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鋰離子電池的工作原理和組成結構是怎么樣的?

鋰離子電池的工作原理和組成結構是怎么樣的?

發布人: 發布時間:2022-04-12 瀏覽次數:413

  一、什么是鋰離子電池

  鋰離子電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。由于鋰金屬的化學特性非?;顫?,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對環境要求非常高。隨著科學技術的發展,現在鋰離子電池已經成為了主流,既然鋰離子電池已經發展成為了市場主流,那鋰離子電池的工作原理和組成結構是怎么樣的呢?

鋰離子電池

鋰離子電池

  二、鋰離子電池工作原理

  鋰離子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、自放電率和性能價格比均優于鋰離子電池。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。

  當對鋰離子電池池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,達到負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,當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程),嵌在負極碳層中的鋰離子脫出,又運動回正極?;卣龢O的鋰離子越多,放電容量越高。

  鋰離子電池以碳素材料為負極,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程,就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中,同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌(習慣上正極用嵌入或脫嵌表示,而負極用插入或脫插表示)。在充放電過程中,鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插,被形象地稱為“搖椅電池”。

鋰離子電池工作原理

一般鋰電池充電電流設定在0.2C至1C之間,電流越大,充電越快,同時電池發熱也越大。而且,過大的電流充電,容量不夠滿,因為電池內部的電化學反應需要時間。就跟倒啤酒一樣,倒太快的話會產生泡沫,反而不滿。

  三、鋰離子電池組成結構是怎么樣的?

  鋰離子電池構成重要有正極、負極、非水電解質和隔膜四部分組成。其中,正極、負極包含活性電極物質、導電劑、粘結劑等,均勻涂布于銅箔和鋁箔集流體上。

  1、正極活性物質一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰,鎳鈷錳酸鋰材料,電動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。導電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。

  2、隔膜一種經特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔結構,可以讓鋰離子自由通過,而電子不能通過。

  3、負極活性物質為石墨,或近似石墨結構的碳,導電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。

  4、有機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,也是電池的正負極引出端。

  鋰離子電池的正極電位較高,常為嵌鋰過渡金屬氧化物,或者聚陰離子化合物,如鈷酸鋰、錳酸鋰、三元、磷酸鐵鋰等;鋰離子電池負極物質通常為碳素材料,如石墨和非石墨化碳等;鋰離子電池電解液重要為非水溶液,由有機混合溶劑和鋰鹽構成,其中溶劑多為碳酸之類有機溶劑,鋰鹽多為單價聚陰離子鋰鹽,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、負極物質,防止電子通過引起短路,同時能讓電解液中離子通過的用途。

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