介绍锂离子电池结构及工作原理

锂离子电池是一种充电电池，它首要依靠锂离子在正极和负极之间移动来作业。在充放电进程中，Li+ 在两个电极之间往复嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状况；放电时则相反。一般选用含有锂元素的资料作为电极的电池，是现代高性能电池的代表。 

 

锂离子电池的作业原理 

 

锂离子电池以碳素资料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这便是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极资料电池的总称。锂离子电池的充放电进程，便是锂离子的嵌入和脱嵌进程。在锂离子的嵌入和脱嵌进程中，一起伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表明，而负极用刺进或脱插表明）。在充放电进程中，锂离子在正、负极之间往复嵌入/脱嵌和刺进/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。 

 

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，它有许多微孔，到达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。相同，当对电池进行放电时（即咱们运用电池的进程），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。 

 

一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，一起电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不行满，由于电池内部的电化学反响需求时刻。就跟倒啤酒相同，倒太快的话会发作泡沫，反而不满。 

 

对电池来说，正常运用便是放电的进程。 

 

锂电池放电需求留意几点： 

 

榜首，放电电流不能过大，过大的电流导致电池内部发热，有可能会造成永久性的危害。在手机上，这个倒是没有问题的，能够不考虑。 

 

第二，绝对不能过放电！锂电池最怕过放电，一旦放电电压低于2.7V，将可能导致电池作废。好在手机电池内部都已经装了维护电路，电压还没低到损坏电池的程度，维护电路就会起作用，停止放电。从图上能够看出，电池放电电流越大，放电容量越小，电压下降更快。 

 

锂离子电池结构 

 

正极：活性物质，导电剂、溶剂、粘合剂、基体。 

 

电池放电时从外电路取得电子的电极,此刻电极发作还原反响。一般是电位高的电极。锂离子电池中的钴酸锂、锰酸锂电极等。 

 

负极：活性物质（石墨、MCMB、CMS)，粘合剂、溶剂、基体。 

电池放电时向外电路运送电子的电极，此刻电极发作氧化反响。一般是电位低的电极，锂离子电池中石墨电极。 

 

隔阂 

 

隔阂是放置于南北极之间，作为阻隔电极的装置，藉以避免南北极上的活性物质直接接触而造成电池内部的短路。但隔阂仍需能让带电离子经过，以形成通路。 

隔阂要求： 

 

1、离子透过度大 

 

2、机械性强度适当 

 

3、本身为绝缘体 

 

4、不与电解液及电极发作反响 

 

材质：单层PE（聚乙烯）或许三层复合PP（聚丙烯） +PE+PP 

 

厚度：单层一般为0.016～0.020mm，三层一般为0.020～0.025mm 

 

电解液 

 

外壳五金件（钢壳、铝壳、盖板、极耳、绝缘片、绝缘胶带） 

 

锂离子电池电芯原资料 

 

正极资料 

 

正极资料在锂电池中商场容量最大、附加值较高，大约占锂电池本钱30%，毛利率低则15%，高则70%以上。 

 

现在已批量运用于锂电池的正极资料首要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴镍锰酸锂以及磷酸铁锂。 

 

镍酸锂电池安全性最差（过充易起火），高温耐受度最低（高温分解），合成难度最高。 

 

钴酸锂最早完成商业化运用，技能发展至今已经很老练，并已广泛运用在小型低功率的便携式电子产品上，如手机、笔记本电脑和数码电子产品等。 

 

磷酸铁锂作为锂离子电池用正极资料具有杰出的电化学性能，充放电平台非常平稳，充放电进程中结构安稳。一起，该资料无毒、无污染、安全性能好、可在高温环境下运用、原资料来源广泛等长处，是现在电池界竞相开发研讨的热门。 

负极资料 

 

负极资料占锂电本钱份额较低，首要有碳负极资料和非碳负极资料。 

 

碳负极资料：被现在产品锂离子电池广泛选用。 

 

长处：安全、循环寿命较长，价格低廉、无毒。 

 

缺点：质量比能量比较低。 

 

非碳负极资料： 按组成分为锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物和纳米合金资料。 

 

长处：有很高的体积能量密度。 

 

缺点：循环安稳性差，不可逆容量较大，制备本钱较高，尚未产业化。 

 

负极资料未来以进步容量和循环安稳性为目标，将碳资料与各种高容量非碳负极资料复合以开发高容量、非碳复合负极资料。 

 

隔阂资料 

 

商场化的隔阂资料首要是以聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）为主的聚烯烃（Polyolefin）类隔阂，其间PE 产品首要由湿法工艺制得，PP 产品首要由干法工艺制得。 

 

PE产品与PP产品的特征比较： 

 

1、PP 相对更耐高温，PE 相对耐低温； 

 

2、PP 密度比PE 小； 

 

3、PP 熔点和闭孔温度比PE高； 

 

4、PP 制品比PE 脆； 

 

5、PE 对环境应力更灵敏。 

 

首要的隔阂资料产品有单层PP、单层PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PE、双层PP/PP 和三层PP/PE/PP 等，其间前两类产品首要用于3C 小电池范畴，后几类产品首要用于动力锂电池范畴。 

 

在动力锂电池用隔阂资料产品中，双层PP/PP 隔阂资料首要由中国企业生产，在中国大陆运用，这首要是由于现在阶段还没有中国企业能将PP 与PE 制成双层复合膜的技能和能力。而全球轿车动力锂电池运用的隔阂以三层PP/PE/PP、双层PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔阂资料产品为主。与此一起，其他一些新式隔阂资料产品也在不断涌现并开端完成运用，不过，因量少价高，首要还是用在动力锂电池制造范畴。这些产品首要有：涂层处理的聚酯膜（PET，Polyethylene Terephthalate）、纤维素膜、聚酰亚胺膜（PI）、聚酰胺膜（PA），氨纶或芳纶膜等等。这些隔阂的长处是耐高温，且具有低温输出、充电循环寿命长、机械强度适中的特色。总的来看，锂电池隔阂资料产品呈现出显着的多样化发展趋势。 

 

电解液 

 

锂离子电池电解液资料重点在于高安全性、高环境适应性，首要发展将集中在：新式溶剂（作业温度范围拓展）、离子液体、新式锂盐（进步环境适应性）、添加剂（阻燃、氧化还原穿梭、维护正负极成膜等）等方面，与新式正、负极资料相匹配，进步安全性、功率和容量，终究安全方便地运用于电动车、储能、航天以及更广泛的范畴。