对于单体锂电池来说,主要的安全危险来自哪里?
对于单体锂电池来说,主要的安全危险来自于充电和放电过程,同时还有适宜的环境温度设计,为了有效地避免不必要的损失,对单体锂电池一般会有三重保护措施。
一是采用开关元件:这要求控制系统应设置极限电阻值,当电池内的温度升高时,电阻会随之升高,当升到一定程度后,到达电阻值的极限。这时,温度也高到足以破坏电池的程度,此时,电池会自动停止供电,避开工作状态。
二是隔膜材料的选择,隔膜是锂离子电池材料中技术含量最高的组件,好的隔膜材料可以在温度上升到一定数值时自动溶解掉附着在其上的微米级(甚至纳米级)微孔,从而使锂离子不能在隔膜上通过,终止电池的内部反应。
三是设置气阀,包括碱性电池和镍氢电池等都设置有安全阀,锂电池安全阀的道理也是一样的,该气阀是一个放置在电池顶部的放气孔,当电池内部压力上升到一定数值时,安全阀自动打开,保证电池的使用安全性。
对于锂电池组来说,主要的安全危险来自于容量过大,单体锂电池也存在类似现象。一般而论,锂离子电池的容量与其安全性成反比,随着容量的增加,电池体积也在增加,其散热措施极为关键。较为完善的锂电池组保护功能应由两个模块构成:一是保护电路基板,二是智能判断基板。
具体来说,至少应该包括如下部件:1、保护IC,又分为防止过充过放短路的第一级保护IC和防止过压的第二级保护IC。2、保险丝及相关保险接口。3、温度调节功能。4、显示功能。
锂电池、锂离子电池、锂聚合物电池,人们常常被这些带“锂”电池搞的不辨东西,对锂离子电池原理进行必要的说明成为解开这个困惑的钥匙,因为在所有这些涉及“锂”的电池理论中,锂离子电池原理是一条贯穿三者的纽带,具有承前启后的作用。
首先,要明确我们最开始提出的那三个概念。在锂电池发展史上,第一个阶段是锂一次电池,这种电池的负极是锂金属,在这个基础上,第二阶段发展出了可充电锂电池,即理论意义上的锂离子电池,可充电锂电池是没有金属锂存在,只有锂离子的电池。由于作为正极材料的含锂化合物及电解液不同,因而,有基于不同材料的锂离子电池原理。近年来,人们常说的锂聚合物电池是在液态锂离子电池的基础上发展而来的,它的出现使锂电池进入到第三个阶段,由于锂聚合物电池是锂离子电池电解液由液态改进到固态或者凝胶态的电池,因而,它的工作机理并没有脱离锂离子电池原理体系,而只是改进了锂离子电池原理。
其次,要在结构上对锂离子电池原理进行了解。一般来说,锂离子电池都有五个部分:正极、负极、隔膜、有机电解液、外壳,在锂离子电池原理中,隔膜是最具技术含量的制造环节,而电解液则视液态或者聚合物而不同。
第三,从作用机理上理解锂离子电池原理。锂离子电池是锂离子嵌入化合物为正极材料的电池总称,从这个意义上说,只要是这个工作机理的锂离子电池,不论是液态还是聚合物的,以及许多电池生产厂家正在着力打造的动力电池,都适用于普遍的锂离子电池原理。在锂离子电池原理下,电池充电过程就是锂离子的嵌入与脱嵌过程,充电时锂离子脱嵌,从正极经过电解质嵌入负极。放电时则相反。
明白了以上的锂离子电池原理,最后就可以用一个形象的比喻作结,人们一般用“摇椅式电池”来作为锂离子电池原理的描述,即锂离子始终处于“正极-负极-正极”的运动状态之中,使得锂离子电池象一把摇椅,摇椅的两端为电池正负极,锂离子就是在两端运动的那个“人”,这个比喻是从作用机理来阐述锂离子电池原理的
锂电池在人们的日常生活中占据一席之地,然而它从哪里来?锂电池生产工艺又有哪些环节?虽然锂电池生产工艺视不同锂电池生产厂家而有一些差别,但是由于原理相同,因而主要的锂电池生产工艺也是基本一致的,一般都有:配料,涂布,辊压,裁片,分条,焊接极耳,卷绕,封装,烘烤,注液,化成,成型,分容检测等工序。
在上述锂电池生产工艺必备的步骤中,从选料到成型后的分容检测要注意五个方面的问题:
一、改善正负极活性材料的物化结构,这是锂电池生产工艺的基础环节:
1、对材料进行适当的离子掺杂,2、改善活性材料的粒度分布,避免活性材料的粒度分布过宽,3、尽量使用具有无序性层状结构或者层结构较薄的材料,4、改善电极材料的表面结构;
二、电极涂层的高粘结强度有利于降低循环容量下降率,这是锂电池生产工艺中最具技术含量的流程,为此要注意:
1、形成胶粘剂材料的粘结剂及溶剂要纯,涂好的极片也不宜存放过久,2、正负极涂膜的混料中所用的胶粘剂与活性物质配比要适当,确保涂膜后不掉粉、不脱粉;
三、电解液组成的优化,锂电池生产工艺对于电解液的要求是保持容量,延长电池寿命:
1、通过锂盐、溶剂和添加剂的优化,提高电解液导电率,减小极化,2、抑制正极材料与电解液的反应,3、通过控制合适的比表面积与对碳负极材料进行包覆、成膜和表面化学反应等表面处理,改善负极材料的表面结构;
四、电池材料制备完成后,锂电池生产工艺就进入装配环节,这时要注意:
1、负极容量稍稍大于正极容量,2、卷绕正负极与隔膜后,形成的正、负极片与隔膜三者间的间隙粒度不大于0.5mm,上下偏差不超过0.5mm。
五、分容检测时,要依照国家标准,用低速率充电为宜,一般是0.2C。
总的来说,在工艺制造阶段应该注重如下比例关系:极片面与极片压实密度,负极过剩率,配方工艺,电解液与正负极搭配适用量。
锂电池生产工艺中的每一步时间都有差别,一般情况下,配料,烘烤,化成时间长,少则10小时左右,多的要两天两夜;其他工艺比较快,平均5、6个小时。整个的锂电池生产工艺流程大概需要15天。