鋰離子電池工作原理

1、1鋰離子電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池基礎(chǔ)知識鋰是鋰離子電池的核心，它是最輕的金屬元素，金屬鋰的比重只有水的一半，鋁是較輕的金屬，鋰的比重只有鋁的五分之一。鋰的電負(fù)性是所有金屬中最負(fù)的，鋰離子的還原電位高達(dá)3V。根據(jù)計算，1克鋰轉(zhuǎn)化為鋰離子時所能得到的電荷數(shù)為3860mAh，加之它的大于3V的工作電壓，鋰作為電池的負(fù)極材料當(dāng)之無愧輕量級的大力士。早期負(fù)極為金屬鋰的“鋰電池”，但金屬鋰的化學(xué)活性太大，充電時產(chǎn)生的枝晶會使電池短路，目前尚未真正解決

2、其安全問題。經(jīng)過長期的探索、研究，發(fā)現(xiàn)鋰可與許多金屬形成合金，其活性要小許多，更奇妙的是鋰可以在許多層狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)中可逆地嵌入和脫出。鋰以這些材料為載體就安全多了。鋰離子電池的未來將發(fā)展新的正負(fù)極材料，如部分動力電池：負(fù)極LiC正極LiMn2O4鋰聚合物電池。在正、負(fù)電極粘結(jié)劑、電解質(zhì)三者中任何一種使用高分子聚合物的鋰離子電池就可以成為鋰聚合物電池?，F(xiàn)在常見的是使用高分子膠體取代常規(guī)液體電解質(zhì)的鋰聚合物電池。1.1鋰離子電池簡介鋰離子電

3、池簡介?正極采用鋰化合物L(fēng)iXCoO2、LiXNiO2、LiFePO4或LiXMnO2?負(fù)極采用鋰碳層間化合物L(fēng)iXC6。?電解質(zhì)為溶解有鋰鹽LiPF6、LiAsF6等有機(jī)溶液。充電池時充電池時，此時正極上的電子從通過外部電路跑到負(fù)極上，正鋰離子Li從正極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。Li從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)。負(fù)極處于富鋰狀態(tài)。放電有恒流放電和

4、恒阻放電，恒流放電其實(shí)是在外電路加一個可以隨電壓變化而變化的可變電阻，恒阻放電的實(shí)質(zhì)都是在電池正負(fù)極加一個電阻讓電子通過。由此可知，只要負(fù)極上的電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會放電。電子和Li都是同時行動的，方向相同但路不同，放電時，電子從負(fù)極經(jīng)過電子導(dǎo)體跑到正極，鋰離子Li從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。離子電池又稱為“搖椅電池”，是指以可供鋰離子嵌入脫嵌的物質(zhì)作

5、為正、負(fù)極的二次電池。電解質(zhì)一般采用溶解有鋰鹽的有機(jī)溶液電解質(zhì)一般采用溶解有鋰鹽的有機(jī)溶液，根據(jù)所用電解質(zhì)的狀態(tài)，可分為液態(tài)鋰離子電池、聚合物鋰離子電池和全固態(tài)鋰離子電池。1.2鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理(1)鋰離子電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理鋰離子電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理一個鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、電解液及隔膜組成，外加正負(fù)極引線，安全閥，PTC（正溫度控制端子），電池殼等。雖然鋰離子電池種類繁多，但其工作原理大致相同。充電時，鋰離

6、子從正極材料中脫嵌，經(jīng)過隔膜和電解液，嵌入到負(fù)極材料中，放電以相反過程進(jìn)行。以典型的液態(tài)鋰離子為例，當(dāng)以石墨為負(fù)極材料，以LiCoO2為正極材料時，其充放電原理為：?正極反應(yīng)：LiCoO2==Li1xCoO2xLixe?負(fù)極反應(yīng)：6CxLixe==LixC6?電池總反應(yīng)：LiCoO26C==Li1xCoO2LixC6?放電時發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。充電時，Li從LiCoO2中發(fā)生脫嵌，釋放一個電子，C3被氧化為C4，與此同時，Li經(jīng)過隔膜

7、和電解液遷移到負(fù)極石墨表面，進(jìn)而插入到石墨結(jié)構(gòu)中，石墨結(jié)構(gòu)同時得到一個電子，形成鋰—碳層間化合物L(fēng)ixC6，放電時過程則相反，Li從石墨結(jié)構(gòu)脫插，嵌入到正極LiCoO2中。（2）鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)）鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)①能量密度高，輸出功率大。②平均輸出電壓高(約3.6V)，為NiCd、NiMH電池的三倍。游離酸（以HF計）≤50ppm電導(dǎo)率（25℃）10.40.5ms／cm2鋰離子電池生產(chǎn)工藝流程鋰離子電池生產(chǎn)工藝流程圓柱型鋰離子電池的制造

8、工藝流程圓柱型鋰離子電池的制造工藝流程正極配料來料檢驗(yàn)負(fù)極配料正極涂布負(fù)極涂布正極制片負(fù)極制片隔膜卷繞入殼烘烤短路檢驗(yàn)滾槽注液封口化成密封性檢驗(yàn)分容外包裝出廠出廠檢驗(yàn)濕度控制3鋰離子電池生產(chǎn)用的主要設(shè)備鋰離子電池生產(chǎn)用的主要設(shè)備（1）真空行星攪拌機(jī)）真空行星攪拌機(jī)（將各種電池材料均勻的攪拌成漿狀）（2）電極涂布機(jī)：）電極涂布機(jī)：攪拌后的漿料均勻涂膜在金屬箔片上。對漿料的涂布厚度精確到3微米以下。（3）輥壓機(jī)）輥壓機(jī)（涂布后的極片進(jìn)一步壓

9、實(shí)，提高電池的能量密度）（4）極片分切設(shè)備）極片分切設(shè)備（5）全自動超聲焊接導(dǎo)電柄設(shè)備）全自動超聲焊接導(dǎo)電柄設(shè)備（6）卷繞機(jī)：）卷繞機(jī)：（將制造好的極片卷繞成電池）（7）手套箱：）手套箱：（保證在低濕度環(huán)境下將電解液與卷芯封裝在一起）負(fù)極配料正極涂布負(fù)極涂布正極制片負(fù)極制片正極焊片負(fù)極焊片裁隔膜正極配料正極隔膜負(fù)極全檢、吸塵一測短路壓芯包底、放絕緣片、包頂入殼二測短路激光焊烘烤脫氣高溫老化注電解液預(yù)充壓鋼珠清洗常溫擱置分容出貨檢驗(yàn)貼面墊