鋰離子電池工作原理及工藝方法

1、鋰離子電池工作原理及工藝方法 鋰離子電池名稱簡介    現(xiàn)已廣泛被大家使用的鋰離子電池是由鋰電池發(fā)展而來的。所以在認(rèn)識鋰離子電池之前，我們先來介紹一下鋰電池。    舉例來講，以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的負(fù)極材料是鋰金屬，正極材料是碳材。按照大家習(xí)慣上的命名規(guī)律，我們稱這種電池為鋰電池。     鋰離子電池的正極材料是氧化鈷鋰，負(fù)極材料是碳材。電池通過正極產(chǎn)生的鋰離子在負(fù)極碳材中的嵌入與遷出來實現(xiàn)電池的充放電過程，為了區(qū)別于傳統(tǒng)意義上的鋰電池，所以

2、人們稱之為鋰離子電池。 鋰離子電池的廣泛用途    發(fā)展高科技的目的是為了使其更好的服務(wù)于人類。鋰離子電池自1990年問世以來，因其卓越的性能得到了迅猛的發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用于社會。鋰離子電池以其它電池所不可比擬的優(yōu)勢迅速占領(lǐng)了許多領(lǐng)域，象大家熟知的移動電話、筆記本電腦、小型攝像機(jī)等等，且越來越多的國家將該電池應(yīng)用于軍事用途。應(yīng)用表明，鋰離子電池是一種理想的小型綠色電源。鋰離子電池的主要構(gòu)成（1）電池蓋（2）正 極-活性物質(zhì)為氧化鈷鋰（3）隔 膜-一種特殊的復(fù)合膜（4）負(fù) 極-活性物質(zhì)為碳（5）有機(jī)電解液（6）電池殼

3、 鋰離子電池的優(yōu)越性能    我們經(jīng)常說的鋰離子電池的優(yōu)越性是針對于傳統(tǒng)的鎳鎘電池（Ni/Cd）和鎳氫電池（Ni/MH）來講的。那么，鋰離子電池究竟好在哪里呢？（1）工作電壓高（2）比能量大（3）循環(huán)壽命長（4）自放電率低（5）無記憶效應(yīng)（6）無污染以下是鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池性能的對比：技術(shù)參數(shù)         鎳鎘電池      鎳氫電池    

4、0; 鋰離子電池 工作電壓（V）      1.2           1.2            3.6重量比能量(Wh/Kg  50           

5、 65          105-140體積比能量(Wh/l   150           200            300充放電壽命(次     500 

6、0;         500           1000自放電率（%/月）  25-30         30-35           6-9有無記憶效應(yīng)  

7、;     有            有             無有無污染           有       

8、60;    無             無 （注：充電速率均為1C）  鋰離子電池的工作原理    大家都已知道，鋰離子電池的正極材料是氧化鈷鋰，負(fù)極是碳。    鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當(dāng)對電池進(jìn)行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多

9、微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。    同樣道理，當(dāng)對電池進(jìn)行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運動回到正極。回到正極的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。    不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極  負(fù)極  正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給

10、了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。 鋰離子電池的組裝過程     鋰離子電池的工藝技術(shù)非常嚴(yán)格、復(fù)雜，這里只能簡單介紹一下其中的幾個主要工序。（1）制漿      用專門的溶劑和粘接劑分別與粉末狀的正負(fù)極活性物質(zhì)混合，      經(jīng)高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負(fù)極物質(zhì)。（2）涂膜      將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面，烘干，分別制成正 

11、;     負(fù)極極片。（3）裝配      按正極片-隔膜-負(fù)極片-隔膜自上而下的順序放好，經(jīng)卷繞      制成電池極芯，再經(jīng)注入電解液、封口等工藝過程，即完成電      池的裝配過程，制成成品電池。（4）化成      用專用的電池充放電設(shè)備對成品電池進(jìn)行充放電測試，對每一  

12、60;   只電池都進(jìn)行檢測，篩選出合格的成品電池，待出廠。 鋰離子電池的安全特性    鋰離子電池已非常廣泛的應(yīng)用于人們的日常生活中，所以它的安全性能絕對應(yīng)該是鋰離子電池的第一項考核指標(biāo)。對于鋰離子電池安全性能的考核指標(biāo)，國際上規(guī)定了非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，一只合格的鋰離子電池在安全性能上應(yīng)該滿足以下條件。（1）短路：不起火，不爆炸（2）過充電：不起火，不爆炸（3）熱箱試驗：不起火，不爆炸（150恒溫10min）（4）針剌：不爆炸（用3mm釘穿透電池）（5）平板沖擊：不起火，不爆炸（10kg重物自1M高處砸向電池）（6）

13、焚燒：不爆炸（煤氣火焰燒烤電池） 鋰離子電池安全特性是如何實現(xiàn)的？    為了確保鋰離子電池安全可靠的使用，專家們進(jìn)行了非常嚴(yán)格、周密的電池安全設(shè)計，以達(dá)到電池安全考核指標(biāo)。（1）隔膜135自動關(guān)斷保護(hù)采用國際先進(jìn)的Celgard2300PE-PP-PE三層復(fù)合膜。在電池升溫達(dá)到120的情況下，復(fù)合膜兩側(cè)的PE膜孔閉合，電池內(nèi)阻增大，電池內(nèi)部升溫減緩，電池升溫達(dá)到135時，PP膜孔閉合，電池內(nèi)部斷路，電池不再升溫，確保電池安全可靠。（2）向電液中加入添加劑在電池過充，電池電壓高于4.2v的條件下，電液添加劑與電液中其他物質(zhì)聚合，電池內(nèi)阻大副增加

14、，電池內(nèi)部形成大面積斷路，電池不再升溫。（3）電池蓋復(fù)合結(jié)構(gòu)電池蓋采用刻痕防爆結(jié)構(gòu)，電池升溫時，電池內(nèi)部活化過程中所產(chǎn)生的部分氣體膨脹，電池內(nèi)壓加大，壓力達(dá)到一定程度刻痕破裂、放氣。（4）各種環(huán)境濫用試驗    進(jìn)行各項濫用試驗，如外部短路、過充、針刺、平板沖擊、焚燒等，考察電池的安全性能。同時對電池進(jìn)行溫度沖擊試驗和振動、跌落、沖擊等力學(xué)性能試驗，考察電池在實際使用環(huán)境下的性能情況。鋰離子電池是一種新型綠色環(huán)保電池   “愛護(hù)環(huán)境，保護(hù)地球”是我們每一個人義不容辭的責(zé)任。如何把我們的環(huán)境理念在行動上反應(yīng)出來呢？作為電池消費

15、者，應(yīng)該購買、使用新型綠色環(huán)保電池；作為電池制造商，應(yīng)該生產(chǎn)新型綠色環(huán)保電池。只有經(jīng)過大家的共同努力，才能創(chuàng)建、保護(hù)我們美麗和諧的自然環(huán)境。    新型綠色環(huán)保電池是指近年來已投入使用或正在研制開發(fā)的一類高性能、無污染的電池。目前已經(jīng)大量使用的鋰離子電池、金屬氫化物鎳電池和正在推廣使用的無汞堿性鋅錳電池以及正在研制開發(fā)的鋰或鋰離子塑料電池、燃料電池、電化學(xué)貯能超級電容器都屬于新型綠色環(huán)保電池的范疇。此外，目前已廣泛應(yīng)用的利用太陽能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的太陽電池（又稱光伏發(fā)電），也屬于這一范疇。 什么是過充電對電池性能有何影響？ 過充電是指電池經(jīng)一定充電過程充滿電

16、后，再繼續(xù)充電的行為，對Ni-Cd電池，過充電產(chǎn)生如下反應(yīng)： 正極：4OH- - 4e 2H2O + O2 負(fù)極：2Cd + O2 2CdO 由于在設(shè)計時，負(fù)極容量比正極容量要高，因此，正極產(chǎn)生的氧氣透過隔膜紙與負(fù)極產(chǎn)生的鎘復(fù)合。故一般情況下，電池的內(nèi)壓不會有明顯升高，但如果充電電流過大，或充電時間過長，產(chǎn)生的氧氣來不及被消耗，就可能造成內(nèi)壓升高，電池變形，漏液，等不良現(xiàn)象。同時，其電性能也會顯著降低。鋰動力電池的主要構(gòu)成 （）電池蓋（）正極活性物質(zhì)為氧化鈷鋰（）隔膜一種特殊的復(fù)合膜（）負(fù)極活性物質(zhì)為碳（）有機(jī)電解液（）電池殼 鋰動力電池的優(yōu)越性能 我們經(jīng)常說的鋰離子電池的優(yōu)越性是針對于傳統(tǒng)的

17、鎘鎳電池（Ni/cd和氫鎳電池（Ni/cd來講的。那么，鋰離子電池究竟好在哪里呢？（）工作電壓高（）比能量大（）循環(huán)壽命長（）自放電率低（）無記憶效應(yīng)（）無污染 鋰動力電池的組裝過程 鋰動力電池的工藝及技術(shù)要求非常嚴(yán)格、復(fù)雜，這里只能簡單介紹一下其中的幾個主要工序。（）制漿用專門的溶劑和粘貼劑分別與粉末狀的正負(fù)極活性物質(zhì)混合，經(jīng)高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負(fù)極物質(zhì)。（）涂膜將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面，烘干，分別制成正極極片和負(fù)極極片。（）裝配按正極片隔膜負(fù)極片隔膜自上而下的順序放好，經(jīng)卷繞制成電池極芯，再經(jīng)注入電解液、封口等工藝過程，即完成電池的裝配過程，制成成品電池。（）化成用專用的電池充放電設(shè)備對成品電池進(jìn)行充放電測試，對每一只電池都進(jìn)行檢測，篩選出合格的成品電池，待出廠。 鋰動力電池的