锂离子电池工作原理及优缺点
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锂电池技术第一篇:锂电池的基础知识锂电池是将锂离子承载体与正极、负极材料耦合在一起的电池。
它是目前最流行的可充电电池类型之一,广泛用于移动电子产品,例如智能手机、笔记本电脑和平板电脑等。
锂电池的主要优点是能量密度高,电池重量轻,充电时间短,无记忆效应和环保。
在本篇文章中,我们将深入探讨锂电池的基础知识。
1. 锂电池的构造锂电池由正极、负极、电解液和隔膜四部分组成。
正极通常是由锂金属氧化物制成,例如LiCoO2、LiMn2O4和LiFePO4等;而负极通常是由石墨或其他碳质材料制成。
电解液是由锂盐和有机溶剂混合而成的液体,在低温下会变得稠密,高温下会变得稀薄。
隔膜用于防止正负极短路,并使电解液能够流动。
2. 锂电池的工作原理在充电时,正极材料LiCoO2中的锂离子会向负极材料石墨中移动,同时电子流从负极流向正极。
当电池充满电时,正极中的锂离子和电子通过电解液和隔膜返回负极,形成一个电动势。
在放电时,这个过程反转,电流从正极流向负极,锂离子离开负极材料,移动到正极材料。
这种化学反应在电池内部不断循环,创造了一种便携式的电力来源。
3. 锂电池的种类主要有三种类型的锂电池:锂离子电池、锂聚合物电池和锂离子钛酸盐电池。
锂离子电池和锂聚合物电池是最常见的锂电池,它们的性能和价格都有所不同。
锂离子钛酸盐电池是一种新型的锂离子电池,具有更高的安全性和更长的寿命。
4. 锂电池的优缺点锂电池在市场上的主要优点是具有高能量密度、体积小、重量轻、可重复充电和高效率的特点。
锂电池的缺点是相对成本高和易受高温影响,容易出现过放和过充的问题。
另外,锂电池的寿命也受到充电次数、环境温度和质量等因素的影响。
总的来说,锂电池是一种广泛应用于移动电子产品、无人机和电动汽车等领域的高科技产品。
在不断创新和发展的过程中,锂电池将为社会的可持续发展做出重要贡献。
第二篇:锂离子电池的应用领域锂离子电池具有高能量密度、轻量化、充电时间短、长寿命和环保等优点,因此在各种应用领域中得到广泛的应用。
深入剖析锂电池保护电路工作原理1. 锂离子电池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,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌,充电时,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。
锂离子电池电压范围2.8V~4.2V,典型电压3.7V,低于2.8V或者高于4.2V,电池都会有损坏风险。
2. 1C和0.1C的概念电池容量的单位是mAh,C指的是电池充放电的倍率,比如一个2000mAh的电池,以1C放电指的是放电电流大小为2000mA,0.1C为200mA,充电也是同样的道理。
3. 锂离子电池的优缺点锂离子电池的主要优点:锂离子电池电压高,能量密度高;循环寿命长,一般可循环500,甚至达到1000次以上;自放电小,室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右;可快速充电,1C充电时容量可以达到标称的80%;工作温度范围宽,一般为-25~45°C,后面有望突破-40-70°C;没有Ni-Cd、Ni-Mh一样的记忆效应,在充电前不必将剩余电量用完;相比较Ni-Cd、Ni-Mh来说环保无污染(不含镉,汞等重金属);锂离子电池的主要缺点:成本高;需要加保护电路板,包括过充和过放保护;不能大电流放电,一般放电电流在0.5C以下,过大的电流导致电池内部发热;安全性差,容易爆炸、起火。
4. 锂电池和锂离子电池的区别锂电池和锂离子电池是两个不同的概念,主要有如下的区别:锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯,负极是锂;锂离子电池是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;锂电池也称一次锂电池,可以连续放电,也可以间歇放电,一旦电能耗尽便不能再用,不能进行充电;锂离子电池也称二次锂电池,可以充放电;5. 锂离子电池充电模式锂离子电池理想充电模式被称为CC CV模式,即恒流恒压模式。
锂电池的工作原理和优缺点随着科技的不断发展,电池逐渐成为各种电子设备的重要部分。
目前,使用最广泛的电池之一是锂电池。
锂电池由于具有高能量密度、长寿命、环保等优点,越来越受到关注和广泛应用。
本文将介绍锂电池的工作原理和优缺点。
一、锂电池的工作原理锂电池是一种以锂化合物为正极和炭素或锂钴氧化物为负极的电池。
正极和负极之间的电解质使得离子在两种极之间移动,产生电流。
当锂离子从正极向负极移动时,正极中的锂离子被氧化,并放出电子,然后电子从正极游走到负极,这个过程称为电解质中的氧化还原反应。
电子在负极上被接受并与锂离子结合形成锂化合物,同时电荷中性化,这个过程称为反应。
锂离子电池的电解质通常由有机液体或聚合物构成。
这种电解质不会引起金属离子的沉积,从而防止电池的短路,这是锂电池和其他电池之间的一个主要区别。
此外,锂电池的负极材料由于具有高比表面积,因此使锂离子的扩散能够更加高效。
二、锂电池的优缺点锂电池的优点1.高能量密度:锂电池可以存储更多的能量,因此它们比其他电池更加容易获取高能量密度。
2.长使用寿命:锂电池的使用寿命比其他电池长,因为它们不容易出现衰减现象。
3.环保:锂电池没有像其他电池那样含有聚氯乙烯等有毒物质,因此对环境的污染相对较少。
4.快速充电:锂电池可以在短时间内得到快速充电,这对于高使用频率的设备而言是非常重要的。
5.低自放电率:锂电池的自放电率较低,这意味着即使电池未用,它也可以保持能量较长时间。
锂电池的缺点1.高成本:锂电池的成本较高,这让它们对于许多预算紧张的人来说不太实用。
2.存放时需要特殊处理:由于锂电池的性质,存放时需要特殊处理,否则容易出现安全问题。
3.容易受热影响:锂电池很容易被高温影响,例如高温或过热可以降低电池的使用寿命。
4.需要保护:锂电池需要被保护以防止短路和其他损坏,否则电池的使用寿命会大大缩短。
三、结论锂电池在能量密度、使用寿命、环保、快速充电和自放电率等方面具有优越性,使其成为电子设备中的重要组成部分。
锂电池的结构及其工作原理锂电池是一种常见的电池类型,广泛应用于现代电子设备、汽车、航空航天等领域。
本文将从锂电池的结构和工作原理两个方面进行详细介绍。
一、锂电池的结构锂电池的主要结构包括正极、负极、隔膜和电解液四个部分。
1. 正极锂电池的正极通常采用的是锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍钴铝氧化物(LiNiCoAlO2)等材料。
正极材料的主要作用是储存锂离子,同时在充放电过程中释放或接收电子。
2. 负极锂电池的负极通常采用的是石墨材料。
负极材料的主要作用是储存锂离子,同时在充放电过程中释放或接收电子。
3. 隔膜锂电池的隔膜通常采用的是聚合物材料。
隔膜的主要作用是防止正负极直接接触,同时允许离子通过,以维持电路的连通性。
4. 电解液锂电池的电解液通常采用的是有机溶剂,如碳酸二甲酯、乙二醇甲醚等。
电解液的主要作用是提供离子传输的介质,同时在充放电过程中接受或释放锂离子。
二、锂电池的工作原理锂电池的工作原理可以分为充电和放电两个过程。
1. 充电过程在锂电池充电时,正极材料中的锂离子会向负极材料移动,同时释放电子。
负极材料中的锂离子则会向电解液中移动,形成Li+离子。
在这个过程中,隔膜会阻止正负极直接接触,同时允许离子通过。
电解液中的有机溶剂会接受正极材料中释放出来的电子,以维持电路的连通性。
2. 放电过程在锂电池放电时,正极材料中的锂离子会向负极材料移动,并接受负极材料中释放出来的电子。
负极材料中的锂离子则会向电解液中移动,形成Li+离子。
在这个过程中,隔膜会阻止正负极直接接触,同时允许离子通过。
电解液中的有机溶剂会释放出电子,以维持电路的连通性。
三、锂电池的优缺点锂电池相比于传统的镍氢电池、镍镉电池等电池类型,具有以下优点:1. 高能量密度:锂电池的能量密度相对较高,可以提供更长的使用时间。
2. 长寿命:锂电池的循环寿命相对较长,可以重复充放电多次。
3. 环保:锂电池不含有重金属等有害物质,对环境和人体健康无害。
锂电池的结构及其工作原理随着科技的不断发展,电子产品不断更新换代,电池也成为人们生活中必不可少的能源。
锂电池作为一种高效、环保、长寿命的电池,越来越受到人们的青睐。
本文将介绍锂电池的结构及其工作原理。
一、锂电池的结构锂电池是由正极、负极、隔膜和电解液组成的。
正极材料是锂化合物,如LiCoO2、LiMn2O4等;负极材料是碳材料,如石墨等;隔膜是一种防止正负极直接接触的材料,一般使用聚烯烃或聚酰亚胺等高分子材料;电解液是一种含有锂盐和有机溶剂的液体。
二、锂电池的工作原理锂电池的工作原理是通过正极和负极之间的化学反应来产生电能。
当锂离子从正极材料LiCoO2中脱离出来,进入电解液中,通过隔膜到达负极材料石墨上,与石墨中的碳原子结合成LiC6,释放出电子,形成电流。
当电池充电时,电流反向流动,将锂离子从石墨中释放出来,回到正极材料LiCoO2中,完成充电过程。
锂电池的充放电过程涉及到电化学反应,其反应方程式如下:放电:LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-充电:Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- → LiCoO2其中,x代表锂离子的插入和脱离程度,一般在0<x<1之间变化。
三、锂电池的优缺点锂电池作为一种新型的电池,具有以下优点:1、高能量密度:锂电池的能量密度比其他电池高,可以提供更长的使用时间。
2、长寿命:锂电池的寿命比其他电池长,可以进行更多的充放电循环。
3、无记忆效应:锂电池没有记忆效应,可以随时充电。
4、环保:锂电池没有污染物排放,对环境友好。
但锂电池也有一些缺点:1、成本高:锂电池的生产成本比其他电池高。
2、安全性差:锂电池在充放电过程中会产生热量,如果不合理使用,容易引起安全事故。
3、容量衰减:锂电池在使用过程中容量会逐渐衰减。
四、锂电池的应用锂电池已经广泛应用于移动通信、数码产品、电动工具、电动汽车等领域。
由于其高能量密度、长寿命、环保等优点,锂电池将会成为未来电池领域的主流产品。
锂电池的工作原理锂电池是一种常见的二次电池,广泛应用于挪移设备、电动车辆和储能系统等领域。
它具有高能量密度、长寿命和环保等优点,因此备受关注。
本文将详细介绍锂电池的工作原理,包括锂离子的运动机制、正负极材料的反应过程以及电池的充放电过程。
1. 锂离子的运动机制锂电池的工作原理基于锂离子在正负极材料之间的迁移。
在充电过程中,锂离子从正极材料(通常是锂钴酸锂)释放出来,经过电解质(通常是有机溶液)挪移到负极材料(通常是石墨)上嵌入。
在放电过程中,锂离子从负极材料解嵌出来,重新回到正极材料上嵌入,完成电池的循环使用。
2. 正负极材料的反应过程在充电过程中,正极材料(锂钴酸锂)中的Co3+被氧化为Co4+,同时释放出锂离子。
负极材料(石墨)中的碳层结构会嵌入锂离子,形成锂化合物。
在放电过程中,正负极材料的反应过程反转,Co4+被还原为Co3+,同时锂离子从负极材料解嵌出来。
3. 电池的充放电过程充电过程中,电池外部施加的电压会使锂离子从正极材料释放出来,经过电解质挪移到负极材料上嵌入。
放电过程中,电池外部负载会导致正负极之间的电位差,使锂离子从负极材料解嵌出来,重新回到正极材料上嵌入。
这样,锂离子的循环迁移实现了电池的充放电过程。
4. 锂电池的组成锂电池由正负极材料、电解质和隔膜组成。
正负极材料是锂电池的主要能量储存部份,电解质用于传导锂离子的挪移,隔膜则起到隔离正负极材料的作用。
常见的正负极材料有锂钴酸锂、锂铁磷酸锂和锂镍锰酸锂等。
电解质通常采用有机溶液,如碳酸盐溶液或者聚合物凝胶。
隔膜普通由聚合物材料制成。
5. 锂电池的优缺点锂电池具有许多优点,如高能量密度、长寿命、轻巧便携和环保等。
它们还能够快速充电和放电,具有较低的自放电率。
然而,锂电池也存在一些缺点,如高成本、热失控风险和有限的循环寿命等。
此外,锂电池的材料资源有限,对环境造成一定的影响。
总结:锂电池的工作原理基于锂离子在正负极材料之间的迁移,充放电过程中锂离子的嵌入和解嵌实现了能量的储存和释放。
锂离子电池的原理锂离子电池(Lithium-ion battery)作为当前最常用的可充电电池类型之一,广泛应用于手机、平板电脑、电动汽车等领域。
本文将介绍锂离子电池的原理及其工作机制。
一、电池结构锂离子电池主要由正极、负极、电解质和隔膜等组成。
其中,正极通常由含锂金属氧化物(如LiCoO2、LiMn2O4)制成,负极则由石墨或者炭材料(如石墨烯)构成。
电解质一般是有机溶液,常用的是碳酸锂溶液。
隔膜则用于隔离正负极,防止短路。
二、充放电过程锂离子电池的充放电过程可以分为两个部分:锂离子的嵌入与脱出过程和电子的迁移过程。
1. 充电过程:(1)锂离子从正极脱嵌,并通过电解液中的离子传导到负极;(2)负极的石墨材料接受锂离子,并通过电子传导网络获得电荷,同时释放电子。
2. 放电过程:(1)锂离子从负极嵌入到正极的金属氧化物中;(2)正极的金属氧化物接受锂离子,并释放出电子,电子通过外部电路产生电流。
三、原理分析锂离子电池的工作原理可以通过以下三个主要过程解释:1. 锂离子在正负极之间的迁移在充电过程中,正极的金属氧化物会失去锂离子,经过电解质中离子传导过程,锂离子转移到负极的石墨材料上。
而在放电过程中,锂离子则从负极的石墨材料中嵌入到正极的金属氧化物中。
2. 电子的迁移在充电过程中,负极的石墨材料失去电子,并通过电子传导网络传输到正极,同时接受来自外部电源的电荷。
而在放电过程中,正极的金属氧化物接受到来自负极电子传导网络的电子,释放出电荷。
3. 正负极材料的化学反应在充放电过程中,正负极材料都会发生化学反应。
例如,正极的金属氧化物在放电过程中会与锂离子结合形成化合物,而在充电过程中则会与锂离子分离。
四、优缺点锂离子电池的优点包括高能量密度、无记忆效应、自放电率低、循环寿命长等,因此被广泛应用于便携式电子设备和电动交通工具等领域。
然而,锂离子电池也存在一些缺点,如较高的成本、充放电速率受限、安全性问题等。
锂离子聚合物电池的工作原理一、引言锂离子聚合物电池是一种高能量密度的电池,广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。
其具有体积小、重量轻、使用寿命长等优点,成为了替代传统镍镉电池和镍氢电池的主流产品。
本文将详细介绍锂离子聚合物电池的工作原理。
二、锂离子聚合物电池的构成1. 正极材料:正极材料是锂离子聚合物电池中最重要的组成部分,其决定了锂离子聚合物电池的性能。
目前常用的正极材料有三种,分别是钴酸锂(LiCoO2)、三元材料(LiNiCoAlO2)和磷酸铁锂(LiFePO4)。
2. 负极材料:负极材料通常采用石墨或者类似石墨结构的碳材料。
3. 电解液:电解液是指在正负极之间传递离子的介质,通常采用含有锂盐(如LiPF6)的有机溶液。
4. 分隔膜:分隔膜是隔离正负极的组成部分,通常采用聚丙烯或聚乙烯等材料制成。
三、锂离子聚合物电池的工作原理1. 充电过程在充电过程中,正极材料LiCoO2会释放出氧化物离子(O2-),同时负极材料石墨会吸收锂离子(Li+)。
这些锂离子会通过电解液移动到负极,同时伴随着电子的流动,从而使整个电池处于充电状态。
2. 放电过程在放电过程中,负极材料石墨会释放出锂离子(Li+),同时正极材料LiCoO2会接受这些锂离子并释放出氧化物离子(O2-)。
这些锂离子通过分隔膜移动到正极,同时伴随着电子的流动,从而使整个电池处于放电状态。
3. 反应机理在充放电过程中,正负极材料发生的反应机理如下:(1)正极反应:LiCoO2 + O2- → Li1-xCoO2 + x/2e-(2)负极反应:C6 + xLi+ + xe- → LixC6其中,x表示锂离子的数量。
四、锂离子聚合物电池的优缺点1. 优点(1)高能量密度:锂离子聚合物电池的能量密度可达到150Wh/kg 以上,是传统镍镉电池和镍氢电池的两倍以上。
(2)环保:锂离子聚合物电池不含有重金属等有害物质,对环境友好。
(3)使用寿命长:锂离子聚合物电池具有较长的使用寿命,可充放电1000次以上。
锂离子电池应用储能原因汲取自然清洁能源的重要性不言而喻。
太阳能和风能等可再生能源虽然在效率和成本上有所提升,但其间歇性和波动性使得大规模储能需求凸显。
因此,储能系统在实现能源结构转型中扮演着关键角色。
在诸多储能技术之中,锂离子电池以其高能量密度、长循环寿命和无记忆效应等优势脱颖而出,成为储能领域的佼佼者。
本文将从锂离子电池的储能应用领域、工作原理、优缺点以及未来发展趋势等层面进行深入阐述,旨在揭示其在储能领域中的重要地位和广阔前景。
一、锂离子电池在储能领域的应用1.电网储能电网储能是指在电力系统中引入储能装置,实现电力的时间位移,从而优化电力系统运行。
锂离子电池广泛应用于电网储能领域,主要有以下作用:(1)削峰填谷及负荷调节:锂离代电池可以在电力负荷低谷时储存电能,在高峰时释放电能,从而降低电网的峰谷差,提高电网利用率,优化电力资源配置。
(2)电力质量改善:锂离子电池储能系统具备快速响应能力,可在毫秒级时间内注入或吸收电能,有效抑制电压波动,改善电网电能质量。
(3)可再生能源并网调节:风电和光伏发电存在波动性,锂离代电池可对其进行削峰填谷,实现平滑输出,促进可再生能源并网。
2.家用储能家庭用户可以通过锂离子电池储能系统实现对可再生能源的储存利用,提高能源自给自足率,降低购电成本。
同时,锂离子电池储能还可以为家庭用电提供备用电源,增强供电可靠性。
3.工商业储能工商业领域的储能需求主要包括:备用电源、削峰填谷、需量响应等。
高可靠性、长循环寿命的锂离子电池储能系统可以满足这些需求,促进企业节能减排,提高能源利用效率。
二、、锂离子电池工作原理锂离子电池是一种由正极、负极、隔膜、电解液等组成的二次电池。
在充电过程中,正极中的锂离子通过电解液迁移至负极;而放电过程则正好相反。
该过程的关键是在正、负极间存在着可逆的锂离子嵌入/脱嵌过程。
具体来说:1.正极材料锂离子电池正极材料主要包括层状氧化物(如钴酸锂)、尖晶石氧化物(如锰酸锂)等。
新能源技术被公认为21世纪的高新技术。
电池行业作为新能源领域的重要组成部分,已成为全球经济发展的一个新热点。
当前世界电池工业发展的三个特点,一是绿色环保电池迅猛发展,包括锂离子蓄电池、氢镍电池等;二是一次电池向蓄电池转化,这符合可持续发展战略;三是电池进一步向小、轻、薄方向发展。
锂离子电池是在锂电池的基础上发展起来的一种新型电池,主要由正极、负极、电解液、电极基材、隔离膜和罐材等材料组成。
在商品化的可充电池中,锂离子电池的比能量最高,特别是聚合物锂离子电池,可以实现可充电池的薄形化。
相对于传统的铅酸电池和镍氢、镉镍电池而言,锂离子电池比容量高、循环寿命长、安全性能好,将逐步取代镍氢、镉镍等电池。
锂离子电池广泛的应用于便携式摄放一体机、CD、游戏机、手机、笔记本电脑和电动汽车等方面。
本文就锂离子电池材料的工作原理及优缺点进行简单介绍。
构造及原理
锂离子电池是指以两种不同的能够可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。
充电时,锂离子从正极脱嵌,通过电解质和隔膜,嵌入到负极中;放电时则相反,锂离子从负极脱嵌,通过电解质和隔膜,嵌入到正极中。
以以钴酸锂为正极材料的锂离子电池为例:
充电时的电极反应:
正极:LiCoO2→Li1-x CoO2+xLi+ + xe-
负极:6C + xLi+ + xe-→Li x C6
总反应:LiCoO2 +6C →Li1-x CoO2+Li x C 6
摘自
百度百科;
锂离子电
池
放电时:有恒流放电和恒阻放电,恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可变电阻,恒阻放电的实质都是在电池正负极加一个电阻让电子通过。
正极锂离子电池的正极材料须具备以下主要性质:
1、吉布斯自由能高,以提供较高的电池电压。
2、相对分子量小,能容纳的锂的量多,以提供较大的电池容
量。
3、具有大孔径隧道结构以利于锂离子的嵌入和脱出。
4、极性弱,以保证良好的可逆性。
5、热稳定性良好,以保证工作的安全。
6、重量轻、易于制作。
可以作为正极的材料有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiMnO2、LiFePO4、LiV3O8、LiVO2、LiV2O4、Li6V5O15、LiCo0.2Ni0.8O2、
LiCo0.5Ni0.5O2、LiNi x Mn y Co1-x-y O2。
几种正极材料的性能比较:
负极锂电负极材料要
求具有:
1、正负极的电化学位差
大,从而可获得高功率电
池;
2、锂离子的嵌入反应自由能变化小;
3、锂离子的可逆容量大,理离子嵌入量的多少对电极电位影响不大,这样可以保证电池稳定的工作电压;
4、高度可逆嵌入反应,良好的电导率,热力学稳定的同时还不与电解质发生反应;
5、循环性好,具有较长循环寿命;
6、锂离子在负极的固态结构中具有高扩散速率;
7、材料的结构稳定、制作工艺简单、成本低。
目前,锂离子电池负极材料主要是:炭材料(石墨、无定性炭、炭纤维、焦炭、MCMB、纳米炭管)和非炭材料(合金、金属及其氧化物)。
石墨导电性好,结晶程度高,具有良好的层状结构,十分适合锂离子的反复嵌入-脱嵌,是目前应用最广泛、技术最成熟的负极材料。
锂离子嵌入石墨层间后,形成嵌锂化合Li x C6(0≤x≤1),理论容量可达
372mAh/g(x=1),反应式为:xLi++6C+xe-→Li x C6 。
电解质溶液由于锂离子电池负极的电位与锂接近,比较活泼,在水溶液体系中不稳定,必须使用非水、非质子性有机溶剂作为锂离子的载体。
电解质锂盐是提供锂离子的源泉,保证电池在充放电循环过程中有足够的锂离子在正负极来回往返,从而实现可逆循环。
因此必须保证电极与电解液之间没有副反应发生。
为了满足以上要求就需要将锂盐溶于特定的有机溶剂并控制有机溶剂和锂盐的纯度和水分等指标,以确保电解液在电池工作时充分、有效的发挥作用。
常见的有机溶剂有:环状碳酸酯(PC、EC)、链状碳酸酯(DEC、DMC、EMC)、羧酸酯类(MF、MA、EA、MP…)等;常见的锂盐:LiBF4、LiPF6、LiClO4、LiAsF6等。
此外,为了使电解质溶液的各种性质符合制作电池的要求,还会向其中加入多种添加剂,如:成膜添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂等。
隔膜隔膜尽管并不参与电池中的电化学反应,但却是锂电池中关键的内层组件。
电池的容量、循环性能和充放电电流密度等关键性能都与隔膜有着直接的关系,隔膜性能的改善对提高锂电池的综合性能起着重要作用。
在锂电池中,隔膜吸收电解液后,可隔离正、负极,以防止短路,但同时还要允许锂离子的传导。
而在过度充电或者温度升高时,隔膜还要有高温自闭性能,以阻隔电流传导防止爆炸。
不仅如此,锂电池隔膜还要有强度高、防火、耐化学试剂、耐酸碱腐蚀性、生物相容性好、无毒等特点。
液态电解质锂离子电池所用隔膜可以分为:微孔高分子膜,非织造布及复合隔膜。
由于具有加工成本较低和机械性能较好的优点,微孔高分子膜膜使用最广泛。
非织造布的优点
是成本低和热稳定性好。
而复合隔膜由于提供了极好的热稳定性和对非水电解质的侵润性,近来也引起很大的关注。
保护电路
摘自
百度百科;
锂离子电
池
内部短路示意
内部短路的保护
过度充电、过度放电以及电流过大的情况会导致电池内部发生化学副反应,该副反应加剧后,会严重影响电池的性能与使用寿命,损坏电池结构,并可能产生大量气体,严重时可能使电池内部压力迅速增大引发爆炸,因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路,用于对电池当前的充、放电状态进行监控,以保证电池工作在正常的状态下,防止对电池的损害以避免安全事故。
保护电路中包括过度充电、过度放电保护和短路(电流过大)保护,它主要由集成保护电路IC、贴
片电阻、贴片电容、场效应管(MOSFET) 、有的还有热
敏电阻(NTC)、识别电阻(ID)、保险丝(FUSE)等构成。
锂离子电池的优点
一、超长寿命,锂离子电池的循环寿命可以达到两千次以上、使用寿命可以达到7~8年,远高于长寿命的铅酸二次电池。
二、快速充电,1C充电30分钟容量可以达到标称容量的80%以上,磷酸铁锂电池可以达到10分钟充电到标称容量的90%。
三、耐高温,锰酸锂和钴酸锂电池的电热峰值可达200℃左右,而磷酸铁锂达到了350℃—500℃。
四、工作电压高,单体电池的工作电压高达3.7-3.8V(磷酸铁锂的是3.2V),是Ni-Cd、Ni-MH电池的3倍。
六、无记忆效应,可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作,容量会迅速低于额定容量值,这种现象叫做记忆效应。
锂离子电池无此现象,电池无论处于什么状态,可随充随用,无须先放完再充电。
七、体积比能量、质量比能量高,能达到的实际质量比能量为555Wh/kg左右,即材料能达到150mAh/g以上的比容量(3--4倍于Ni-Cd,2--3倍于Ni-MH),已接近于其理论值的约88%。
同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3,重量是铅酸电池的1/3。
八、自放电小,室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右,大大低于Ni-Cd的25-30%,Ni-MH的30-35%。
九、工作温度范围宽,工作温度约在-25~+45℃,随着电解质和正极材
料的改进,尚可拓到-40~70℃。
八、没有环境污染,绿色环保电池的佼佼者,而残留容量的测试又比较方便,无需维修。
锂离子电池的缺点
一、衰老,与其它充电电池不同,锂离子电池的容量会缓慢衰退,与使用次数无关,而与温度有关。
可能的机制是内阻逐渐升高,所以,在工作电流高的电子产品更容易体现。
用钛酸锂取代石墨似乎可以延长寿命。
储存温度与容量永久损失速度的关系:
二、不耐受过度充电、过度放电和大电流放电,因此需要保护电路、排气孔等多重保护机制。
三、电池成本较高。
主要表现在LiCoO2的价格高(Co的资源较少),电解质体系提纯困难。
经过阅读各类的参考资料,我发现锂离子电池这个课题涉及的知识领域非常广,集合了多种高新技术和新型材料。
而我们选择的材料部分不但射击多种无机材料、有机溶剂、复合材料,而且精细到了纳
米层面,还有很多的知识等着我们去学习。
经过对锂离子电池的了解,我觉得锂离子电池世纪具有发展前景的跨时代的发明。
它利用锂元素分子量小而性质活泼而且相对氢更易于保存的特性不仅性能相对于传统二次电池有了很大的提高而且更加节能环保、更加轻便。
当然锂离子电池的广泛应用离不开材料科学的发展,比如磷酸铁锂正极材料的发现使得电动汽车、电动自行车等很快用上力锂离子动力电池;而钛酸锂负极材料有望解决锂离子电池的容量随使用缩减的问题。
但我认为要想让锂离子电池帮助人们打开未来能源时代,真正的成为“未来电池”,终究还是要靠原理的改进甚至革新。