電池原理及基本構成

電池原理一、基礎知識1．電池的分類2．原子離子、氧化、還原反應原子是用化學方法不能分開的最小的構成物質的基本單位。原子核和電子構成。原子核內(nèi)有中子和質子，質子帶正電，電子帶負電，中子不帶電。如下圖：因質子與電子的數(shù)目一樣多，所以原子為中性。原子鋰氧化（失e）還原（得e原子鋰氧化（失e）還原（得e）鋰離子中子 ?質子 ?電子離子：（分為正離子或負離子），由失去或得到電子的原子或原子團構成，如Si+，SO4-.（）； ）氧化反應：（如上圖）失去電子為氧化反應；還原反應：（如上圖）得到電子（e）為還原反應。再看鋰原子的電子分布（1S22S1）,2S1層是半充滿，使其軌道中的電子極易失去而發(fā)生氧化反應，這樣鋰的化學性質就非?；顫?，而在自然界中不能以單質存在。同時，鋰失去/得到電子的過程中，有電子的轉移同時伴隨能量的轉移，對鋰來說，得到電子為貯存能量，失去電子為放出能量。二、電池的基本原理和構成由于鋰的化學性質，它很適合做電池材料，用鋰做電池的原理如下：e放電LiLie充電陽極LiLi++eLi++eLi++eLi++e氧化eee放電LiLie充電陽極LiLi++eLi++eLi++eLi++e氧化ee釋放能量量（圖22）Li+LiLiLiLi陰極(圖(圖3)NagativaElectrodeCoppernegativecurrwrtcollectoretzlJeLf0LfLixCeLi-KxNagativaElectrodeCoppernegativecurrwrtcollectoretzlJeLf0LfLixCeLi-Kx)ndudhgatectralylBAluminumpositivecumenicollectorPOSltlVBElectrodeotO(Osygen)

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?Lt1-(Li-ion)chargeLiQoO?+Cg■「. Li1-xCoOs+LixCeDischarge對于我們?nèi)粘Ｉ钏玫哪芰糠绞接袩崮堋幽?、電能等。我們電能的方式是通過導線讓電子流經(jīng)電能的路徑，所以我們是以圖3的方式來利用Li做電子式。圖3就是最早鋰電池原理圖，圖3的電池有很多缺點，例如：Li金屬太活潑，要在氬氣保護下才能操作，制成電池，而且制成的電池安全性不好，改進的方法就是在電池制備過程中，不能用金屬鋰。陰極用能存貯Li+物質，如石墨，Al等。石墨結構如下圖：（圖4）這樣電池就變成如圖5的結構：（圖這樣電池就變成如圖5的結構：（圖5）（圖6）以上就是鋰電池工作的基本原理。下面，我們就講怎樣把以上的原理做成可以實用的商品化的電池。1．陽/陰極制備：目標：制成膜，粘在集流體上難點：石墨（用于陽極）LiCoO2用于陰極都是粉末狀物體，不能成膜。所以陰陽極膜制備如下:材料石墨/LiCoO2粘接劑碳墨增塑劑丙酮用途活性材料把活性材料等粘在一起，使于新膜導電點空八、、―1—溶解粘接劑，把以上物料制漿料成膜集流體的制備：集流體是金屬（Al/Cu）不能與膜片（陰/陽極膜）很好的粘接，所以在集流上也要加粘接劑和碳墨，并用Acetone制漿料，處理集流體。粘接劑粘接劑碳墨丙酮隔離膜的制備：如果我們按照圖6的方式利用電池，電子在導線內(nèi)和用電器中流動，電池內(nèi)部以離子導電方式導電。如果陰/陽極直接接觸，就構成電子通路，造成短路，所以要在陰/陽極間加上隔離膜。（圖7）萃取和加電解液：

如圖7電池結構圖，已經(jīng)保證了電子在外線路流動，陰/陽極沒有短路，但是沒有構成Li+電池內(nèi)運動的良好環(huán)境，沒有Li+運動的介質。在電池內(nèi)要加入電解液，主要成份有機溶劑（EC,DMC,DEC等），Li鹽（LiPF6）。6?于?e?$?于?e?$圖10（放電）為了能讓電池容納足夠量的電解液，要用萃取的方式，把增塑劑（DBP）萃取出來，在膜片上形成孔洞，作為電解液存放和Li+的通道?；桑‵ormation）化成是電池的初使化，因為在Li+第一次充電時，Li+第一次插入到石墨中，會在電池內(nèi)發(fā)生電化學反應。即第一次充電時，會形成SEI層，（SOLIDELECTROLYTEINTERFACE），SEILayer包在石墨層外部，讓Li+順利地插入石墨中，但不讓電子通過,而SEILayer的形成是EC+Li+e~LiR+CO?（產(chǎn)生氣體，所以化成時需要氣囊），其形成一定要有電子參加，所以當SEILayer足夠厚時，反應停止，SEILayer對電池電性有重要影響。所以電池Formation的流程非常重要。電池性能的幾個重要參數(shù)：容量：Capacity（單位：mAh）是電池存貯能量能力的參數(shù)。阻抗：Impedance（單位：mQ）是電池內(nèi)部阻抗的重要參數(shù)。循環(huán)壽命：（CycleLife）：是電池使用壽命的參數(shù)。Rate:在不同電流下能夠放出的能量。1．容量Capacity電池存貯能量能力的參數(shù)。160mAh—代表電池在負載情況下，以160mAh恒流放電，大約可放1小時。以同一負載，用80mA恒流放電，大約可放2小時。2．C-Rate—在不同電流下能放出的能量，一般而言，電芯都需要測試在不同恒流情況下的放電性能。一般分為以下四種：0.2C、0.5C、1C、2C、以容量1600mAh電池為例：RateVoltageI(mA)Time(hrs)Remarks

0.2C3.0~4.23205慢0.5C3.0~4.28002慢1C3.0~4.216001標準2C3.0~4.232000.5快3．放電平臺Graph基本上，大多放電平臺以3.6V作為基線。而放電平臺指電芯從4.2V滿充時放電至3.6V時所放出的容量占去整個電芯

容量的百分比。對于優(yōu)良電芯，3.6V放電平臺是越高越好。亦代表電芯能于4.2~3.6V放電期間能把大部分的容量放去。022081900171DischargeRateCharacte門sties@RT0% 20% 40% 60% 80% 100%DischargeCapacity(%)022081900171DischargeRateCharacte門sties@RT0% 20% 40% 60% 80% 100%DischargeCapacity(%)\^v/(egdtKoV4．CycleLife循環(huán)壽命—電池使用壽命的參數(shù)。此循環(huán)壽命測試是在Arbin機上進行。基本是將電芯通過多次充放及以電芯容量降到80%為測試

點。電芯經(jīng)過每一次充放都會有能量損失（阻抗、熱能）因此會做成容量損失，而CycleLife的標準就是以1C恒流充

放。當電芯經(jīng)多次充放后而容量降到原本的80%時，我們以此點作為檢查點，檢查電芯在此狀態(tài)下的循環(huán)數(shù)。而好的電芯，一般情況下能以1C恒流充放多次，到達300個循環(huán)時亦有大約百分之八十的容量。電池的基本構成及生產(chǎn)工藝流程ATL生產(chǎn)的電池是固態(tài)聚合物鋰電池。

1、2、電池的基本構成：裸電芯+鋁箔袋+電解液。通過化學反應，讓其可以充放電。一個裸電芯的構成：若干個Bi-cell1、2、1）1）陽極在外的Bi-cell組成結構:隔離膜/陰極―隔離膜陽極銅網(wǎng)陽極膜陰極膜鋁網(wǎng)陰極膜陽極膜銅網(wǎng)/鋁網(wǎng)I陰極\陰極膜隔離膜2）陰極在外的Bi-cell2）陰極在外的Bi-cell（單體電芯）組成結構、日極膜隔離膜/陰極膜陰極'鋁網(wǎng)3）Tab-Lead是極片（NI/CU/AL）與加強膠（Sealant）組成，如圖：—極片（NI或CU或AL）加