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电池知识

极化是怎么来的呢?影响极化程度的因素有哪些?

来源:宝鄂实业    2019-05-04 20:42    点击量:

电阻表示一个电路元件对电流传递的阻碍程度的大小。单位是欧姆。

 

那么极化是怎么来的呢?

 

电池放电时所有这些能量都不能完全转化为电能,电化学反应总是伴随着能量的损失,这些能量损失包括:

1)活化极化--它引起电极表面的电化学反应 

2)浓差极化--它是由于电极表面和体相中反应物和产物浓度的不同而产生的,是物质传递的结果。极化的存在消耗了部分能量,并以热的形式放出。

 

 

极化

 

电池在充放电过程中是存在极化的,通常可将锂离子电池极化分为欧姆极化、电化学极化和浓差极化三类。几类极化各自的响应速度也不一样。影响极化程度的因素很多,但一般情况下充放电电流密度越大,极化也就越大。

 

以下分类解释一下:

 

(1)欧姆极化


 顾名思义,有锂离子电池的欧姆内阻引起的极化,叫欧姆极化,也成电阻极化。电池的欧姆内阻(R)由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成(有些解释还把膜电阻也算上),通过一定的电流时,其极化电势可以计算,E=IR(欧)。


欧姆极化是瞬时发生的。


 (2)电化学极化

 

指由于正、负极上电化学反应速度小于电子运动速度而造成的极化。

 

电化学极化一般认为是微秒级的

(3)浓差极化


指由于参与反应的锂离子在固相中的扩散速度小于电化学反应速度而造成的极化。


浓差极化一般认为是秒级的。

 

 

锂电池内阻的组成

 

广义而言,和欧姆电阻(IR)一样,活化极化和浓差极化都可以理解成电池内阻的组成因素,或者说成是活化阻抗和浓差阻抗。活化极化和浓差极化的大小需要建立复杂的数学模型加以计算。

内部阻抗由以下几部分组成

 

☆ 离子电阻

①隔膜内部的电解液

影响因素

电解液电导率,隔膜面积、厚度、孔隙率、曲折系数(Gurley)

 

②正极内部的电解液

影响因素

电解液电导率,正极厚度、厚度、孔隙率、曲折系数

 

③负极内部的电解液

影响因素

电解液电导率,正极厚度、厚度、孔隙率、曲折系数

 

☆ 电子电阻

①两个电极的活性物质

影响因素

电极电导率、厚度、面积

 

②集流体(铜箔和铝箔)

影响因素

集流体厚度、宽度、长度,极耳数量、位置

 

③引线(极耳、极柱、内部导电连接元件)

影响因素

1锂离子电池铝塑膜的作用

 

铝塑膜是锂离子电池五大材料之一,是软包锂电池封装材料。铝塑膜由外层尼龙层/粘合剂/中间层铝箔/粘合剂/内层热封层,共五层组成,每层功能要求都比较高。

 

2锂离子电池对铝塑膜的要求

 

铝塑膜的阻隔能力、耐穿刺能力、电解液稳定性、耐高温性和绝缘性影响着锂离子电池的使用性能。任何一个方面有所缺失,都有可能导致电池性能下降,直接报废。铝塑膜采用精密涂布技术生产,目前,日本企业具有世界上最先进的精密涂布技术。

 

 

3锂离子电池铝塑膜工艺

 

干法和热法工艺是铝塑膜主要采用的生产工艺。干法工艺是铝和聚丙烯用粘合剂粘结后直接压合而成,热法工艺是铝和聚丙烯之间用MPP接着,在缓慢升温升压热压合而成。

 

干法生产的铝塑膜薄,外观好,具有优良的深冲性能和防短路性能,且工艺简单、成本低,然而与热法相比,耐电解液和抗水性能较差;热法的优点在耐电解液和抗水性能好,但是深冲成型性能、防短路性能不如干法,外观和裁切性差。

 

 

4全球锂离子电池铝塑膜企业

 

在软包锂电池中铝塑膜起到关键的作用,一般占到电芯成本的15-20%左右。然而国内由于技术的不足,铝塑膜市场占比非常少,占比不足5%。目前国内铝塑膜市场90%份额被日本厂商垄断,主要是DNP(大日本印刷)、昭和电工和T&T占据。

铝塑膜作为尚未实现国产化的锂电材料,其毛利率高达60-80%。据估计,目前铝塑膜全球市场空间仅为数十亿元,随着下游需求放量,行业增速有望超过40%,潜在市场规模将达百亿级别。

 

 

5我国锂离子电池铝塑膜差距

 

作为软包电池的核心材料,铝塑膜的生产技术难度远高于隔膜、正极、负极、电解液,是锂电池行业内三大高技术之一。从产品性能上看,我国铝塑膜产品与国外产品存在较大差距,主要表现在:铝箔表面处理工艺落后、污染大;铝箔的水处理会产生“氢脆”,导致铝塑膜耐拆度差;铝箔表面挺度不够,良品率差;聚丙烯与高导热的铝箔表面复合时易卷曲,产生层状结晶;国内胶粘剂配方工艺较差,易出现分层剥离问题。

 

 

由于这些生产工艺技术的不足,我国生产的铝塑膜产品冲深最大在5mm左右,始终无法达到良好的性能要求。而国外可达到8mm,有的甚至达到12mm,总体与国外产品还有一定差距;厚度方面,国内铝塑膜最薄只能做到70μm,量产的有112、88和72μm,而日本铝塑膜最薄可以做到40μm,65和48μm的也实现量产。

 

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