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锂电池相关知识

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SurfacemodificationofpureniobiumbyplasmanitridingC.Borcza,C.M.Lepienskib,S.F.Brunattoc,⁎aProgramadePós-GraduaçãoemEngenhariaMecânica(PG-Mec),UniversidadeFederaldoParaná(UFPR),81531-990,Curitiba,PR,Brazil

bDepartamentodeFísica,UniversidadeFederaldoParaná(UFPR),81531-990,Curitiba,PR,Brazil

cDepartamentodeEngenhariaMecânica,PlasmaAssistedManufacturingTechnology&PowderMetallurgyGroup,UniversidadeFederaldoParaná,81531-990,Curitiba,PR,Brazil

abstractarticleinfoArticlehistory:Received27November2012Acceptedinrevisedform10March2013Availableonline17March2013

Keywords:NiobiumPlasmanitridingPlasmaheatingSputtering

Plasmanitridingofpureniobiumwasinvestigatedusingadcsquarewaveformpulsedpowersupplyof5.0kW,aimingtochangethematerialsurfacecharacteristicsduetoheatingandphysical–chemicalreactionscausedbytheionsandfastneutralbombardmentduringthetreatment.Nitridingwasperformedfortemperaturesof500,750,915and1080°C,at90%N2+10%H2gasmixture,pressureof1200MPa(9Torr),at300sccmgasflowrateandnitridingtimeof7.2ks.CharacterizationofthesampleswascarriedoutbymeansofSEM,XRD,nanoindentationtechnique,scratchtestingandroughnessanalysis.Strongincreaseofthesurfacehardnesswasverified.Nanoindentationresultsindicatevaluesontheorderof2.5GPaforpureniobiuminthestartcon-dition(asnon-nitrided)andupto21GPaintheas-nitridedcondition.TheXRDpatternsshowthepresenceofε-NbNandβ-Nb2NhexagonalphasesinadditiontotheoriginalNbpeaks.Significantchangesonsurfacemor-

phologyandroughnessofthetreatedsampleswereobservedforthestudiedconditionsandarediscussedcon-sideringthesputteringandplasmaspeciesbombardmenteffect.©2013ElsevierB.V.Allrightsreserved.

1.IntroductionPlasmanitridingisathermochemicalsurfacetreatmentwidelyusedtotreatsteelsandalloys.Itisoneofthemostversatilenitridingprocesseswithmanyadvantagesovertheconventionalsalt-bathandgasnitriding[1].Itiswidelyusedinmanyindustrialapplications,aimingtoimprovespecificpropertiesofthetreatedsurfaces,suchaswearandfatigueresistance,surfacehardness,corrosionresistance,andreducedfriction.Ontheotherhand,nitridesandcarbidesoftransitionmetalsofgroupsIV,VandVIusuallyshowphysical–chemicalcharacteristicsofinterestinmechanicalfieldashighhardness,goodabrasionwearresis-tance,corrosionresistanceandexcellentthermalstability[2–4].Duetotheseaspects,suchmaterialsarepotentialcandidatestobeusedinspe-cialalloysascoatings,orevenasbasemetallicmaterialsforspecialap-plications,havingtheirsurfacesalteredbythermochemicaltreatments[5–10].DifferentfromverificationforMoandTibasemetalsandalloys[9–16],fewworkscomprisingplasmanitridingandtreatmentofniobi-umhavebeenpublishedinspecializedliterature[5,6,17–19].Aspresentedin[20],niobiumisarefractoryandductileb.c.c.(bodycenteredcubic)metal.Itdoesnottarnishoroxidizeatroomtempera-ture.Itsmechanicalpropertiesarehighlydependentofthecontentofinterstitialelements.Forinformationpurpose,highpurityannealedniobium(for100–200ppmofinterstitialcontaminantcontents)pre-sentshardnessof80HV,tensilestrengthof275MPa,yieldstrengthof207MPa,elasticmodulusof103GPa,andveryhighelongation

expressedin%,id.est,itsmaximumcold-workreductionbetweenan-nealsisvirtuallyunlimited[21].Initspurestate,itpromptlyoxidizesathightemperaturesinthepresenceofoxygen,but,whenconnectedwithnitrogenintheformofnitrides,markedimprovementinitsme-chanicalpropertiesandresistancetooxidationathightemperaturesisobserved[21,22].Specificallyregardingtheniobiumnitrides,itisapparentthatthesematerialsarechemicallyinerttomostoftheapplications.Duetothischaracteristic,theyhavebeenincreasinglystudiedandusedfordifferentapplicationscomprisingmicroelectron-ics,micromechanics,superconductivityandothers[19,23–26].Inthepresentwork,plasmanitridingofpureniobiumwasinvesti-gatedfordifferenttreatmenttemperaturesusingadcsquarewaveformpulsedpowersupplyof5.0kW,aimingtodeterminethechangesofthematerialsurfacecharacteristicsduetoheatingandphysical–chemicalreactionscausedbytheionsandfastneutralbombardmentduringtreatment.Specialattentionisgiventothecharacterizationofthetreat-edsurfacesbymeansofnanoindentationtechnique,scratchtesting,scanningelectronmicroscopy,androughnessanalysis,beingthatthechangesonsamplessurfacecharacteristicsarediscussedconsideringthesputteringmechanismandaspectsrelatedtothesurface–plasmainteraction.

2.ExperimentalprocedureSchematicrepresentationoftheplasmanitridingapparatusutilizedinthisworkispresentedinFig.1.Heatingofthesamplewasobtainedbyplasmaspecies(ionsandfastneutrals)bombardment.Theplasmaapparatusconsistedofadcpulsedpowersupplyandastainlesssteeldischargechamberof350mmindiameterand380mminheight,

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锂电池入门知识

锂电池入门知识

锂电池入门知识点锂电池的定义：由锂金属或锂合金作为负极材料，使用非水电解质溶液的电池。

1.锂电池的分类：锂电池大致可以分为锂金属电池和锂离子电池。

锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。

锂离子电池的电化学原理：以采用钴酸锂为正极材料，石墨为负极材料为例。

在充电过程中，锂离子从正极中脱出（脱嵌），然后经过电解质嵌入（插入）负极石墨材料中，形成锂离子的石墨嵌入化合物；而在放电过程中锂离子的运动方式相反。

锂离子电池充放电，正负极材料在常温常压下发生以下氧化还原反应Li1−x Co O2+Li x C6LiCoO2+6C放电过程中的电极反应为：正极（还原反应，得电子）Li1-x CoO2+xLi+e-→LiCoO2负极（氧化反应，失电子）Li x C6→6C+xLi++xe-充放电过程中的电极反应与上述式（1-2）、式（1-3）反应过程相反。

因此，当采用钴酸锂为正极材料和石墨为负极材料时，由于上述氧化还原反应具有良好的可逆性，锂离子电池循环性能优异；由于石墨嵌锂化合物密度低，锂离子电池质量比能量高；由于氧化还原对Li+/Li的电位在金属电对中最负，Li+电池的工作电压比能量高。

2.电池结构及分类锂离子电池通常包含正极、负极、隔膜、电解液和壳体等几个部分。

正负极通常采用一定空隙的多孔电极，由集流体和粉体涂覆层构成。

负极极片由铜箔和负极粉体涂覆层构成，正极极片由铝箔和正极粉体涂覆层构成，正负极粉体涂覆层由活性物质粉体、导电剂、粘结剂及其他助剂构成。

活性物质粉体间和粉体颗粒内部存在的孔隙可以增加电极的有效面积，降低电化学极化。

同时由于电极反应发生在固-液两相界面上，多孔电极有助于减少锂离子电池充电过程中枝晶的生成，有效防止短路。

3.常见的锂离子电池按照外形分为扣式电池、方形电池和圆柱形电池。

锂离子电池的分类方法：外形法分类：扣式电池、圆柱形电池和方形电池电解液法分类：凝胶电解质电池和聚合物电解质电池，正负极材料分类法：磷酸铁锂电池、三元材料电池和钛酸锂电池等壳体分类法：钢壳电池、铝壳电池和软包电池等用途分类法;3C电池和动力电池等方形电池型号：通常用厚度+宽度+长度来表示圆形柱电池：通常用直径+长度+0来表示2.锂离子电池原材料1、正极材料通常为微米级粉体材料。

锂电池基础知识

锂电池基础知识


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锂电池相关性能要求：
过充电性能 • 模拟电池使用过程中可能会面临的非正常充电状 态下安全性能，要求不冒烟，不着火，不爆炸。 • 正极是过充失效的主要控制环节。 • 主要失效原因是正极导致的热失控和化学反应失 控。 过放电性能 • 要求放电到0V不冒烟不起火不爆炸。 • 我们的电池一般只是鼓气，百分百通过。 • 振动挤压性能 • 模拟测试电池抗意外机械破坏时的安全特性。
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主要的化学电池的特长和用途来自二次电池・镍镉畜电池 是一种我们最熟悉的充电式电池。反复地每天使用时，将使 用完的干电池充电即可再次使用。适用于无线电话、电动刷、 电动剃刀等每日经常使用的电器上。 ・镍氢蓄电池 因为具有标准镍镉电池的约2倍的电容量，一次充电可使用更 长使间。是一种使机器小型量轻化的电池。 ・锂离子二次电池 体积小重量轻高能量。是手机等不可缺少的电池。摄像机、 手机等更小更轻时，这种电池偏大。 ・铅蓄电池 从小的电气制品,如汽车用的电瓶、到大的设备,如医院、高 层建筑因火灾等停电时作为非常设备的电池，这些领域使用 较多。
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什么是锂离子电池
锂电池的正极材料是锂金属，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又叫摇椅式电池。 锂层
锂电池的基本知识

锂电池的基本知识

锂电池的基本知识便携式电子产品以电池作为电源。

随着便携式产品的迅猛发展，各种电池的用量大增，并且开发出许多新型电池。

除大家较熟悉的高性能碱性电池、可充电的镍镉电池、镍氢电池外，还有近年来开发的锂电池。

本文主要介绍有关锂电池的基本知识。

这包括它的特性、主要参数、型号的意义、应用围及使用注意事项等。

锂是一种金属元素，其化学符号为Li(其英文名为lithium)，是一种银白色、十分柔软、化学性能活泼的金属，在金属中是最轻的。

它除了应用于原子能工业外，可制造特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池。

在锂电池中它用作电池的阳极。

锂电池也分成两大类：不可充电的及可充电的两类。

不可充电的电池称为一次性电池，它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能(或者还原性能极差)。

而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。

它能将电能转变成化学能储存起来，在使用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的，如电能化学能锂电池的主要特点灵巧型便携式电子产品要求尺寸小、重量轻，但电池的尺寸及重量与其它电子元器件相比往往是最大的及最重的。

例如，想当年的“大哥大”是相当“粗大、笨重”，而今天的手机是如此的轻巧。

其中电池的改进是起了重要作用的：过去是镍镉电池，现在是锂离子电池。

锂电池的最大特点是比能量高。

什么是比能量呢?比能量指的是单位重量或单位体积的能量。

比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。

Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克(重量单位)，L是升(体积单位)。

这里举一个例来说明：5号镍镉电池的额定电压为12V，其容量为800mAh，则其能量为096Wh(12V×08Ah)。

同样尺寸的5号锂－二氧化锰电池的额定电压为3V，其容量为1200mAh，则其能量为36Wh。

这两种电池的体积是相同的，则锂－二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的375倍!一节5号镍镉电池约重23g，而一节5号锂－二氧化锰电池约重18g。

锂电池常用参数详细解析

锂电池常用参数详细解析

锂电池常用参数详细解析能量密度、放电倍率、荷电状态，电池内阻……这一连串的锂电参数、专有名词，对于很多对电池知识了解不多的朋友来说，值得参考学习。

那么，我们使用电池时，那些比较常见的参数、名词，到底是什么意思，现作详细解析？一.能量密度（Wh/L&Wh/kg）电池能量密度，是单位体积或单位质量电池释放的能量，如果是单位体积，即体积能量密度（Wh/L），很多地方直接简称为能量密度；如果是单位质量，就是质量能量密度（Wh/kg），很多地方也叫比能量。

例如，参考能量密度公式，一节锂电池重300g，额定电压为3.7V，容量为10Ah，则其比能量为123Wh/kg。

体积能量密度(Wh/L)=电池容量(mAh)×3.6(V)/（厚度(cm)*宽度(cm)*长度(cm)）质量能量密度(Wh/KG)=电池容量(mAh)×3.6(V)/电池重量二.电池充放电倍率（C）电池充放电倍率是指在规定时间内充进/放出其额定容量（Q）时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。

电池放电倍率的单位一般为C(C-rate的简写)，如0.5C，1C，5C等。

电池的充放电倍率，决定了我们可以以多快的速度，将一定的能量存储到电池里面，或者以多快的速度，将电池里面的能量释放出来。

以XTAR 18650 2600mAh的电池为例：以25A放电，其放电倍率约为9.6C，反过来讲9.6C放电，放电电流为25A，0.1h放电完毕；以2.1A充电，其充电倍率约为0.8C，反过来讲0.8C充电，充电电流为2.1A，1.25h充电完毕。

（注：因锂电池采取恒流恒压充电方式，故其实际充满电的时间要比1.25h长）充放电倍率=充放电电流（A）/额定容量（Ah）三.荷电状态（%）SOC，全称是StateofCharge，荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池放电后剩余容量与其完全充电状态容量的比值。

其取值范围为0~1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。