鋰電池原理及工藝流程.doc

鋰電池原理及工藝流程本文由hyc121212貢獻(xiàn) doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 1 鋰離子電池原理及工藝流程 一、 原理 1.0 正極構(gòu)造 LiCoO2(鈷酸鋰)+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+粘合劑(PVDF)+集流體（鋁箔） 正極 2.0 負(fù)極構(gòu)造 石墨+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+ 集流體（銅箔） 負(fù)極 3.0 工作原理 3.1 充電過程 如上圖一個(gè)電源給電池充電,此時(shí)正極上的電子 e 從通過外部電路跑到負(fù)極上,正鋰離子 Li+ 從正極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過來的 電子結(jié)合在一起。 正極上發(fā)生的反應(yīng)為 LiCoO2=充電=Li1-xCoO2+Xli+Xe(電子) 負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為 6C+XLi+Xe=LixC6 3.2 電池放電過程 放電有恒流放電和恒阻放電， 恒流放電其實(shí)是在外電路加一個(gè)可以隨電壓變化而變化的可變 電阻，恒阻放電的實(shí)質(zhì)都是在電池正負(fù)極加一個(gè)電阻讓電子通過。由此可知，只要負(fù)極上的 電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會(huì)放電。電子和 Li+都是同時(shí)行動(dòng)的，方向相同但路不 同， 放電時(shí)， 電子從負(fù)極經(jīng)過電子導(dǎo)體跑到正極， 鋰離子 Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里， “爬過” 隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。 二、 工藝流程 1、 基本工作原理 1） 、正極反應(yīng)： LiCoO2 = Li1-xCoO2 + x Li+ + xe2） 、負(fù)極反應(yīng)： 6C + x Li+ + xe- = LixC6 3） 、電池反應(yīng)：LiCoO2 + 6C = Li1-xCoO2 + LixC6 4） 、電池的電動(dòng)勢(shì)： （1） 、定義：在沒有電流的情況下，電池正、負(fù)極兩端的電位差。 （2） 、影響因素：由電極材料決定，不受其它任何輔助材料影響。 2、 電壓特性 1） 、開路電壓：用電壓表直接測(cè)量的正、負(fù)極兩端的電壓。 E=VIR 2） 、工作電壓范圍：2.75 4.2 volt。 3） 、額定電壓：3.6 volt。 4） 、平均工作電壓: 3.72 volt。 5） 、影響電壓特性的基本因素 2 （1） 、電極材料； 、電極配方； 、電池設(shè)計(jì)； （2） （3） 3、 工作電流： 1） 、電極的極化：由于電池電極上有電流通過，導(dǎo)致電極電位偏離平衡狀態(tài)。 a、歐姆極化：電池材料的電阻影響。 b、電化學(xué)極化：得失電子的難易，導(dǎo)致電極電位偏離平衡狀態(tài)。 c、濃差極化：由于離子遷移速度慢，導(dǎo)致電極電位偏離平衡狀態(tài)。 2） 、極化與電流的關(guān)系：ie ir ic 2） 、工作電流的確定： ic； 2-3 mA/cm2； 3） 、影響工作電流的因素 （1） 、電極配方，導(dǎo)電材料性能、用量、粘合劑用量。 （2） 、極片的面積； （3） 、極片壓實(shí)密度； （4） 、鈍化膜的厚度； 化學(xué)電源在實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換過程中，必須具有兩個(gè)必要的條件： 化學(xué)電源在實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換過程中，必須具有兩個(gè)必要的條件： 一. 組成化學(xué)電源的兩個(gè)電極上進(jìn)行的氧化還原過程，必須分別在兩個(gè)分開的區(qū)域進(jìn)行，這 一點(diǎn)區(qū)別于一般的氧化還原反應(yīng)。 二. 兩電極的活性物質(zhì)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)時(shí)所需電子必須由外線路傳遞，這一點(diǎn)區(qū)別于金屬 腐蝕過程的微電池反應(yīng)。 為了滿足以上的條件，任何一種化學(xué)電源均由以下四部分組成： 1、 電極電池的核心部分，它是由活性物質(zhì)和導(dǎo)電骨架所組成。活性物質(zhì)是指正、負(fù)極中參 加成流反應(yīng)的物質(zhì)，是化學(xué)電源產(chǎn)生電能的源泉，是決定化學(xué)電源基本特性的重要部分。對(duì) 活性物質(zhì)的要求是： 1） 組成電池的電動(dòng)勢(shì)高； 2） 電化學(xué)活性高，即自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)的能力強(qiáng)； 3） 重量比容量和體積比容量大； 4） 在電解液中的化學(xué)穩(wěn)定性高； 5） 具有高的電子導(dǎo)電性； 6） 資源豐富，價(jià)格便宜。 2、 電解質(zhì)電池的主要組成之一，在電池內(nèi)部擔(dān)負(fù)著傳遞正負(fù)極之間電荷的作用，所以勢(shì)一 些具有高離子導(dǎo)電性的物質(zhì)。對(duì)電解質(zhì)的要求是： 1） 穩(wěn)定性強(qiáng)，因?yàn)殡娊赓|(zhì)長(zhǎng)期保存在電池內(nèi)部，所以必須具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，使儲(chǔ)藏期 間電解質(zhì)與活性物質(zhì)界面的電化學(xué)反應(yīng)速率小，從而使電池的自放電容量損失減??； 2） 比電導(dǎo)高，溶液的歐姆壓降小，使電池的放電特性得以改善。對(duì)于固體電解質(zhì)，則要求 它只具有離子導(dǎo)電性，而不具有電子導(dǎo)電性。 3、 隔膜也叫隔離物。置于電池兩極之間。隔膜的形狀有薄膜、板材、棒材等。其作用是防 止正負(fù)極活性物質(zhì)直接接觸，造成電池內(nèi)部短路。對(duì)于隔膜的要求是： 1） 在電解液中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和一定的機(jī)械強(qiáng)度，并能承受電極活性物質(zhì)的氧化還 原作用； 2） 離子通過隔膜的能力要大，也就是說隔膜對(duì)電解質(zhì)離子運(yùn)動(dòng)的阻力要小。這樣，電池內(nèi) 阻就相應(yīng)減小，電池在大電流放電時(shí)的能量損耗減??； 3） 應(yīng)是電子的良好絕緣體，并能阻擋從電極上脫落活性物質(zhì)微粒和枝晶的生長(zhǎng)； 4） 材料來源豐富，價(jià)格低廉。常用的隔膜材料有棉紙、微孔橡膠、微孔塑料、玻璃纖維、 水化纖維素、接枝膜、尼龍、石棉等?？筛鶕?jù)化學(xué)電源不同系列的要求而選取。 3 鋰離子電池對(duì)使用條件的要求也比較特殊，它要求將電壓控制在 2.54.2V/單體。如果 使用時(shí)電壓太低，會(huì)降低電池的使用壽命，充電時(shí)電壓過高可能會(huì)引起爆裂。所以鋰離子電 池不能單獨(dú)使用， 必須配上電子保護(hù)線路以保證它工作在允許的范圍之內(nèi)， 這樣才能保證鋰 離子電池的安全性并有效的延長(zhǎng)使用壽命。 由于鋰離子電池的特殊性，它對(duì)充電器的要求 也相當(dāng)高，鋰離子電池最理想的充電方式為恒流恒壓方式，先以恒流充電至 4.2V/單體，然 后轉(zhuǎn)為恒壓充電。 當(dāng)電流小到一定程度后充電結(jié)束。 鋰離子電池對(duì)充電器的電壓精度要求較 高。電壓少于額定（4.2V）0.1V 就會(huì)導(dǎo)致充電不足，約少充 15%左右的電量。電壓超過額 定（4.2V）0.1V 又會(huì)引起過充，影響電池的安全性能。 A.鋰離子電池的主要構(gòu)成 （） 電池蓋 （） 正極活性物質(zhì)為氧化鈷鋰 （） 隔膜一種特殊的復(fù)合膜 （） 負(fù)極活性物質(zhì)為碳 （） 有機(jī)電解液 （） 電池殼 . 鋰離子電池的優(yōu)越性能 我們經(jīng)常說的鋰離子電池的優(yōu)越性是針對(duì)于傳統(tǒng)的鎘鎳電池（Ni/cd)和氫鎳電池（Ni/cd) 來講的。那么，鋰離子電池究竟好在哪里呢？ （）工作電壓高 （）比能量大 （）循環(huán)壽命長(zhǎng) （）自放電率低 （）無 記憶效應(yīng)（）無污染 .鋰動(dòng)力電池的組裝過程 鋰動(dòng)力電池的工藝及技術(shù)要求非常嚴(yán)格、 復(fù)雜， 這里只能簡(jiǎn)單介紹一下其中的幾個(gè)主要工 序。 （） 制漿 用專門的溶劑和粘貼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)。 （） 涂膜 將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面，烘干，分別制成正極極片和負(fù)極極片。 （） 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、封口等工藝過程，即完成電池的裝配過程，制成成品電池。 （） 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。 . 鋰離子電池的安全特性 鋰動(dòng)力電池已非常廣泛地應(yīng)用于人們的日常生活中， 所以它的安全性能絕對(duì)應(yīng)該是鋰離子 電池的第一項(xiàng)考核指標(biāo)。 對(duì)于鋰動(dòng)力電池安全性能的考核指標(biāo)， 國(guó)際上規(guī)定了非常嚴(yán)格的標(biāo) 準(zhǔn)，一只合格的鋰離子電池在安全性能上應(yīng)該滿足以下條件。 （） 短路：不起火，不爆炸； （） 過充電：不起火，不爆炸 （） 熱箱試驗(yàn)：不起火，不爆炸（150恒溫 10min） （） 針刺：不爆炸（用直徑mm 釘穿透電池） 4 （） 平板沖擊：不起火，不爆炸（10kg 重物自米高處砸向電池） （） 焚燒：不爆炸（煤氣火焰燒烤電池） . 鋰離子電池是一種新型綠色環(huán)保電池 新型綠色環(huán)保電池是指近年來已