锂离子电池原理、不良项目及成因、涂布方法和充电
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锂离子电池的的原理、配方和工艺流程,正极材料介绍锂离子电池的的原理、配方和工艺流程锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来工作。
随着新能源汽车等下游产业不断发展,锂离子电池的生产规模正在不断扩大。
本文以钴酸锂为例,全面讲解锂离子电池的的原理、配方和工艺流程,锂电池的性能与测试、生产注意事项和设计原则。
一,锂离子电池的原理、配方和工艺流程;一、工作原理1、正极构造LiCoO2 + 导电剂 + 粘合剂 (PVDF) + 集流体(铝箔)2、负极构造石墨 + 导电剂 + 增稠剂 (CMC) + 粘结剂 (SBR) + 集流体(铜箔)3、工作原理3.1 充电过程一个电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达负极,与早就跑过来的电子结合在一起。
正极上发生的反应为:负极上发生的反应为:3.2 电池放电过程放电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。
由此可知,只要负极上的电子不能从负极跑到正极,电池就不会放电。
电子和Li+都是同时行动的,方向相同但路不同,放电时,电子从负极经过电子导体跑到正极,锂离子Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。
3.3 充放电特性电芯正极采用LiCoO2 、LiNiO2、LiMn2O2,其中LiCoO2本是一种层结构很稳定的晶型,但当从LiCoO2拿走x个Li离子后,其结构可能发生变化,但是否发生变化取决于x的大小。
通过研究发现当x >0.5时,Li1-xCoO2的结构表现为极其不稳定,会发生晶型瘫塌,其外部表现为电芯的压倒终结。
所以电芯在使用过程中应通过限制充电电压来控制Li1-xCoO2中的x值,一般充电电压不大于4.2V那么x小于0.5 ,这时Li1-xCoO2的晶型仍是稳定的。
锂离子电池(含动力电池)搅拌和涂布工艺知识及异常处理新能源的锂离子电池发展很快,作为锂离子电池制造,每个工厂都在不断创新新的工艺,而这个工艺的发展速度很快,而真正核心的技术是新材料配方的应用和制作极片(涂布)过程中遇到问题的解决成为一个难点,而这个难点需要系统的知识才能解决,总结十几年的心得体会供大家学习。
主要内容有:一、术语二、正极材料三、负极材料四、陶瓷隔离膜材料五、正极搅拌六、负极搅拌七、陶瓷隔离膜搅拌八、正极涂布九、负极涂布十、陶瓷隔离膜tubu十一、正极底涂印刷一术语1.1 粘度:粘度是指液体受外力作用移动时,分子间产生的内磨擦力的量度;单位是mpa.s,我们测量粘度用旋转粘度计:包括一块平板和一块锥板样品粘度越大,扭矩越大。
扭矩检测器内设有一个可变电容器,其动片随着锥板转动,从而改变本身的电容数值。
这一电容变化反映出的扭簧扭矩即为被测样品的粘度,由仪表显示出来。
1.2 颗粒度:粒的大小。
通常球体颗粒的粒度用直径表示,立方体颗粒的粒度用边长表示。
一般所说的粒度是指造粒后的二次粒子的粒度。
表示粒度特性的几个关键指标:D50/D90/D991.3 比表面积:单位重量的颗粒的表面积之和。
比表面积的单位为m2/kg或cm2/g。
比表面积与粒度有一定的关系,粒度越细,比表面积越大,但这种关系并不一定是正比关系。
1.4 固含量:浆料中固体物质质量占总质量的百分比1.5 透气度:严格来讲应该称为透气度或者透气量。
空气透过织物(PE及PTFE等等)的性能。
以在规定的试样面积、压降和时间条件下,气流垂直通过试样的速率表示。
对于我们所做的陶瓷隔离膜,透气度越大,说明孔隙率小。
1.6 公转:对我们搅拌来讲就是一个浆绕着另一个浆转动叫做公转1.7 自转:是指物件自行旋转的运动,物件会沿著一条穿越身件本身的轴进行旋转,这条轴被称为自转轴。
1.8 搅拌速度:每分钟搅拌的速度,单位是RPM1.9 涂布重量:一般厂家是按照面密度来做,有的移50*100=500m2为单位,有的是以标准的圆1540.25MM2的重量来做为标准单位设计和监控1.10 压实密度:=面密度/(极片碾压后的厚度—集流体厚度) ,单位:g/cm3压实密度,冷压后的不含基材的厚度1.11 振实密度:在规定条件下容器中的粉末经振实后所测得的单位容积的质量,振实密度与压实密度不成正比例关系1.12 克容量:实际指的并不是“电池”的克容量,而是电池内部材料如:磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等等的克容量,每种材料的克容量是不相同的。
锂电池涂布工序是锂电池生产中非常关键的一环,涂布工序的质量直接影响着锂电池的性能和安全性。
然而,在实际生产过程中,涂布工序常常会出现各种故障,影响整个生产线的正常运转。
本文将就锂电池涂布工序常见的故障进行梳理和总结,并提供相应的解决方法,以期为从事锂电池生产的工程师和技术人员提供一定的参考和帮助。
1. 涂布机出现涂布不均匀情况1.1 可能原因:涂布刀片磨损不均匀,导致涂布厚度不均匀;涂布辊与输送辊之间的间隙不一致;涂布材料的粘度不一致。
1.2 解决方法:定期更换涂布刀片,保持其锋利度;调整涂布辊与输送辊的间隙,确保一致;加强涂布材料的粘度控制,确保一致。
2. 涂布机出现漏涂现象2.1 可能原因:涂布刀片损坏或安装不良;输送辊转速过快,导致涂布材料无法被充分涂覆;涂布材料的粘度过高,无法完全附着在电极上。
2.2 解决方法:检查涂布刀片的完好度并及时更换;适当调整输送辊的转速,确保涂布材料可以被充分涂覆;控制涂布材料的粘度,避免过高。
3. 涂布机出现起泡现象3.1 可能原因:涂布材料的挥发性成分过快,导致涂布过程中产生气泡;涂布刀片与电极间的间隙不一致,导致气体无法顺利逸出。
3.2 解决方法:调整涂布材料的挥发性成分,避免过快;确保涂布刀片与电极间的间隙一致,避免气泡产生。
4. 涂布机出现堵塞现象4.1 可能原因:涂布材料中有杂质,导致管道堵塞;输送辊转速过慢,无法及时排出涂布材料。
4.2 解决方法:加强涂布材料的过滤工作,确保无杂质;适当调整输送辊的转速,确保涂布材料能够顺利流动。
5. 涂布机出现电极破损现象5.1 可能原因:输送辊表面粗糙,易划伤电极;涂布刀片安装不稳,易引起电极损伤。
5.2 解决方法:定期对输送辊进行维护和更换,确保表面光滑;定期检查涂布刀片的安装情况,确保稳定可靠。
总结:通过对锂电池涂布工序常见故障和解决方法的梳理和总结,我们可以看到,涂布工序的质量受到多种因素的影响,需要全面而细致的管理和维护。
锂离子电池的工作原理
锂离子电池是一种常见的二次电池,被广泛应用于挪移设备、电动车辆和储能系统等领域。
它的工作原理主要涉及锂离子在正负极之间的迁移和电化学反应。
1. 正极材料:锂离子电池的正极通常使用锂化合物,如锰酸锂(LiMn2O4)、钴酸锂(LiCoO2)或者磷酸铁锂(LiFePO4)。
这些材料具有高电压和良好的循环寿命。
2. 负极材料:锂离子电池的负极通常使用石墨材料。
在充电过程中,锂离子从正极迁移到负极,被石墨材料插层吸附。
在放电过程中,锂离子从负极脱层并返回正极。
3. 电解质:锂离子电池的电解质通常是有机溶液,如碳酸盐溶液或者聚合物凝胶。
电解质起着导电和离子传输的作用,使得锂离子能够在正负极之间迁移。
4. 分离膜:锂离子电池的正负极之间需要一个分离膜来防止短路。
分离膜通常由聚合物材料制成,具有良好的离子传输性能和电子隔离性能。
5. 充放电过程:在充电过程中,外部电源提供电流,使得锂离子从负极脱层并迁移到正极,同时电解质中的阴离子在电化学反应中参预。
在放电过程中,锂离子从正极迁移到负极,同时电解质中的阳离子参预电化学反应。
6. 反应方程式:以锰酸锂正极和石墨负极其例,充电时的反应方程式为:LiMn2O4 + xLi+ + xe- → Li1+xMn2O4,放电时的反应方程式为:Li1+xMn2O4 → LiMn2O4 + xLi+ + xe-。
锂离子电池的工作原理可以总结为锂离子在正负极之间的迁移和电化学反应。
通过充放电过程,锂离子的迁移实现了电能的转化和储存。
锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和较低的自放电率等优点,因此被广泛应用于各个领域。
锂离子电池原理及工艺流程一、原理正极构造LiCoO2(钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔)负极构造石墨+导电剂(乙炔黑)+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体(铜箔)3.0工作原理3.1 充电过程如上图一个电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达负极,与早就跑过来的电子结合在一起。
正极上发生的反应为LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)负极上发生的反应为6C+XLi++Xe=====LixC63.2 电池放电过程放电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。
由此可知,只要负极上的电子不能从负极跑到正极,电池就不会放电。
电子和Li+都是同时行动的,方向相同但路不同,放电时,电子从负极经过电子导体跑到正极,锂离子Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。
二、工艺流程三、电池不良项目及成因:1.容量低产生原因:a. 附料量偏少;b. 极片两面附料量相差较大;c. 极片断裂;d. 电解液少;e. 电解液电导率低;f. 正极与负极配片未配好;g. 隔膜孔隙率小;h. 胶粘剂老化→附料脱落;i.卷芯超厚(未烘干或电解液未渗透)j. 分容时未充满电;k. 正负极材料比容量小。
2.内阻高产生原因:a. 负极片与极耳虚焊;b. 正极片与极耳虚焊;c. 正极耳与盖帽虚焊;d. 负极耳与壳虚焊;e. 铆钉与压板接触内阻大;f. 正极未加导电剂;g. 电解液没有锂盐;h. 电池曾经发生短路;i. 隔膜纸孔隙率小。
3.电压低产生原因:a. 副反应(电解液分解;正极有杂质;有水);b. 未化成好(SEI膜未形成安全);c. 客户的线路板漏电(指客户加工后送回的电芯);d. 客户未按要求点焊(客户加工后的电芯);e. 毛刺;f. 微短路;g. 负极产生枝晶。
2.简述锂离子电池的主要组成及工作原理。
简述锂离子电池的主要组成及工作原理。
:一锂离子电池的组成及工作原理锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜以及外部连接、包装部件构成。
其中,正极、负极包含活性电极物质、导电剂、粘结剂等,均匀涂布于铜箔和铝箔集流体上。
锂离子电池的正极电位较高,常为嵌锂过渡金属氧化物,或者聚阴离子化合物,如钴酸锂、锰酸锂、三元、磷酸铁锂等;锂离子电池负极物质通常为碳素材料,如石墨和非石墨化碳等;锂离子电池电解液主要为非水溶液,由有机混合溶剂和锂盐构成,其中溶剂多为碳酸之类有机溶剂,锂盐多为单价聚阴离子锂盐,如六氟磷酸锂等;锂离子电池隔膜多为聚乙烯、聚丙稀微孔膜,起到隔离正、负极物质,防止电子通过引起短路,同时能让电解液中离子通过的作用。
在充电过程中,电池内部,锂以离子形式从正极脱出,由电解液传输穿过隔膜,嵌入到负极中;电池外部,电子由外电路迁移到负极。
在放电过程中:电池内部锂离子从负极脱出、穿过隔膜,嵌入到正极中;电池外部,电子由外电路迁移到正极。
随着充、放电,迁移于电池间的是“锂离子”,而非单质“锂”,因此电池被称为“锂离子电池”。
二锂离子电池的安全隐患一般来说,锂离子电池出现安全问题表现为燃烧甚至爆炸,出现这些问题的根源在于电池内部的热失控,除此之外,一些外部因素,如过充、火源、挤压、穿刺、短路等问题也会导致安全性问题。
锂离子电池在充放电过程中会发热,如果产生的热量超过了电池热量的耗散能力,锂离子电池就会过热,电池材料就会发生SEI膜的分解、电解液分解、正极分解、负极与电解液的反应和负极与粘合剂的反应等破坏性的副反应。
1正极材料的安全隐患当锂离子电池使用不当时,导致电池内部温度的升高,使正极材料会发生活性物质的分解和电解液的氧化。
同时,这两种反应能够产生大量的热,从而造成电池温度的进一步上升。
不同的脱锂状态对活性物质晶格转变、分解温度和电池的热稳定性影响相差很大。
2负极材料的安全隐患早期使用的负极材料是金属锂,组装的电池在多次充放电后易产生锂枝晶,进而刺破隔膜,导致电池短路、漏液甚至发生爆炸。
锂离子电池是一种可重复充放电的二次电池,其结构和工作原理如下:
一、结构:
1.正极:主要成分为锂化合物,如钴酸锂、镍钴锰酸锂等,同时还有导电剂和粘结剂。
这些材料共同作用,使正极具有良好的导电性能和机械强度。
2.负极:主要成分为石墨或近似石墨结构的碳材料,同时还有导电剂和粘结剂。
3.隔膜:一种经特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔结构,允许锂离子自由通过,而电子不能通过。
4.电解液:溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂,聚合物的则使用凝胶状电解液。
5.电池外壳:分为钢壳(方型很少使用)、铝壳、镀镍铁壳(圆柱电池使用)、铝塑膜(软包装)等,还有电池的盖帽,也是电池的正负极引出端。
二、工作原理:
在充电过程中,锂离子从正极通过电解液和隔膜向负极迁移;而在放电过程中,锂离子从负极通过电解液和隔膜向正极迁移。
这个过程会伴随着电子的流动以维持电荷平衡。
充电时,正极上的电子经外部电路、负极、隔膜和电解液流回到正极,维持电荷平衡。
放电时,电子则从负极经外部电路、正极和隔膜回到负极,维持电荷平衡。
在锂离子电池中,锂离子在正负极之间的迁移实现了电能与化学能的相互转换。
当锂离子在正负极之间迁移时,它会与电解液中的其他离子相互作用,使得整个电池系统达到动态平衡状态。
锂离子电池常见性能不良的鱼骨图分析锂离子电池行业常见的性能不良的鱼骨图分析。
行业内人士都清楚,电池常见的主要性能指标包含容量、内阻及电压等。
电池生产企业都是百分之百的检验测试合格在出货给客户的。
下面就介绍这三种常见不良的鱼骨图分析,以便于伙伴们后续不良分析及改进提供参考借鉴(注:下图所列明的为涉及5M1E绝大多数主要不良因子,当然不排除还有其他因子,不限于下图的内容。
伙伴们可以结合实际自主完善)。
同时,我们知道这些不良的产生原因,可以针对性的在制造过程中去做些相应的预防及改进,以确保我们的产品质量及提高客户满意度。
有些知名的大企业就是把自己产品的常见的不良作成鱼骨图板报及教材来培训内部员工以提高质量意识。
容量电池的容量:分额定容量和标称容量。
电池的额定容量:是指电池在环境温度为20℃±5℃条件下,以5h 率放电至终止电压时所应提供的电量,用C5表示。
电池的标称容量:是指电池在一定的放电条件下所放出的实际平均电量,主要受放电倍率和温度的影响(注:故严格来讲,电池容量应指明充放电条件)。
内阻电池的内阻:是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力;由欧姆内阻与极化内阻两部分组成。
其中欧姆电阻包括电极本身的电阻、电解质溶液的电阻和离子通过隔膜微孔时受到的阻力、正负极与隔膜的接触电阻等,极化电阻则为电池在充放电时由于电极极化形成的导电阻力;电池内阻值大,会导致电池放电工作电压降低,放电时间缩短。
注:一般以充电态内阻为标准。
测量电池的内阻需用专用内阻仪测量,才能确保所得到的值的精确度。
电压开路电压:是指电池在非工作状态下即电路中无电流流过时,电池正负极之间的电势差;一般情况下,Li-ion电池充满电后开路电压为4.1—4.2V左右,放电后开路电压为3.0V左右。
通过对电池的开路电压的检测,可以判断电池的荷电状态。
工作电压:又称端电压,是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差;Li-ion电池的放电工作电压在3.6V 左右。
锂离子电池及充电方案详解一、锂离子电池的工作原理正极材料通常是由锂离子化合物(如LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等)制成,负极材料通常是石墨。
在充电过程中,锂离子从正极材料中嵌入负极材料中,同时电子从负极流向正极,电池处于充电状态。
在放电过程中,锂离子从负极材料中脱出,返回正极材料,同时电子从正极流向负极,电池处于放电状态。
二、锂离子电池的组成结构1.正极:正极材料通常是由锂离子化合物制成,如LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等。
正极材料的选择和优化直接影响到电池的性能和安全性。
2.负极:负极材料通常是石墨,石墨具有良好的电导性和稳定性,能够承受锂离子的嵌入和脱出。
3.电解液:电解液是锂离子在正负极之间传输的介质,通常由有机溶剂和锂盐组成。
有机溶剂可以是碳酸酯、碳酸酯酮等,锂盐通常是锂盐酸酯。
4.隔膜:隔膜用于隔离正负极,防止短路和电池内部反应的发生。
隔膜通常是由聚合物材料制成,如聚乙烯、聚丙烯等。
三、锂离子电池的充电过程1.恒流充电:在恒流充电阶段,充电电流保持不变,直到电池电压达到预设值。
在这个阶段,锂离子从负极材料脱出,在电解液中迁移至正极材料。
2.恒压充电:当电池电压达到预设值后,进入恒压充电阶段。
在这个阶段,充电电压保持不变,直到充电电流降低到一定程度,电池充满。
四、锂离子电池的充电方案锂离子电池的充电方案可以分为锂离子电池是一种常见的可充电电池,它具有高能量密度、长寿命和较低的自放电率等优点,因此被广泛应用于移动设备、电动汽车和储能系统等领域。
在这篇文章中,我们将详细介绍锂离子电池的原理、充电过程和充电方案。
锂离子电池的原理是利用锂离子在正负极之间的迁移来存储和释放电能。
锂离子电池的正极材料通常是钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)或锰酸锂(LiMn2O4),负极材料是石墨。
在充电过程中,锂离子从正极材料中脱嵌,并通过电解质溶液迁移到负极材料中嵌入。
而在放电过程中,则是相反的过程,锂离子从负极材料中脱嵌,并返回到正极材料中嵌入。
简述锂离子电池的工作原理锂离子电池被广泛应用于笔记本电脑、智能手机、电动车等电子产品中,其由于具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应等特性而备受推崇。
本文章将简要介绍锂离子电池的工作原理。
锂离子电池由一个正极、负极、隔膜和电解质组成,正极通常为氧化物,负极为碳材料。
在电解质中含有锂离子Li+和负离子。
电池放电时,负极向正极传递电子,正极则将锂离子Li+释放出来,这些锂离子沿着电解质移动,穿过隔膜并流向负极。
在负极,锂离子Li+结合电子与碳材料反应,生成锂离子化合物。
这个过程可以通过反应方程式表示出来:负极反应:C + Li+ + e- → LiC正极反应:LiCoO2 → CoO2 + Li+ + e-整个电池反应方程式:LiCoO2 + C → LiC + CoO2在电池充电时,负极中的锂化合物会转化为锂离子Li+并经隔膜和电解质输送到正极,正极中的CoO2即会接受电子与锂离子Li+反应,生成LiCoO2。
整个充电反应的公式如下:负极反应:LiC → C + Li+ + e-正极反应:CoO2 + Li+ + e- → LiCoO2整个电池反应方程式:C + LiCoO2 → LiC + CoO2上述反应表明,锂离子电池充电和放电的原理是通过锂离子在正负极之间不停地移动。
因此,电池的性能取决于正、负极材料的选择和电解液的组成。
为了提高电池的性能,锂离子电池研究人员不断地改进电池材料和电解液的配方。
例如,优化电解液中的添加物可以影响电池的能量密度,增加电池的使用寿命。
同时,不断研发新型的正、负极材料可以增加电池的能量密度和循环寿命。
总结来说,锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等特点,这些优势使得电池在电子设备、电动汽车等领域得到广泛应用。
锂离子电池的工作原理是通过锂离子在正、负极之间的移动实现的,因此,电池材料和电解液的优化是增强电池性能和使用寿命的关键。
锂离子电池原理、常见不良项目及成因、涂布方法和充电锂离子电池的基本知识一般而言,锂离子电池有三部分构成:1.锂离子电芯2.保护电路(PCM)3.外壳即胶壳分类从锂离子电池与手机配合情况来看,一般分为外置电池和内置电池,这种叫法很容易理解,外置电池就是直接装在手上背面,如: MOTOROLA 191,SAMSUNG 系列等;而内置电池就是装入手机后,还另有一个外壳把其扣在手机电池内,如:MOTOROLA 998,8088,NOKIA的大部分机型1.外置电池外置电池的封装形式有超声波焊接和卡扣两种:1.1超声波焊接外壳这种封装形式的电池外壳均有底面壳之分,材料一般为ABS+PC料,面壳一般喷油处理,代表型号有 :MOTOROLA 191,SAMSUNG 系列,原装电池的外壳经喷油处理后长期使用一般不会磨花,而一些品牌电池或水货电池用上几天外壳喷油就开始脱落了.其原因为:手机电池的外壳较便宜,而喷油处理的成本一般为外壳的几倍(好一点的),这样处理一般有三道工序:喷光油(打底),喷油(形成颜色),再喷亮油(顺序应该是这样的,如果我没记错的话),而一些厂商为了降低成本就省去了第一和第三道工序,这样成本就很低了.超声波焊塑机焊接有了好的超声波焊塑机不够的,是否能够焊接OK,还与外壳的材料和焊塑机参数设置有很大关系,外壳方面主要与生产厂家的水口料掺杂情况有关,而参数设置则需自己摸索,由于涉及到公司一些技术资料,在这里不便多讲.1.2卡扣式卡扣式电池的原理为底面壳设计时形成卡扣式,其一般为一次性,如果卡好后用户强行折开的话,就无法复原,不过这对于生产厂家来讲不是很大的难度(卡好后再折开),其代表型号有:爱立信788,MOTOROLA V66.2.内置电池内置电池的封形式也有两种,超声波焊接和包标(使用商标将电池全部包起)超声波焊接的电池主要有:NOKIA 8210,8250,8310,7210等.包标的电池就很多了,如前两年很浒的MOTO998 ,8088了.锂离子电池原理及工艺流程一、原理1.0 正极构造LiCoO2(钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔)正极2.0 负极构造石墨+导电剂(乙炔黑)+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体(铜箔)负极电芯的构造电芯的正极是LiCoO2加导电剂和粘合剂,涂在铝箔上形成正极板,负极是层状石墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上,目前比较先进的负极层状石墨颗粒已采用纳米碳。
根据上述的反应机理,正极采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2,其中LiCoO2本是一种层结构很稳定的晶型,但当从LiCoO2拿走XLi后,其结构可能发生变化,但是否发生变化取决于X的大小。
通过研究发现当X>0.5时Li1-XCoO2的结构表现为极其不稳定,会发生晶型瘫塌,其外部表现为电芯的压倒终结。
所以电芯在使用过程中应通过限制充电电压来控制Li1-XCoO2中的X值,一般充电电压不大于4.2V那么X小于0.5 ,这时Li1-XCoO2的晶型仍是稳定的。
负极C6其本身有自己的特点,当第一次化成后,正极LiCoO2中的Li被充到负极C6中,当放电时Li回到正极LiCoO2中,但化成之后必须有一部分Li留在负极C6中,心以保证下次充放电Li的正常嵌入,否则电芯的压倒很短,为了保证有一部分Li 留在负极C6中,一般通过限制放电下限电压来实现。
所以锂电芯的安全充电上限电压≤4 .2V,放电下限电压≥2.5V。
3.0工作原理锂离子电池内部成螺旋型结构,正极与负极之间由一层具有许多细微小孔的薄膜纸隔开。
锂离子电芯是一种新型的电池能源,它不含金属锂,在充放电过程中,只有锂离子在正负极间往来运动,电极和电解质不参与反应。
锂离子电芯的能量容量密度可以达到300Wh/L,重量容量密度可以达到125Wh/L。
锂离子电芯的反应机理是随着充放电的进行,锂离子在正负极之间嵌入脱出,往返穿梭电芯内部而没有金属锂的存在,因此锂离子电芯更加安全稳定。
锂离子电池的正极采用钴酸锂,正极集流体是铝箔;负极采用碳,负极集流体是铜箔,锂离子电池的电解液是溶解了LiPF6的有机体。
锂离子电池的正极材料是氧化钴锂,负极是碳。
当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生茶鞥的锂离子经过电解液运动到负极。
而作为负极的碳呈现层状结构,它有很多微孔,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。
同样道理,党对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,有运动回到正极。
回到正极的锂离子越多,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。
锂离子电池盖帽上有防爆孔,在内部压力过大的情况下,防爆孔会自动打开泄压,以防止出现爆炸的现象。
锂离子电池的性能1、高能量密度与同等容量的NI/CD或NI/MH电池相比,锂离子电池的重量轻,其体积比能量是这两类电池的1.5~2倍。
2、高电压锂离子电池使用高电负性的含元素锂电极,使其端电压高达3.7V,这一电压是NI/CD或NI/MH电池电压的3倍。
3、无污染,环保型4、循环寿命长寿命超过500次5、高负载能力锂离子电池可以大电流连续放电,从而使这种电池可被应用于摄象机、手提电脑等大功率用电器上。
6、优良的安全性由于使用优良的负极材料,克服了电池充电过程中锂枝晶的生长问题,使得锂离子电池的安全性大大提高。
同时采用特殊的可恢复配件,保证了电池在使用过程中的安全性。
※在生产加工中如何保证设计好的C/A比成了生产加工中的关键。
所以在生产中应就以下几个方面进行控制:1.负极材料的处理1)将大粒径及超细粉与所要求的粒径进行彻底分离,避免了局部电化学反应过度激烈而产生负反应的情况,提高了电芯的安全性。
2)提高材料表面孔隙率,这样可以提高10%以上的容量,同时在C/A 比不变的情况下,安全性大大提高。
处理的结果使负极材料表面与电解液有了更好的相容性,促进了SEI膜的形成及稳定上。
2.制浆工艺的控制1)制浆过程采用先进的工艺方法及特殊的化学试剂,使正负极浆料各组之间的表面张力降到了最低。
提高了各组之间的相容性,阻止了材料在搅拌过程“团聚”的现象。
2)涂布时基材料与喷头的间隙应控制在0.2mm以下,这样涂出的极板表面光滑无颗粒、凹陷、划痕等缺陷。
3)浆料应储存6小时以上,浆料粘度保持稳定,浆料内部无自聚成团现象。
均匀的浆料保证了正负极在基材上分布的均匀性,从而提高了电芯的一致性、安全性。
3.采用先进的极片制造设备1)可以保证极片质量的稳定和一致性,大大提高电芯极片均一性,降低了不安全电芯的出现机率。
2)涂布机单片极板上面密度误差值应小于±2%,极板长度及间隙尺寸误差应小于2mm。
3)辊压机的辊轴锥度和径向跳动应不大于4μm,这样才能保证极板厚度的一致性。
设备应配有完善的吸尘系统,避免因浮尘颗粒而导致的电芯内部微短路,从而保证了电芯的自放电性能。
4)分切机应采用切刀为辊刀型的连续分切设备,这样切出的极片不存在荷叶边,毛刺等缺陷。
同样设备应配有完善的吸尘系统,从而保证了电芯的自放电性能。
4.先进的封口技术目前国内外方形锂离子电芯的封口均采用激光(LASER)熔接封口技术,它是利用YAG棒(钇铝石榴石)激光谐振腔中受强光源(一般为氮灯)的激励下发出一束单一频率的光(λ=1.06mm)经过谐振折射聚焦成一束,再把聚焦的焦点对准电芯的筒体和盖板之间,使其熔化后亲合为一体,以达到盖板与筒体的密封熔合的目的。
为了达到密封焊,必须掌握以下几个要素:1)必须有能量大、频率高、聚焦性能好、跟踪精度高的激光焊机。
2)必须有配合精度高的适用于激光焊的电芯外壳及盖板。
3)必须有高统一纯度的氮气保护,特别是铝壳电芯要求氮气纯度高,否则铝壳表面就会产生难以熔化的Al2O3(其熔点为2400℃)。
3.1 充电过程如上图一个电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达负极,与早就跑过来的电子结合在一起。
正极上发生的反应为LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)负极上发生的反应为6C+XLi++Xe=====LixC63.2 电池放电过程放电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。
由此可知,只要负极上的电子不能从负极跑到正极,电池就不会放电。
电子和Li+都是同时行动的,方向相同但路不同,放电时,电子从负极经过电子导体跑到正极,锂离子Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。
二、工艺流程锂离子电池的工艺技术非常严格、复杂,这里只能简单介绍一下其中的几个主要工序。
1、制浆:用专门的溶剂和粘结剂分别与粉末状的正负极活性物质混合,经高速搅拌均匀后,制成浆状的正负极物质。
2涂膜:将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面,烘干,分别制成正负极极片。
3、装配:按正极片—隔膜—负极片—隔膜自上而下的顺序放好,经卷绕支持呢个电池极芯,再经注入电解液、封口等工艺过程,即完成电池的装配过程,制成成品电池。
4、化成:用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试,对每一只电池都进行检测,筛选出合格的成品电池,待出厂。
锂离子电池配料的基本知识一、电极的组成:1、正极组成:a、钴酸锂:正极活性物质,锂离子源,为电池提高锂源。
b、导电剂:提高正极片的导电性,补偿正极活性物质的电子导电性。
提高正极片的电解液的吸液量,增加反应界面,减少极化。
c、 PVDF粘合剂:将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合在一起。
d、正极引线:由铝箔或铝带制成。
2、负极组成:a、石墨:负极活性物质,构成负极反应的主要物质;主要分为天然石墨和人造石墨两大类。
b、导电剂:提高负极片的导电性,补偿负极活性物质的电子导电性。
提高反应深度及利用率。
防止枝晶的产生。
利用导电材料的吸液能力,提高反应界面,减少极化。
(可根据石墨粒度分布选择加或不加)。
c、添加剂:降低不可逆反应,提高粘附力,提高浆料黏度,防止浆料沉淀。
d、水性粘合剂:将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。
e、负极引线:由铜箔或镍带制成。
二、配料目的:配料过程实际上是将浆料中的各种组成按标准比例混合在一起,调制成浆料,以利于均匀涂布,保证极片的一致性。
配料大致包括五个过程,即:原料的预处理、掺和、浸湿、分散和絮凝。
三、配料原理:(一)、正极配料原理1、原料的理化性能。
(1)钴酸锂:非极性物质,不规则形状,粒径D50一般为6-8 μm,含水量≤0.2%,通常为碱性,PH值为10-11左右。