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锂离子电池原理
发布日期:2011-7-18  来源:中华电池网  阅读次数:2986  【  】 【打印
  锂离子电池的主要构成
(1)电池盖
(2)正极----活性物质为氧化钴锂
(3)隔膜----一种特殊的复合膜
(4)负极----活性物质为碳
(5)有机电解液
(6)电池壳

  锂离子电池的优越性能
  我们经常说的锂离子电池的优越性是针对于传统的镍镉电池(Ni/Cd)和镍氢电池(Ni/MH)来讲的。那么,锂离子电池究竟好在哪里呢?
(1)工作电压高
(2)比能量大
(3)循环寿命长
(4)自放电率低
(5)无记忆效应
(6)无污染

  以下是镍镉、镍氢、锂离子电池性能的对比:
技术参数镍镉电池镍氢电池锂离子电池
工作电压(V)1.21.23.6
重量比能量(Wh/Kg)5065105-140
体积比能量(Wh/l)150200300
充放电寿命(次)5005001000
自放电率(%/月)25-3030-356-9
有无记忆效应有有无
有无污染有无无
(注:充电速率均为1C)

  锂离子电池的工作原理
大家都已知道,锂离子电池的正极材料是氧化钴锂,负极是碳。
锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。

  同样道理,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回到正极。回到正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。

  不难看出,在锂离子电池的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象优秀的运动健将,在摇椅的两端来回奔跑。所以,专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。

  锂离子电池的组装过程
锂离子电池的工艺技术非常严格、复杂,这里只能简单介绍一下其中的几个主要工序。
(1)制浆
用专门的溶剂和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合,经高速搅拌均匀后,制成浆状的正负极物质。
(2)涂膜
将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面,烘干,分别制成正负极极片。
(3)装配
按正极片--隔膜--负极片--隔膜自上而下的顺序放好,经卷绕制成电池极芯,再经注入电解液、封口等工艺过程,即完成电池的装配过程,制成成品电池。
(4)化成
用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试,对每一只电池都进行检测,筛选出合格的成品电池,待出厂。
锂离子电池的安全特性
锂离子电池已非常广泛的应用于人们的日常生活中,所以它的安全性能绝对应该是锂离子电池的第一项考核指标。对于锂离子电池安全性能的考核指标,国际上规定了非常严格的标准,一只合格的锂离子电池在安全性能上应该满足以下条件。
(1)短路:不起火,不爆炸
(2)过充电:不起火,不爆炸
(3)热箱试验:不起火,不爆炸(150℃恒温10min)
(4)针剌:不爆炸(用Ф3mm钉穿透电池)
(5)平板冲击:不起火,不爆炸(10kg重物自1M高处砸向电池)
(6)焚烧:不爆炸(煤气火焰烧烤电池)

  锂离子电池安全特性是如何实现的?
为了确保锂离子电池安全可靠的使用,专家们进行了非常严格、周密的电池安全设计,以达到电池安全考核指标。
(1)隔膜135℃自动关断保护
采用国际先进的Celgard2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120℃的情况下,复合膜两侧的PE膜孔闭合,电池内阻增大,电池内部升温减缓,电池升温达到135℃时,PP膜孔闭合,电池内部断路,电池不再升温,确保电池安全可靠。
(2)向电液中加入添加剂
在电池过充,电池电压高于4.2v的条件下,电液添加剂与电液中其他物质聚合,电池内阻大副增加,电池内部形成大面积断路,电池不再升温。
(3)电池盖复合结构
电池盖采用刻痕防爆结构,电池升温时,电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀,电池内压加大,压力达到一定程度刻痕破裂、放气。
(4)各种环境滥用试验
进行各项滥用试验,如外部短路、过充、针刺、平板冲击、焚烧等,考察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击试验和振动、跌落、冲击等力学性能试验,考察电池在实际使用环境下的性能情况。
锂离子电池是一种新型绿色环保电池

  “爱护环境,保护地球”是我们每一个人义不容辞的责任。如何把我们的环境理念在行动上反应出来呢? 作为电池消费者,应该购买、使用新型绿色环保电池;作为电池制造商,应该生产新型绿色环保电池。只有经过大家的共同努力,才能创建、保护我们美丽和谐的自然环境。

  新型绿色环保电池是指近年来已投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染的电池。目前已经大量使用的锂离子电池、金属氢化物镍电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰电池以及正在研制开发的锂或锂离子塑料电池、燃料电池、电化学贮能超级电容器都属于新型绿色环保电池的范畴。此外,目前已广泛应用的利用太阳能进行光电转换的太阳电池(又称光伏发电),也属于这一范畴。


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