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电池知识

锂离子电池在低温下放电容量减少的主要原因是什么呢?

来源:宝鄂实业    2019-06-28 20:30    点击量:

锂离子电池的使用环境对其循环寿命影响也是非常重要的。其中,环境温度是十分重要的因素。环境温度过低或过高都会影响锂电池的循环寿命。锂离子电池在低温下放电容量减少的主要原因包括:

(1)电解液电导率变差、隔膜的润湿和/ 或透过性变差、锂离子的迁移速度变慢、电极/ 电解液界面上电荷转移速率减缓等。

(2)另外,SEI 膜的阻抗在低温下会增大,使锂离子通过电极/ 电解液界面的速度变慢。其中SEI 膜的阻抗增加的原因是:锂离子在低温下从负极脱出较为容易,嵌入较为困难。

(3)充电时金属锂会出现并与电解液发生反应,形成新的SEI 膜覆盖在原来的SEI 膜上,使电池的阻抗增大从而导致电池的容量下降。

目前锂离子电池大多用LiPF6作为电解液,由于电解液的不纯或微量水催化分解导电盐,电解液中含有一定酸性物质HF。HF 会与SEI 膜中的主要成分ROLi、ROCO2Li 等发生反应,生成LiF 沉积在负极表面。含有LiF 的SEI 膜会阻碍锂离子的迁移。同时,产生的高阻抗物质会使石墨颗粒之间绝缘隔离。随着高温充放电的进行,负极性能会逐渐恶化最终导致电池失效[18]。

使用锂离子电池的设备在运输或正常工作的情况下,有可能会经受振动、冲击、碰撞等条件的考验。某些锂电池在与系统通信时进行充放电并根据一定频率接收数据信息。设备振动时的频率有可能对电池频率产生干扰,从而引起芯片数据出错或引发保护电路动作。强振动或冲击下,锂离子电池的极耳、外部的连线、接线柱、焊点等可能会折断或脱落,电池极片上的活性物质也可能剥落,这都会影响电池的寿命甚至产生危险的情况。
有些充电器以便宜的时间表结束,不够精确,只会导致电池充电异常,甚至损坏电池。充电维护:当充电器过充锂离子电池时,为了防止因温升引起的内部压力升高,必须停止充电。
因此,维护设备需要监测蓄电池电压。当达到蓄电池过充电电压时,启动过充电维护功能并间歇性充电。过流和短路检修:当锂离子电池放电电流过大或发生短路时,检修设备将激活过流检修功能。
锂电池充电控制分为两个阶段,第一阶段是恒流充电,当电池电压低于4.2V时,充电器将以恒流充电。第二阶段是恒压充电阶段。当电池电压达到4.2V时,由于锂电池的特性,如果电压较高,就会损坏。充电器将电压固定在4.2V,充电电流逐渐减小。当电流降低到一定值时(一般在电流设定为1/10时),充电电路将被阻断,充电端指示灯亮,充电端。
锂离子电池的过度充电和放电会对正极和负极造成永久性损坏。过放电导致负电极碳片结构的崩溃,崩溃将导致充电过程中无法穿透的锂离子的形成。过充电使过量的锂离子嵌入负电极的碳结构中,部分锂离子不再释放。

由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高,所以锂电池生产要在特殊的环境条件下进行。但是由于锂电池的很多优点,锂电池被广泛的应用在电子仪表、数码和家电产品上。但是,锂电池多数是二次电池,也有一次性电池。少数的二次电池的寿命和安全性比较差。

后来,日本索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作正极的锂电池,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。

同样,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出, 又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。

 

随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用,锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用,并在近年逐步向其他产品应用领域发展。1998年,天津电源研究所开始商业化生产锂离子电池。习惯上,人们把锂离子电池也称为锂电池,但这两种电池是不一样的。现在锂离子电池已经成为了主流。