鋰離子電池原理

鋰離子電池原理

鋰離子電池簡(jiǎn)介
　鋰離子電池的主要構(gòu)成
（1）電池蓋
（2）正極----活性物質(zhì)為氧化鈷鋰
（3）隔膜----一種特殊的復(fù)合膜
（4）負(fù)極----活性物質(zhì)為碳
（5）有機(jī)電解液
（6）電池殼

鋰離子電池的優(yōu)越性能
我們經(jīng)常說(shuō)的鋰離子電池的優(yōu)越性是針對(duì)于傳統(tǒng)的鎳鎘電池（Ni/Cd）和鎳氫電池（Ni/MH）來(lái)講的。那么，鋰離子電池究竟好在哪里呢？
（1）工作電壓高
（2）比能量大
（3）循環(huán)壽命長(zhǎng)
（4）自放電率低
（5）無(wú)記憶效應(yīng)
（6）無(wú)污染
以下是鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池性能的對(duì)比：
技術(shù)參數(shù)鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池
工作電壓（V）1.21.23.6
重量比能量(Wh/Kg)5065105-140
體積比能量(Wh/l)150200300
充放電壽命(次)5005001000
自放電率（%/月）25-3030-356-9
有無(wú)記憶效應(yīng)有有無(wú)
有無(wú)污染有無(wú)無(wú)
（注：充電速率均為1C）

鋰離子電池的工作原理
大家都已知道，鋰離子電池的正極材料是氧化鈷鋰，負(fù)極是碳。
鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。
同樣道理，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過(guò)程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回到正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。
不難看出，在鋰離子電池的充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將，在搖椅的兩端來(lái)回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個(gè)可愛(ài)的名字搖椅式電池。

鋰離子電池的組裝過(guò)程
鋰離子電池的工藝技術(shù)非常嚴(yán)格、復(fù)雜，這里只能簡(jiǎn)單介紹一下其中的幾個(gè)主要工序。
（1）制漿
用專門(mén)的溶劑和粘接劑分別與粉末狀的正負(fù)極活性物質(zhì)混合，經(jīng)高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負(fù)極物質(zhì)。
（2）涂膜
將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面，烘干，分別制成正負(fù)極極片。
（3）裝配
按正極片--隔膜--負(fù)極片--隔膜自上而下的順序放好，經(jīng)卷繞制成電池極芯，再經(jīng)注入電解液、封口等工藝過(guò)程，即完成電池的裝配過(guò)程，制成成品電池。
（4）化成
用專用的電池充放電設(shè)備對(duì)成品電池進(jìn)行充放電測(cè)試，對(duì)每一只電池都進(jìn)行檢測(cè)，篩選出合格的成品電池，待出廠。

鋰離子電池的安全特性
鋰離子電池已非常廣泛的應(yīng)用于人們的日常生活中，所以它的安全性能絕對(duì)應(yīng)該是鋰離子電池的第一項(xiàng)考核指標(biāo)。對(duì)于鋰離子電池安全性能的考核指標(biāo)，國(guó)際上規(guī)定了非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，一只合格的鋰離子電池在安全性能上應(yīng)該滿足以下條件。
（1）短路：不起火，不爆炸
（2）過(guò)充電：不起火，不爆炸
（3）熱箱試驗(yàn)：不起火，不爆炸（150℃恒溫10min）
（4）針剌：不爆炸（用Ф3mm釘穿透電池）
（5）平板沖擊：不起火，不爆炸（10kg重物自1M高處砸向電池）
（6）焚燒：不爆炸（煤氣火焰燒烤電池）

鋰離子電池安全特性是如何實(shí)現(xiàn)的？
為了確保鋰離子電池安全可靠的使用，專家們進(jìn)行了非常嚴(yán)格、周密的電池安全設(shè)計(jì)，以達(dá)到電池安全考核指標(biāo)。
（1）隔膜135℃自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)
采用國(guó)際先進(jìn)的Celgard2300PE-PP-PE三層復(fù)合膜。在電池升溫達(dá)到120℃的情況下，復(fù)合膜兩側(cè)的PE膜孔閉合，電池內(nèi)阻增大，電池內(nèi)部升溫減緩，電池升溫達(dá)到135℃時(shí)，PP膜孔閉合，電池內(nèi)部斷路，電池不再升溫，確保電池安全可靠。
（2）向電液中加入添加劑
在電池過(guò)充，電池電壓高于4.2v的條件下，電液添加劑與電液中其他物質(zhì)聚合，電池內(nèi)阻大副增加，電池內(nèi)部形成大面積斷路，電池不再升溫。
（3）電池蓋復(fù)合結(jié)構(gòu)
電池蓋采用刻痕防爆結(jié)構(gòu)，電池升溫時(shí)，電池內(nèi)部活化過(guò)程中所產(chǎn)生的部分氣體膨脹，電池內(nèi)壓加大，壓力達(dá)到一定程度刻痕破裂、放氣。
（4）各種環(huán)境濫用試驗(yàn)
進(jìn)行各項(xiàng)濫用試驗(yàn)，如外部短路、過(guò)充、針刺、平板沖擊、焚燒等，考察電池的安全性能。同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)和振動(dòng)、跌落、沖擊等力學(xué)性能試驗(yàn)，考察電池在實(shí)際使用環(huán)境下的性能情況。
鋰離子電池是一種新型綠色環(huán)保電池
“愛(ài)護(hù)環(huán)境，保護(hù)地球”是我們每一個(gè)人義不容辭的責(zé)任。如何把我們的環(huán)境理念在行動(dòng)上反應(yīng)出來(lái)呢？ 作為電池消費(fèi)者，應(yīng)該購(gòu)買(mǎi)、使用新型綠色環(huán)保電池；作為電池制造商，應(yīng)該生產(chǎn)新型綠色環(huán)保電池。只有經(jīng)過(guò)大家的共同努力，才能創(chuàng)建、保護(hù)我們美麗和諧的自然環(huán)境。
新型綠色環(huán)保電池是指近年來(lái)已投入使用或正在研制開(kāi)發(fā)的一類高性能、無(wú)污染的電池。目前已經(jīng)大量使用的鋰離子電池、金屬氫化物鎳電池和正在推廣使用的無(wú)汞堿性鋅錳電池以及正在研制開(kāi)發(fā)的鋰或鋰離子塑料電池、燃料電池、電化學(xué)貯能超級(jí)電容器都屬于新型綠色環(huán)保電池的范疇。此外，目前已廣泛應(yīng)用的利用太陽(yáng)能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的太陽(yáng)電池（又稱光伏發(fā)電），也屬于這一范疇。