鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1775次 | 2018年06月05日
鋰電池工作原理及組裝過(guò)程
鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極,以含鋰的化合物作正極,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過(guò)程,就是鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程中,同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌(習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示,而負(fù)極用插入或脫插表示)。在充放電過(guò)程中,鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插,被形象地稱為“搖椅電池”。
鋰離子電池能量密度大,平均輸出電壓高。自放電小,每月在10%以下。沒有記憶效應(yīng)。工作溫度范圍寬為-20℃~60℃。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電、充電效率高達(dá)100%,而且輸出功率大。使用壽命長(zhǎng)。沒有環(huán)境污染,被稱為綠色電池。
作用機(jī)理
鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極,以含鋰的化合物作正極,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子,這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過(guò)程,就是鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程中,同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌(習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示,而負(fù)極用插入或脫插表示)。在充放電過(guò)程中,鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插,被形象地稱為“搖椅電池”。
當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí),電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。同樣,當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)(即我們使用電池的過(guò)程),嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出,又運(yùn)動(dòng)回正極?;卣龢O的鋰離子越多,放電容量越高。
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%
一般鋰電池充電電流設(shè)定在0.2C至1C之間,電流越大,充電越快,同時(shí)電池發(fā)熱也越大。而且,過(guò)大的電流充電,容量不夠滿,因?yàn)殡姵貎?nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)需要時(shí)間。就跟倒啤酒一樣,倒太快的話會(huì)產(chǎn)生泡沫,反而不滿。
使用(放電)注意事項(xiàng)
對(duì)電池來(lái)說(shuō),正常使用就是放電的過(guò)程。鋰電池放電需要注意幾點(diǎn):
第一,放電電流不能過(guò)大,過(guò)大的電流導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱,有可能會(huì)造成永久性的損害。在手機(jī)上,這個(gè)倒是沒有問(wèn)題的,可以不考慮。
從右圖上可以看出,電池放電電流越大,放電容量越小,電壓下降更快。
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(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
第二,絕對(duì)不能過(guò)放電!鋰電池內(nèi)部存儲(chǔ)電能是靠電化學(xué)一種可逆的化學(xué)變化實(shí)現(xiàn)的,過(guò)度的放電會(huì)導(dǎo)致這種化學(xué)變化有不可逆的反應(yīng)發(fā)生,因此鋰電池最怕過(guò)放電,一旦放電電壓低于2.7V,將可能導(dǎo)致電池報(bào)廢。好在手機(jī)電池內(nèi)部都已經(jīng)裝了保護(hù)電路,電壓還沒低到損壞電池的程度,保護(hù)電路就會(huì)起作用,停止放電。
鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí),電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。
同樣道理,當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)(即我們使用電池的過(guò)程),嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出,又運(yùn)動(dòng)回到正極?;氐秸龢O的鋰離子越多,放電容量越高。我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。
不難看出,在鋰離子電池的充放電過(guò)程中,鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅,搖椅的兩端為電池的兩極,而鋰離子就象優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將,在搖椅的兩端來(lái)回奔跑。所以,專家們又給了鋰離子電池一個(gè)可愛的名字搖椅式電池。
制漿:
用專門的溶劑和粘接劑分別與粉末狀的正負(fù)極活性物質(zhì)混合,經(jīng)高速攪拌均勻后,制成漿狀的正負(fù)極物質(zhì)。
鋰電池工作原理及組裝過(guò)程
2
涂膜:
將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面,烘干,分別制成正負(fù)極極片。
鋰電池工作原理及組裝過(guò)程
3
裝配:
按正極片--隔膜--負(fù)極片--隔膜自上而下的順序放好,經(jīng)卷繞制成電池極芯,再經(jīng)注入電解液、封口等工藝過(guò)程,即完成電池的裝配過(guò)程,制成成品電池。
4
化成:
用專用的電池充放電設(shè)備對(duì)成品電池進(jìn)行充放電測(cè)試,對(duì)每一只電池都進(jìn)行檢測(cè),篩選出合格的成品電池,待出廠。
END
注意事項(xiàng)
鋰離子電池的工藝技術(shù)非常嚴(yán)格、復(fù)雜,這里只是簡(jiǎn)單介紹!
電極由它的極性又分為正極材料和負(fù)極材料。*常見的負(fù)極材料為石墨;正極材料種類則比較多。
?。?)電解液可以分為兩類:一類是酸、堿、鹽的水溶液;另一類是有機(jī)電解質(zhì)溶液。電解液是正負(fù)電極傳遞鋰離子的載體,因此它決定了電池的容量、循環(huán)效率、倍率、高低溫放電、高溫貯存、壽命和安全性等性能[23,24]。有機(jī)電解液一般有以下物質(zhì)組成:溶劑、電解質(zhì)鋰鹽和添加劑。常用的有機(jī)溶劑有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯,不同的溶劑對(duì)電池的各項(xiàng)性能影響很大。如介電常數(shù)大的溶劑能降低鋰離子之間的引力,充分自由化鋰離子;溶劑閃點(diǎn)決定了鋰離子的*工作溫度[25,26]。鋰離子鹽是提供鋰離子的物質(zhì),它主要有無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)鹽兩個(gè)系列。添加劑是能顯著改善鋰離子性能的一種物質(zhì)。如成膜添加劑能阻止溶劑對(duì)電極的破壞,提高電極的嵌鋰和脫鋰的容量和循環(huán)壽命。除此之外還有防過(guò)充添加劑、導(dǎo)電率添加劑、阻燃添加劑等。
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