锂离子电池简介
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锂离子动力电池简介锂离子动力电池是一种先进的储能装置,具有高能量密度、长寿命、轻量化、无记忆效应等优点。
它在电动汽车、储能系统和便携式电子设备中得到了广泛应用。
本文将介绍锂离子动力电池的基本原理、优点和缺点,以及其在不同领域的应用。
一、基本原理锂离子动力电池是一种充电式电池,其工作原理是通过锂离子在正负极材料之间的迁移来完成电荷和放电过程。
其正极材料通常使用钴酸锂、镍酸锂等化合物,负极材料通常使用石墨等材料。
在充电时,锂离子从正极材料释放,并通过电解质溶液迁移到负极材料中嵌入或吸附;在放电时,锂离子从负极材料释放,并通过电解质溶液迁移到正极材料中嵌入或吸附。
这种迁移过程是可逆的,可以进行多次充放电循环。
二、优点1.高能量密度:锂离子动力电池具有较高的能量密度,可以存储更多的能量,提供更长的使用时间。
2.长寿命:相比于其他类型的电池,锂离子动力电池具有更长的使用寿命。
这是由于其迁移过程是可逆的,不会引起结构损伤。
3.轻量化:锂离子动力电池具有较高的能量密度和较低的重量,使其在移动设备和电动汽车等领域应用广泛。
4.无记忆效应:锂离子动力电池没有记忆效应,使用者可以根据需要进行充电,而无需等待完全放电。
三、缺点1.安全性问题:锂离子动力电池在充电和放电过程中可能会产生热量,进而导致电池过热,甚至起火或爆炸。
因此,安全性一直是锂离子动力电池的一个关键问题。
2.有限的循环寿命:锂离子动力电池的循环寿命是有限的,随着使用次数的增加,其容量会逐渐减少。
四、应用领域1.电动汽车:锂离子动力电池在电动汽车中得到了广泛应用,因为其具有较高的能量密度、长寿命和较低的重量。
它可以提供足够的动力和续航里程。
2.便携式电子设备:如手机、平板电脑和笔记本电脑等便携式电子设备使用锂离子动力电池,因为它具有较高的能量密度和长寿命,可以提供长时间的使用时间。
3.储能系统:锂离子动力电池在储能系统中也得到了广泛应用。
它可以储存太阳能和风能等可再生能源,提供稳定的能量供应。
1.锂离子电池哪一年商业化?锂离子电池首次由日本Sony公司在1990年研制成功并实现商业化。
2.锂离子电池工作原理。
以炭为负极,钴酸锂(LiCoO2)为正极为例。
充电过程中,锂离子从正极脱出,释放一个电子,三价钴氧化成四价钴,锂离子通过电解质嵌入负极,维持电荷平衡;放电过程中,电子从负极流经外部电路到达正极,在电池内部,锂离子通过电解液嵌入到正极,正极得到外电路一个电子,四价钴还原成三价钴。
3.锂离子电池的组成。
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和外包装组成。
其中,正极、负极、隔膜和电解液是锂离子电池的四大主材。
4.锂离子电池正极材料的作用。
锂离子电池正极材料不仅作为电极材料参与电化学反应,还要作为锂离子源。
5.锂离子电池正极材料应该满足哪些条件?①比容量大,这就要求正极材料具有低的相对分子质量,且其宿主结构中能插入大量锂离子;②工作电压高,这就要求体系放电反应的吉布斯自由能负值要大;③高倍率下的充放电性能好,这就要求锂离子在正极材料内部和表面的扩散速率大;④循环寿命长,这就要求锂离子脱出和嵌入正极材料的过程中,正极材料的结构变化要尽可能小;⑤安全性好,这就要求材料具有较高的化学稳定性和热稳定性;⑥容易制备,对环境友好,价格便宜。
6.锂离子电池正极材料有哪些?锂离子电池正极材料一般为含锂的过渡金属氧化物或聚阴离子化合物,包括LiCoO2、LiMnO2、LiFeO4及其相关衍生材料。
含锂的过渡金属氧化物作为锂离子电池正极材料的优势。
过渡金属往往具有多种价态,可以保持锂离子嵌入和脱出过程中的电中性;另外,过渡金属氧化物对锂有较高的电极电势,可以保证电池具有较高的开路电压。
一般来说,对锂电势,过渡金属氧化物>过渡金属硫化物;3d过渡金属氧化物>4d过渡金属氧化物>5d过渡金属氧化物。
3d过渡金属氧化物中,尤其以含Co、Ni、Mn元素的锂金属氧化物为主。
7.锂离子电池负极材料应该满足哪些条件?①低氧化还原电位,以满足锂离子电池具有较高的输出电压;②锂离子脱嵌过程中的电极电位变化较小,以保证充放电的电压波动小;③脱嵌锂离子过程中的结构稳定性和化学稳定性好,以使电池具有较高的循环寿命和安全性;④具有高的可逆比容量;⑤良好的锂离子导电性和电子导电性,以获得较高的充放电倍率和低温充放电性能。
锂离子电池的构造及原理锂离子电池是一种能够将化学能转换为电能并用于电子设备的电池。
它的构造及原理相对简单,但这并不影响它成为了现代电子设备的主要能源来源。
本篇文章将会介绍锂离子电池的相关构造及原理,帮助读者更好地了解这种电池。
第一章:锂离子电池简介锂离子电池是一种高效、经济、环保且应用广泛的电池。
它采用了锂离子在正负极之间的迁移来储存化学能,并将其转换为电能。
随着技术的发展,锂离子电池在电动汽车、智能手机、笔记本电脑等领域都得到了广泛应用。
第二章:锂离子电池的构造锂离子电池的构造相对简单,但却是其性能表现的关键。
其主要构成部分包括正极、负极、电解液和隔膜。
2.1 正极锂离子电池的正极一般采用含有锂的金属氧化物,例如锂钴氧化物(LiCoO2)、锂铁磷酸铁(LiFePO4)、锂镍钴铝氧化物(LiNiCoAlO2)等。
这些物质的作用就是在电池放电时,释放出锂离子。
2.2 负极锂离子电池的负极一般采用石墨或者石墨化碳。
这些负极材料的作用就是吸收锂离子。
2.3 电解液电解液是将正负极隔开的一种物质。
一般来说,电解液是由一种或多种溶于有机溶剂中的锂盐组成的。
电解液发挥的作用是维持两种电极之间的电荷平衡。
2.4 隔膜隔膜是将正负极完全隔开的一层材料。
这种材料通常是由聚合物制成的。
隔膜的作用是让正负极在电流的作用下进行迁移,同时确保电池工作时不会短路。
第三章:锂离子电池的工作原理锂离子电池在充电和放电过程中都会发生化学反应。
下面分别介绍其充电和放电原理。
3.1 充电在充电过程中,正极放出锂离子,负极则接收这些离子。
同时,电荷通过电解液传输。
与此同时,充电器也会向电池输送电能,使这些锂离子逆向迁移,到达正极。
3.2 放电在放电过程中,则是相反的反应。
存储在正极的锂离子会流向负极,同时释放出能量。
这些锂离子通过电解液传输,在负极被吸收。
伴随这个过程,锂离子电池的电压下降。
第四章:锂离子电池的优势和不足锂离子电池的优势主要在于其高能量密度、长寿命、较小的自放电率以及易于维护。
锂离子电池循环寿命名词解释随着智能手机、电动汽车和可穿戴设备的普及,锂离子电池已经成为了我们日常生活中不可或缺的能源储存设备。
在使用锂离子电池的过程中,循环寿命是一个重要的概念。
在本文中,我们将对锂离子电池循环寿命进行详细的解释,帮助读者更好地理解和应用锂离子电池。
一、锂离子电池简介锂离子电池是一种通过锂离子在正负极之间的移动来储存和释放能量的电池。
它由负极、正极、隔膜和电解质组成。
在充电过程中,锂离子从正极迁移到负极,而在放电过程中,锂离子则从负极回迁至正极。
这一循环过程使得锂离子电池能够不断地储存和释放能量,为我们的生活提供持久的动力支持。
二、循环寿命的定义循环寿命是指锂离子电池能够完成多少次完整的充放电循环,而仍能保持其额定容量的能力。
通俗地讲,循环寿命就是衡量锂离子电池使用寿命的一个重要参数。
一般来说,锂离子电池的循环寿命以完整的充放电循环次数来计算,通常以500次或1000次充放电循环作为一个衡量标准。
三、影响循环寿命的因素1. 充放电深度:充放电深度是指电池在每一次充放电中所释放或储存的能量占其额定容量的百分比。
充放电深度越大,电池的循环寿命就会越短。
2. 温度:温度是影响锂离子电池循环寿命的重要因素之一。
高温会加速电池的老化和损坏,降低其循环寿命。
3. 充电速度:过快的充电速度会导致电池内部产生过多的热量,从而影响电池的寿命。
适当控制充电速度可以延长电池的循环寿命。
四、延长循环寿命的方法1. 控制充放电深度:对于需要长期使用的锂离子电池设备,建议合理控制充放电深度,避免过度放电或充电。
2. 维护合适的温度:在使用锂离子电池设备时,尽量避免暴露在高温或特殊寒冷的环境下,以延长电池的循环寿命。
3. 合理控制充电速度:在充电时,尽量选择合适的充电器,控制充电速度,避免过快的充电导致电池过热。
五、结语循环寿命是评价锂离子电池性能和使用寿命的重要指标,而延长电池的循环寿命也是我们在日常使用电池设备时应该重视的问题。
一锂离子电池简介锂离子电池(Lithium-ion battery)是一种高能量密度、高电压的可充电电池。
它由锂离子在正负极之间迁移来储存和释放电能。
锂离子电池的高能量密度,使得它成为目前应用最广泛的可充电电池之一,被广泛应用于移动通信、电动工具、电动车辆、家庭储能等领域。
锂离子电池的基本构造包括正极、负极、分离膜和电解质。
正极通常由锂重氧化物(如LiCoO2、LiFePO4等)制成,负极由石墨材料制成。
分离膜通过电解质来隔离正负极,防止短路和电化学反应。
电解质通常是有机液体(如碳酸酯),它允许离子在正负极之间迁移,从而实现充放电过程。
锂离子电池的工作原理是通过离子在锂离子电池正负极之间的迁移来完成充放电过程。
在充电过程中,锂离子从正极(锂重氧化物)释放出来,经过电解质迁移到负极(石墨),在负极与锂发生化学反应,同时释放出电子。
在放电过程中,锂离子从负极迁移到正极,与正极物质发生化学反应,同时吸收电子,形成锂离子化合物。
通过充放电过程,锂离子的迁移实现了电能的储存和释放。
锂离子电池相对于传统的铅酸电池和镍氢电池具有许多优势。
首先,锂离子电池具有高能量密度,即单位体积或单位重量所存储的电能更多。
这使得锂离子电池在电子产品中得到广泛应用,如智能手机、平板电脑等,因为它们需要小型轻便的电池。
其次,锂离子电池具有较低的自放电率,即静置时电池不会快速放电。
这使得锂离子电池具有长期储存的能力,可以作为备用电池使用。
此外,锂离子电池具有较长的循环寿命,即充放电循环次数较高,这使得它成为电动车辆和家庭储能系统等领域的理想选择。
然而,锂离子电池也存在一些问题。
首先,锂离子电池存在较高的成本。
它的生产过程相对复杂,涉及到许多稀有材料和技术。
其次,锂离子电池的安全性是一个重要的问题。
当电池受到过热、过充、过放或物理损坏时,可能会发生热失控、爆炸或火灾等事故。
因此,在锂离子电池的设计和制造过程中,安全性应作为重要的考虑因素。
简介锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。
所以在介绍Li-ion之前,先介绍锂电池。
举例来讲,以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。
锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯,负极是锂。
电池组装完成后电池即有电压,不需充电.这种电池也可能充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。
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,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。
锂离子电池电池组成部分钢壳/铝壳系列:(1)电池上下盖(2)正极——活性物质一般为氧化锂钴(3)隔膜——一种特殊的复合膜(4)负极——活性物质为碳(5)有机电解液(6)电池壳(分为钢壳和铝壳两种)软包装系列(1)正极——活性物质一般为氧化锂钴(2)隔膜——PP或者PE复合膜(3)负极——活性物质为碳(4)有机电解液(5)电池壳——铝塑复合膜充电第一次充电,如果时间能较长,那么可以使电极尽可能多的达到最高氧化态,如此能增长电池使用寿命。
锂离子电池优缺点锂离子电池具有以下优点:1)电压高,单体电池的工作电压高达3.6-3.9V,是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍2)比能量大,目前能达到的实际比能量为100-125Wh/kg和240-300Wh/L(2倍于Ni-Cd,1.5倍于Ni-MH),未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg和400 Wh/L 3)循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次以上.对于小电流放电的电器,电池的使用期限将倍增电器的竞争力.4)安全性能好,无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域:Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素:部分工艺(如烧结式)的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”,严重束缚电池的使用,但Li-ion根本不存在这方面的问题。
2023-11-01CATALOGUE 目录•锂离子电池基础知识•锂离子电池的种类和特点•锂离子电池的应用领域•锂离子电池的安全使用和注意事项•锂离子电池的发展趋势和未来展望01锂离子电池基础知识锂离子电池是一种二次电池,即可以充电也可以放电。
它由正极材料、负极材料、电解液、隔膜和外壳等组成。
锂离子电池具有高能量密度、长寿命、自放电率低等优点,因此在许多领域得到广泛应用,如手机、笔记本电脑、电动汽车等。
锂离子电池简介锂离子电池的工作原理是基于锂离子在正负极之间的迁移。
充电时,锂离子从正极迁移到负极;放电时,锂离子从负极迁移到正极。
充电和放电过程伴随着电能和化学能的转换,锂离子电池因此能够提供电能。
负极材料通常采用石墨或硅基材料,如Si/C复合材料。
它们能够吸附和释放锂离子,并传导电流。
正极材料通常采用锂过渡金属氧化物或磷酸盐,如LiCoO2、LiMn2O4等。
它们能够提供电池的能量并传导电流。
电解液由有机溶剂、锂盐和其他添加剂组成,它们能够提供锂离子迁移的通道,并传导电流。
外壳通常由金属或塑料材料制成,为电池提供保护和支持结构。
隔膜一种聚烯烃膜,位于正负极之间,能够阻止锂离子的迁移并防止短路。
02锂离子电池的种类和特点液态锂离子电池技术已经相对成熟,是目前市场上的主流电池类型之一。
技术成熟能量密度高适用范围广液态锂离子电池具有较高的能量密度,能够提供较长的续航时间。
适用于各种电子设备,如手机、笔记本电脑、平板电脑等。
030201固态锂离子电池使用固态电解质代替了液态锂离子电池中的液态电解质,具有更高的安全性。
安全性高固态锂离子电池的充电速度通常比液态锂离子电池更快。
充电速度快固态锂离子电池具有较长的使用寿命,能够提供更长时间的使用。
寿命长锂硫电池使用硫作为正极材料,具有极高的能量密度,能够提供更长的续航时间。
锂硫电池能量密度高锂硫电池中的硫是一种环境友好的材料,不会对环境造成严重的污染。
环境友好锂硫电池的成本相对较低,具有较高的市场竞争力。
锂离子电池概述1.介绍锂离子电池作为最新一代的“21世纪绿色二次电池”,与常用的铅酸蓄电池,镉镍电池,氢镍电池等二次电池相比,具有开路电压高,能量密度大,使用寿命长,无记忆效应,无污染及自放电小等优点。
自1990年诞生以来,短短几年内就获得了迅猛的发展,全球锂离子电池销售总额已超过了镉镍电池、氢镍电池的总和。
目前,锂离子电池已广泛应用于移动电话,笔记本电脑,摄相机,家用电器等。
锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。
这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的电池被称为“摇椅式(Rocking Chair)电池”。
1980年,M. Armand等人首先提出用嵌锂化合物来代替二次锂电池中的金属锂负极,并提出“摇椅式电池”(rocking chair battery)的概念。
嵌锂化合物代替二次锂电池中的金属锂负极,电池的安全性大为改善,并且具有良好的循环寿命,同时电池的充放电效率也得到提高。
1990年日本Sony公司研制出以石油焦为负极、LiCoO2为正极的锂离子二次电池。
锂电池分为液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)2类。
其中,液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。
电池正极采用锂化合物LiCoO2或LiMn2O4,负极采用锂-碳层间化合物。
锂电池是迄今所有商业化使用的二次化学电源中性能最为优秀的电池,相比与其它电池,锂电池具有很多优点。
(1)比能量高,无论是体积比能量,还是重量比能量,锂电池均比铅酸蓄电池高出三倍以上。
由此决定了锂电池体积更小、重量更轻,其市场消费感觉很好。
(2) 循环寿命长,锂电池用于电动助力车的循环寿命一般在800次以上,采用磷酸铁锂正极材料的锂电池可以达到2000次左右,超出铅酸蓄电池1.5倍至5倍以上。
这大大降低了锂电池的使用成本,提高了消费者的使用便利程度。
(3) 具有较宽的充电功率范围,这是锂电池具有的独特优势。
锂离子电池简介
2017-02
1.锂离子电池原理
充电的时候,在外加电场的影响下,正极材料LiCoO2中的锂元素脱离出来,变成带正电荷的锂离子(Li+),在电场力的作用下,从正极移动到负极,与负极的碳原子发生化学反应,生成LiC6,于是从正极跑出来的锂离子就很“稳定”的嵌入到负极的石墨层状结构当中。
从正极跑出来转移到负极的锂离子越多,电池可以存储的能量就越多。
放电的时候刚好相反,内部电场转向,锂离子(Li+)从负极脱离出来,顺着电场的方向,又跑回到正极,重新变成钴酸锂分子(LiCoO2)。
从负极跑出来转移到正极的锂离子越多,这个电池可以释放的能量就越多。
在每一次充放电循环过程中,锂离子(Li+)充当了电能的搬运载体,周而复始的从正极→负极→正极来回的移动,与正、负极材料发生化学反应,将化学能和电能相互转换,实现了电荷的转移,这就是“锂离子电池”的基本原理。
由于电解质、隔离膜等都是电子的绝缘体,所以这个循环过程中,并没有电子在正负极之间的来回移动,它们只参与电极的化学反应。
2.锂离子电池构成
锂离子电池内部需要包含几种基本材料:正极活性物质、负极活性物质、隔离膜、电解质。
正负极需要活性物质,是为了更容易参与化学反应,从而实现能量转换。
正负极材料不但要活泼,还需要具有非常稳定的结构,才能实现有序的、可控的化学反应。
一般选用锂的金属氧化物,如钴酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元等材料。
负极通常选择石墨或其他碳材料做活性物质。
电解质是锂离子传导的介质,要求锂离子电导率要高,电子电导率要小(绝缘),化学稳定性要好,热稳定性要好,电位窗口要宽。
人们找到了由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、和必要的添加剂等原料,在一定条件下、按一定比例配制而成的电解质。
有机溶剂有PC(碳酸丙烯酯),EC(碳酸乙烯酯),DMC(碳酸二甲酯),DEC (碳酸二乙酯),EMC(碳酸甲乙酯)等材料。
电解质锂盐有LiPF6,LiBF4等材料。
隔离膜则是为了阻止正负极材料直接接触,防止内短路。
隔离膜需要具有良好的离子通过性,让锂离子可以自由通过,同时又是电子的绝缘体,以实现正负极之间的绝缘。
目前市场上的隔膜主要有单层PP,单层PE,双层PP/PE,三层PP/PE/PP 复合膜等。
除了以上材料外,一个完整的锂离子电池还包括绝缘片、盖板、泄压阀、壳体(铝,钢,复合膜等),以及其他一些辅助材料。
3.锂离子电池参数
1)容量
电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量,容量分为额定容量、实际容量,容量的单位为mAh或Ah。
额定容量是指满充的锂离子电池在实验室条件下(比较理想的温湿度环境),以某一特定的放电倍率(C-rate)放电到截止电压时,所能够提供的总的电量。
实际容量一般都不等于额定容量,它与温度、湿度、充放电倍率等直接相关。
一般情况下,实际容量比额定容量小一些。
2)能量密度
能量密度,指的是单位体积或单位重量的电池,能够存储和释放的电量,其单位有两种:Wh/kg,Wh/L,分别代表重量比能量和体积比能量。
这里的电量,是上面提到的容量(Ah)与工作电压(V)的积分。
基于当前的锂离子电池技术,能够达到的能量密度水平大约在100~200Wh/kg。
3)充放电倍率
这个指标会影响锂离子电池工作时的连续电流和峰值电流,其单位一般为C (C-rate的简写)。
举个例子来阐述倍率指标的具体含义,某电池的额定容量是10Ah,如果其额定充放电倍率是1C,那么就意味着这个型号的电池,可以以10A的电流,进行反复的充放电,一直到充电或放电的截止电压。
如果其最大放电倍率是10C@10s,最大充电倍率5C@10s,那么该电池可以以100A的电流进行持续10秒的放电,以50A的电流进行持续10秒的充电。
充放电倍率对应的电流值乘以工作电压,就可以得出锂离子电池的连续功率和峰值功率指标。
4)电压
锂离子电池的电压,有开路电压、工作电压、充电截止电压、放电截止电压等一些参数。
开路电压,就是电池外部不接任何负载或电源,测量电池正负极之间的电位差。
工作电压,就是电池外接负载或电源,处在工作状态,有电流流过时,测量所得的正负极之间的电位差。
一般来说,由于电池内阻的存在,放电状态时的工作电压低于开路电压,充电时的工作电压高于开路电压。
充/放电截止电压,是指电池允许达到的最高和最低工作电压。
超过了这一限值,会对电池产生一些不可逆的损害,导致电池性能的降低,严重时甚至造成起火、爆炸等安全事故。
5)寿命
锂离子电池的寿命会随着使用和存储而逐步衰减,并且会有较为明显的表现。
锂离子电池的寿命分为循环寿命和日历寿命两个参数。
循环寿命一般以次数为单位,表征电池可以循环充放电的次数。
当然这里也是有条件的,一般是在理想的温湿度下,以额定的充放电电流进行深度的充放电(100% DOD或者80%DOD),计算电池容量衰减到额定容量的80%时,所经历的循环次数。
日历寿命与具体的使用要求是紧密结合的,通常需要规定具体的使用工况,环境条件,存储间隔等。
6)内阻
锂离子电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,它包括欧姆内阻和极化内阻,极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。
欧姆内阻由电极材料、电解质、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。
极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻,包括电化学极极化和浓差极化引起的电阻。
内阻的单位一般是毫欧姆(mΩ),内阻大的电池,在充放电的时候,内部功耗大,发热严重,会造成锂离子电池的加速老化和寿命衰减,同时也会限制大倍率的充放电应用。
所以,内阻做的越小,锂离子电池的寿命和倍率性能就会越好。
7)自放电
电池在放置的时候,其容量是在不断下降的,容量下降的速率称为自放电率,
通常以百分数表示:%/月。
这里需要特别注意,一旦锂离子电池的自放电导致电池过放,其造成的影响通常是不可逆的,即使再充电,电池的可用容量也会有很大损失,寿命会快速衰减。
所以长期放置不用的锂离子电池,一定要记得定期充电,避免因为自放电导致过放,性能受到很大影响。
8)工作温度范围
由于锂离子电池内部化学材料的特性,锂离子电池有一个合理的工作温度范围(常见的数据在-40℃~60℃之间),如果超出了合理的范围使用,会对锂离子电池的性能造成较大的影响。
不同材料的锂离子电池,其工作温度范围也是不一样的。
锂离子电池的工作电压、容量、充放电倍率等参数都会随着温度的变化而发生非常显著的变化。
长时间的高温或低温使用,也会使得锂离子电池的寿命加速衰减。
除了工作温度有限制之外,锂离子电池的存储温度也是有严格约束的,长期高温或低温存储,都会对电池性能造成不可逆的影响。
4.锂离子电池的安全性
锂离子电池的安全性问题,其内在原因是电池内部发生了热失控,热量不断的累积,造成电池内部温度持续上升,其外在的表现是燃烧、爆炸等剧烈的能量释放现象。
由于电池存储能量,在能量释放的过程中,当电池热量产生和累积速度大于散热速度时,电池内部温度就会持续升高。
锂离子电池由高活性的正极材料和有机电解液组成,在受热条件下非常容易发生剧烈的化学副反应,这种反应将产生大量的热,甚至导致的“热失控”,是引发电池发生危险事故的主要原因。
1)SEI膜分解,电解液放热副反应
SEI膜(固态电解质膜)是在锂离子电池首次充放电过程中形成,它是锂离子的优良导体,电子绝缘体,能够保护负极活性物质,不跟电解液发生反应。
可是当电池内部温度达到130℃左右时,SEI膜就会分解,负极完全裸露,电解液在电极表面大量分解放热,导致电池内部温度迅速升高。
这是锂电池内部第一个放热副反应,也是一连串热失控问题的起点。
2)电解质的热分解
由于电解质在负极的放热副反应,电池内部温度不断升高,进而导致电解质内的LiPF6和溶剂进一步发生热分解。
这个副反应发生的温度范围大致在130℃~250℃之间,同样伴随着大量的热产生,进一步推高电池内部的温度。
3)正极材料的热分解
随着电池内部温度的进一步上升,正极的活性物质发生分解,这一反应一般发生在180℃~500℃之间,并伴随大量的热和氧气产生。
不同的正极材料,其活性物质分解所产生的热量是不同的,所释放的氧气含量也有所不同。
磷酸铁锂正极材料由于分解时产生的热量较少,因而在所有的正极材料中,热稳定性最为突出。
镍钴锰三元材料分解时则会产生较多的热量,同时伴有大量的氧气释放,容易产生燃烧或爆炸,因此安全性相对较低。
4)粘结剂与负极高活性物质的反应
负极活性物质LixC6与PVDF粘结剂的反应温度约从240℃开始,峰值出现在290℃,反应放热可达1500J/g。
由以上分析可以看出,锂离子电池的热失控,并不是瞬间完成的,而是一个渐进的过程。
这个过程,一般由过充、大倍率充放电、内短路、外短路、振动、碰撞、跌落、冲击等原因,导致电池内部短时间内产生大量的热,并不断的累积,推动电池的温度不断上升。
一旦温度上升到内部连锁反应的门槛温度(约130℃),锂离子电池内部将会自发的产生一系列的放热副反应,并进一步加剧电池内部的热量累积和温度上升趋势,这一过程还会析出大量的可燃性气体。
当温度上升到内部溶剂和可燃性气体的闪点、燃点时,将会导致燃烧和爆炸等安全事故。