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鋰離子電池的工作原理說明

更新時(shí)間:2025-02-12點(diǎn)擊次數(shù):85
  1、正極構(gòu)造
  LiCo02+導(dǎo)電劑+粘合劑(PVDF)+集流體(鋁箔)
  2、負(fù)極構(gòu)造
  石墨+導(dǎo)電劑+增劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+集流體(銅箔)
 

負(fù)極構(gòu)造

 

  3、工作原理
  3.1充電過程
  一個(gè)電源給電池充電,此時(shí)正極上的電子e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。此時(shí):
  正極上發(fā)生的反應(yīng)為:
  LiCo0z->LixCoOz+xLi+xe(電子)
  負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為:
 

負(fù)極殺那個(gè)發(fā)生的反應(yīng)

 

  3.2電池放電過程
  放電有恒流放電和恒阻放電,恒流放電其實(shí)是在外電路加一個(gè)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(gè)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(huì)放電。
  電子和Li+都是同時(shí)行動(dòng)的,方向相同但路不同,放電時(shí),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。
 
  3.3充放電特性
  電芯正極采用LiCo02、LiNi02、LiMn202,其中Lico02本是一種層結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定的晶型,但當(dāng)從LiCo02拿走x個(gè)Li離子后,其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化,但是否發(fā)生變化取決于x的大小。通過研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)x>0.5時(shí),Li1-xCo02的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為極其不穩(wěn)定,會(huì)發(fā)生晶型癱塌,其外部表現(xiàn)為電芯的壓倒終結(jié)。所以電芯在使用過程中應(yīng)通過限制充電電壓來控制Li1-xCo02中的x值,一般充電電壓不大于4.2V那么x小于0.5,這時(shí)Li1-xCo02的晶型仍是穩(wěn)定的。
  負(fù)極C6其本身有自己的特點(diǎn),當(dāng)?shù)谝淮位珊螅龢OLiCo02中的Li被充到負(fù)極C6中,當(dāng)放電時(shí)Li回到正極LiCo02中,但化成之后必須有一部分Li留在負(fù)極C6中心,以保證下次充放電Li的正常嵌入,否則電芯的壓倒很短,為了保證有一部分Li留在負(fù)極C6中,一般通過限制放電下限電壓來實(shí)現(xiàn):安全充電上限電壓<4.2V,放電下限電壓≥2.5V。
  記憶效應(yīng)的原理是結(jié)晶化,在鋰電池中幾乎不會(huì)產(chǎn)生這種反應(yīng)。但是,鋰離子電池在多次充放后容量仍然會(huì)下降,其原因是復(fù)雜而多樣的。主要是正負(fù)極材料本身的變化,從分子層面來看,正負(fù)極上容納鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸塌陷、堵塞;從化學(xué)角度來看,是正負(fù)極材料活性鈍化,出現(xiàn)副反應(yīng)生成穩(wěn)定的其他化合物。物理上還會(huì)出現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況,總之zui終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動(dòng)的鋰離子數(shù)目。
  過度充電和過度放電,將對(duì)鋰離子電池的正負(fù)極造成永_久的損壞,從分子層面看,可以直觀的理解,過度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷,過度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去,而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。
  不適合的溫度將引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部其他化學(xué)反應(yīng)生成我們不希望看到的化合物,所以在不少的鋰離子電池正負(fù)極之間設(shè)有保護(hù)性的溫控隔膜或電解質(zhì)添加劑。在電池升溫到一定的情況下,復(fù)合膜膜孔閉合或電解質(zhì)變性,電池內(nèi)阻增大直到斷路,電池不再升溫,確保電池充電溫度正常。
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