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鋰離子電池工作原理及組成結(jié)構(gòu)介紹

來(lái)源:存能電氣  日期:2019-05-09 08:54  瀏覽量:

  鋰離子電池工作原理及組成結(jié)構(gòu)介紹。鋰離子電池是一種充電電池,它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中,Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌:充電池時(shí),Li+從正極脫嵌,經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池。是現(xiàn)代高性能電池的代表。

鋰離子電池.jpg

  鋰離子電池工作原理

  鋰離子電池,是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對(duì)環(huán)境要求非常高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。

  鋰電池大致可分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰,并且是可以充電的。其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。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。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),鋰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)極的鋰離子電池就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。

  鋰離子電池組成結(jié)構(gòu)有哪些?

  鋰離子電池構(gòu)成主要有正極、負(fù)極、非水電解質(zhì)和隔膜四部分組成。其中,正極、負(fù)極包含活性電極物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等,均勻涂布于銅箔和鋁箔集流體上。

  1.正極—活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰,鎳鈷錳酸鋰材料,電動(dòng)自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰或者三元+少量錳酸鋰,純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導(dǎo)電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。

  2.隔膜一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔結(jié)構(gòu),可以讓鋰離子自由通過(guò),而電子不能通過(guò)。

  3.負(fù)極—活性物質(zhì)為石墨,或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳,導(dǎo)電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。

  4.有機(jī)電解液—溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑,聚合物的則使用凝膠狀電解液。

  5.電池外殼—分為鋼殼、鋁殼、鍍鎳鐵殼)、鋁塑膜等,還有電池的蓋帽,也是電池的正負(fù)極引出端。

  鋰離子電池的正極電位較高,常為嵌鋰過(guò)渡金屬氧化物,或者聚陰離子化合物,如鈷酸鋰、錳酸鋰、三元、磷酸鐵鋰等;鋰離子電池負(fù)極物質(zhì)通常為碳素材料,如石墨和非石墨化碳等;鋰離子電池電解液主要為非水溶液,由有機(jī)混合溶劑和鋰鹽構(gòu)成,其中溶劑多為碳酸之類有機(jī)溶劑,鋰鹽多為單價(jià)聚陰離子鋰鹽,如六氟磷酸鋰等;鋰離子電池隔膜多為聚乙烯、聚丙稀微孔膜,起到隔離正、負(fù)極物質(zhì),防止電子通過(guò)引起短路,同時(shí)能讓電解液中離子通過(guò)的作用。

  隨著鋰離子電池在人們的日常生活及軍工業(yè)中的廣泛應(yīng)用,眾多高校、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)都在致力于鋰離子電池新技術(shù)的研發(fā),也許在不久的將來(lái)更安全、容量更高。

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