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          侵权投诉

          锂离子电池结构及其工作原理详解

          传感器技术 ? 2018-08-10 09:54 ? 次阅读

          锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池,通常人们俗称其为锂电池。而真正的锂电池由于危险性大,很少应用于日常电子产品。

          锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电池时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池,是现代高性能电池的代表。

          锂离子电池的工作原理

          锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,同时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示,而负极用插入或脱插表示)。在充放电过程中,锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/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?;卣娘胱釉蕉?,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,同时电池发热也越大。而且,过大的电流充电,容量不够满,因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样,倒太快的话会产生泡沫,反而不满。

          对电池来说,正常使用就是放电的过程。

          锂电池放电需要注意几点:

          第一,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损害。在手机上,这个倒是没有问题的,可以不考虑。

          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,将可能导致电池报废。好在手机电池内部都已经装了?;さ缏?/u>,电压还没低到损坏电池的程度,?;さ缏肪突崞鹱饔?,停止放电。从图上可以看出,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获得电子的电极,此时电极发生还原反应。通常是电位高的电极。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输送电子的电极,此时电极发生氧化反应。通常是电位低的电极,锂离子电池中石墨电极。

          隔膜

          隔膜是放置于两极之间,作为隔离电极的装置,藉以避免两极上的活性物质直接接触而造成电池内部的短路。但隔膜仍需能让带电离子通过,以形成通路。

          隔膜要求:

          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生反应

          材质:单层PE(聚乙烯)或者三层复合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)

          锂离子电池电芯原材料

          正极材料

          正极材料在锂电池中市场容量最大、附加值较高,大约占锂电池成本30%,毛利率低则15%,高则70%以上。

          目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、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。

          钴酸锂最早实现商业化应用,技术发展至今已经很成熟,并已广泛应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材料具有良好的电化学性能,充放电平台十分平稳,充放电过程中结构稳定。同时,该材料无毒、无污染、安全性能好、可在高温环境下使用、原材料来源广泛等优点,是目前电池界竞相开发研究的热点。

          负极材料

          负极材料占锂电成本比例较低,主要有碳负极材料和非碳负极材料。

          碳负极材料:被目前商品锂离子电池广泛采用。

          优点:安全、循环寿命较长,价格低廉、无毒。

          缺点:质量比能量比较低。

          非碳负极材料:?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材料。

          优点:有很高的体积能量密度。

          缺点:循环稳定性差,不可逆容量较大,制备成本较高,尚未产业化。

          负极材料未来以提高容量和循环稳定性为目标,将碳材料与各种高容量非碳负极材料复合以开发高容量、非碳复合负极材料。

          隔膜材料

          市场化的隔膜材料主要是以聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)为主的聚烯烃(Polyolefin)类隔膜,其中PE 产品主要由湿法工艺制得,PP 产品主要由干法工艺制得。

          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 ??;

          3、PP?熔点和闭孔温度比PE高;

          4、PP 制品比PE 脆;

          5、PE 对环境应力更敏感。

          主要的隔膜材料产品有单层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,其中前两类产品主要用于3C 小电池领域,后几类产品主要用于动力锂电池领域。

          在动力锂电池用隔膜材料产品中,双层PP/PP 隔膜材料主要由中国企业生产,在中国大陆使用,这主要是因为目前阶段还没有中国企业能将PP 与PE 制成双层复合膜的技术和能力。而全球汽车动力锂电池使用的隔膜以三层PP/PE/PP、双层PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料产品为主。与此同时,其他一些新型隔膜材料产品也在不断涌现并开始实现应用,不过,因量少价高,主要还是用在动力锂电池制造领域。这些产品主要有: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。这些隔膜的优点是耐高温,且具有低温输出、充电循环寿命长、机械强度适中的特点。总的来看,锂电池隔膜材料产品呈现出明显的多样化发展趋势。

          电解液

          锂离子电池电解液材料重点在于高安全性、高环境适应性,主要发展将集中在:新型溶剂(工作温度范围拓宽)、离子液体、新型锂盐(提高环境适应性)、添加剂(阻燃、氧化还原穿梭、?;ふ杭赡さ龋┑确矫?,与新型正、负极材料相匹配,提高安全性、功率和容量,最终安全方便地应用于电动车、储能、航天以及更广泛的领域。

          锂离子电池的制造工艺流程

          锂离子电池生产用的主要设备

          真空行星搅拌机

          用途:将各种电池材料均匀的搅拌成浆状。

          电极涂布机

          用途:搅拌后的浆料均匀涂膜在金属箔片 ?上。对浆料的涂布厚度精确到3微米以下。

          辊压机

          用途:涂布后的极片进一步压实,提高电池的能量密度。

          极片分切设备

          超声焊接导电柄设备

          卷绕机

          用途:将制造好的极片卷绕成电池

          手套箱

          用途:保证在低湿度环境下将电解液与卷芯封装在一起

          注液机

          用途:保证高精度的流水化将电解液真空注入电池包装材料内

          化成测试设备

          用途:将做好的电池充电活化,产生电压,同时测试电池的容量。

          原文标题:近距离了解锂电池!

          文章出处:【微信号:WW_CGQJS,微信公众号:传感器技术】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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          目前,市面上有两种主流电池,分别是锂电池和铅酸电池。冬季,对于汽车来说,电池的冷启动性能很关键,它影....
          的头像 独爱72H 发表于 12-20 15:54 ? 2335次 阅读
          锂电池冬天耐用吗,冬天锂电池好还是铅酸电池好

          锂电池的放电误区以及锂电池的使用注意事项

          锂电池放电误区,锂电池的使用注意事项。锂电池放电放得越尽电池的损耗就会越大,给电池充电充得越满电池的....
          的头像 独爱72H 发表于 12-20 15:41 ? 1265次 阅读
          锂电池的放电误区以及锂电池的使用注意事项

          一个小体积便捷式、锂电池可充电式AD637真有效值转换器构思、设计、实施(并展示已完成部分)

            AD637真有效(均方根)转换芯片, 能将 0-8MHZ交流信号转为直流输出。关于这个芯片的介绍和论述很多,也算是个...
          发表于 12-20 08:02 ? 1140次 阅读
          一个小体积便捷式、锂电池可充电式AD637真有效值转换器构思、设计、实施(并展示已完成部分)

          通过扩大硅纳米颗粒生产来获得容量更大的锂离子电池

          新奥尔良一家初创企业希望通过使用常规制造技术,大规模生产硅纳米颗粒,来帮助电池制造商提升电池容量。
          的头像 独爱72H 发表于 12-19 16:15 ? 1054次 阅读
          通过扩大硅纳米颗粒生产来获得容量更大的锂离子电池

          新能源电动车将成为未来汽车行业发展的必然趋势 提升锂电池质量与性能将成重点

          随着近期大型电动船和电动飞机的首次亮相交通出行的电动时代已逐步来临。锂电池作为新能源电动车运作的心脏....
          发表于 12-19 10:56 ? 447次 阅读
          新能源电动车将成为未来汽车行业发展的必然趋势 提升锂电池质量与性能将成重点

          未来是物联网行业做大连接的5年!

          另外,截至(12月17日)收盘,小编根据东方财富Choice数据显示,两市平盘股有81只,A股市场包....
          的头像 倩倩 发表于 12-18 15:08 ? 1235次 阅读
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          IP2325双节串联锂电池的升压充电管理芯片数据手册免费下载

          IP2325 是一款支持双节串联锂电池/锂离子电池的升压充电管理 IC。 IP2325 集成功率 M....
          发表于 12-18 08:00 ? 166次 阅读
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          3.7V锂电池升压到12V/2A

          推荐采用ESOP-8带输出关断的13V、10A同步升压IC-HT7166,简介如下: HT7166是一款高功率、全集成升压转换器,集成16...
          发表于 12-16 21:00 ? 812次 阅读
          3.7V锂电池升压到12V/2A

          锂电池?;ぐ逶趺囱≡?/a>

          锂电池?;ぐ逖」阂悖何吮;わ绯刈槭倜?,建议任何时候电池充电电压都不要超过3.6v,就是锂电池保....
          发表于 12-16 10:54 ? 913次 阅读
          锂电池?;ぐ逶趺囱≡? />    </a>
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          AXP221电源系统管理芯片的数据手册免费下载

          AXP221 是一款高度集成的电源系统管理芯片,针对单芯锂电池 ( 锂离子或锂聚合物 ) 且需要多路....
          发表于 12-16 08:00 ? 146次 阅读
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          锂电池技术原理及应用等详细资料介绍

          锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,L....
          发表于 12-16 08:00 ? 166次 阅读
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          锂电池充电电路的电路原理图免费下载

          本文档的主要内容详细介绍的是锂电池充电电路的电路原理图免费下载。
          发表于 12-16 08:00 ? 330次 阅读
          锂电池充电电路的电路原理图免费下载

          使用MOS管做电流隔离

          charge+输入5V, 1A, 用MOS(AO3400)管起隔离作用(寄生二极管),再接一个锂电池?;ば酒惋绯?,锂电池电压到2.4V...
          发表于 12-15 13:32 ? 412次 阅读
          使用MOS管做电流隔离

          智能手机的电池能使用多久

          智能手机的锂离子聚合物电池都有一定的使用寿命,而且电池也是手机中最容易出现耗损的零件。而锂电池的寿命....
          的头像 Wildesbeast 发表于 12-15 11:43 ? 1567次 阅读
          智能手机的电池能使用多久

          如何才能延长iPhone手机的电池寿命

          当初买iPhnoe手机的时候,不仅仅是因为注重它的外观和功能,更多的是因为它的电池耐用性。很多人都知....
          的头像 Wildesbeast 发表于 12-15 10:17 ? 1442次 阅读
          如何才能延长iPhone手机的电池寿命

          冬季电动汽车续航大打折扣,有什么技术可以改善

          电动汽车采用的锂电池,根据电池的特征而言,电池会因为低温的原因导致电池内部的电解液化学反应出现变慢的....
          发表于 12-12 10:07 ? 643次 阅读
          冬季电动汽车续航大打折扣,有什么技术可以改善

          ABS与CATL宣布将共同合作研究下一代船舶用锂电池的推进技术

          根据美国船级社(ABS)的最新消息,ABS和中国电池企业CATL将共同合作研究下一代船舶用锂电池的推....
          发表于 12-11 09:49 ? 321次 阅读
          ABS与CATL宣布将共同合作研究下一代船舶用锂电池的推进技术

          单节锂电池电量指示芯片

          YJ60A  是一款单节锂电池电量指示芯片,可实现四个电压点的检测,检测精度高。 ...
          发表于 12-07 20:56 ? 1154次 阅读
          单节锂电池电量指示芯片

          关于S-8261ABJMD-G3JT2G 掉电锁电池输出问题

          在使用关于S-8261ABJMD-G3JT2G 的过程中发现如下问题请问是否正常,或如何解决: 电路是1节锂离子电池充放电电路如...
          发表于 12-03 13:11 ? 587次 阅读
          关于S-8261ABJMD-G3JT2G 掉电锁电池输出问题

          FS7022替代完全PL7022双节锂电池?;さ缏稩C-芯片解决方案

          发表于 11-30 15:21 ? 299次 阅读
          FS7022替代完全PL7022双节锂电池?;さ缏稩C-芯片解决方案

          电池亚马逊UN38.3报告独家代理有CNAS与CMA

          今天跟大家一起了解一下关于锂电池亚马逊认证——UN38.3认证。 近日,各亚马逊电商陆续收到了通知,要求自2020年1月1日起,...
          发表于 11-25 21:19 ? 1101次 阅读
          电池亚马逊UN38.3报告独家代理有CNAS与CMA

          便携音箱锂电池有什么用途?

          1、内置锂电池,可连续播放4小时以上; 2、连接方便,音箱与电脑仅一条电源线连接; 3、外型纤小,适合随身携带,随时享受音乐...
          发表于 11-06 09:12 ? 227次 阅读
          便携音箱锂电池有什么用途?

          请问蓝牙充电选型什么方案成本最低?

          用CC2541做一款蓝牙产品,选用了BQ24040作为锂电池充电管理芯片,后级选用了TPS62740作为电源转换,感觉成本有点高,有没...
          发表于 11-05 09:55 ? 138次 阅读
          请问蓝牙充电选型什么方案成本最低?
          2019年新103期梦解诗句大全