阻和高的離子電導率,對鋰離子有很好的透過性,對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力,保持離子導電性,同時具有電子絕緣性,保證正負極的機械隔離,此外應有足夠的穿刺強度、拉伸強度等力學性能及耐電解液腐蝕性和足夠的電化學穩定性。動力鋰電池對隔膜的要求更高,通常采用復合膜。


鋰離子電池工作原理:


鋰離子電池是一種充電電池,重要依靠鋰離子在正極與負極之間的往返嵌入和脫嵌來工作,實現能量的存儲和釋放。


1、充電過程


在電場的驅動下鋰離子從正極晶格中脫出,經過電解質,嵌入到負極晶格中。


電壓低于3V,要先進行預充電,充電電流為設定電流的1/10,電壓升到3V后,進入標準充電過程。標準充電過程為:以設定電流進行恒流充電,電池電壓升到4.20V時,改為恒壓充電,保持充電電壓為4.20V。此時,充電電流逐漸下降,當電流下降至設定充電電流的1/10時,充電結束。這是一般的鋰離子電池充電的一個過程,假如鋰離子電池存在于智能設備中,它的充電模式將會受到智能設備軟件的控制。


2、放電過程


放電過程正好與充電過程相反,鋰離子在電場用途下返回正極,電子通過外電路到達正極與鋰離子復合。電池放電,此時負極上的電子e從通過外部電路跑到正極上,正鋰離子Li+從負極跳進電解液里,爬過隔膜上彎彎曲曲的小洞,游泳到達正極,與早就跑過來的電子結合在一起。


通過了解鋰離子電池的充放電過程,我們可以從微觀上理解,電池的容量其實就是電池所包含電荷的量。電流越大,放電速度越快,電池使用的時間就越短。



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