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《鋰離子電池工作原理》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。
1、WORD格式可編輯1鋰離子電池基礎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。鋰的電負性是所有金屬中最負的，鋰離子的還原電位高達-3V。根據計算，1克鋰轉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，鋰作為電池的負極材料當之無愧輕量級的大力士。早期負極為金屬鋰的“鋰電池”，但金屬鋰的化學活性太大，充電時產生的枝晶會使電池短路，目前尚未真正解決其安全問題。經過長期的探索、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構的物質中可逆地嵌入和脫出。鋰以這些材
2、料為載體就安全多了。鋰離子電池的未來將發(fā)展新的正負極材料，如部分動力電池：負極LiC+正極LiMn2O4鋰聚合物電池。在正、負電極粘結劑、電解質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)液體電解質的鋰聚合物電池。1.1鋰離子電池簡介?正極采用鋰化合物LiXCoO2、LiXNiO2、LiFePO4或LiXMnO2?負極采用鋰-碳層間化合物LiXC6。?電解質為溶解有鋰鹽LiPF6、LiAsF6等有機溶液。充電池時，此時正極上的電子從通過外部電路跑到負極上，正鋰離子Li+從正極“跳進”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“
3、游泳”到達負極，與早就跑過來的電子結合在一起。Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)。放電有恒流放電和恒阻放電，恒流放電其實是在外電路加一個可以隨電壓變化而變化的可變電阻，恒阻放電的實質都是在電池正負極加一個電阻讓電子通過。由此可知，只要負極上的電子不能從負極跑到正極，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，電子從負極經過電子導體跑到正極，鋰離子Li+從負極“跳進”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達正極，與早就跑過來的電子結合在一起。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作為正、負極的二次電池。電
4、解質一般采用溶解有鋰鹽的有機溶液，根據所用電解質的狀態(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(1)鋰離子電池電化學反應機理一個鋰離子電池主要由正極、負極、電解液及隔膜組成，外加正負極引線，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，鋰離子從正極材料中脫嵌，經過隔膜和電解液，嵌入到負極材料中，放電以相反過程進行。以典型的液態(tài)鋰離子為例，當以石墨為負極材料，以LiCoO2為正極材料時，其充放電原理為：?正極反應：LiCoO2==Li1-xCoO2+xLi++xe-?負極反應：6C+x
5、Li++xe-==LixC6?電池總反應：LiCoO2+6C==Li1-xCoO2+LixC6?放電時發(fā)生上述反應的逆反應。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+經過隔膜和電解液遷移到負極石墨表面，進而插入到石墨結構中，石墨結構同時得到一個電子，形成鋰—碳層間化合物LixC6，放電時過程則相反，Li+從石墨結構脫插，嵌入到正極LiCoO2中。（2）鋰離子電池的優(yōu)點①能量密度高，輸出功率大。②平均輸出電壓高(約3.6V)，為Ni-Cd、Ni-MH電池的三倍。③工作溫度范圍寬，一般能在-20-45℃，期望值為-40-70℃。技術資
6、料專業(yè)整理WORD格式可編輯④無記憶效應。⑤可快速充放電，充放電效率高，可達100%。⑥沒有環(huán)境污染，稱為綠色電池。⑦使用壽命長，可達1200次左右。（3）鋰離子電池結構①正極正極基體：鋁箔（約0.016mm厚)正極物質：LiFePO4+碳黑+PVDF正極集流體：鋁帶（約0.1mm厚）高溫膠帶（約0.05mm厚）②負極負極基體：銅箔（約0.010mm厚)負極物質：石墨+CMC+SBR負極集流體：鎳帶（約0.07mm厚）③隔膜：放置于兩極之間，作為隔離電極的裝置，藉以避免兩極上的活性物質直接接觸而造成電池內部的短路。但隔膜仍需能讓帶電離子通過，以形成通路。要求：離子透過度大；機械性
7、強度適當；本身為絕緣體；不與電解液及電極發(fā)生反應。材料：單層PE（聚乙烯）或者三層復合PP（聚丙烯）+PE+PP厚度：單層一般為0.016～0.020mm三層一般為0.020～0.025mm④電解液性質：無色透明液體，具有較強吸濕性。應用：主要用于可充電鋰離子電池的電解液，只能在干燥環(huán)境下使用操作（如環(huán)境水分小于20ppm的手套箱內）。規(guī)格：溶劑組成DMC:EMC:EC=1:1:1（重量比）LiPF6濃度1mol/l質量指標：密度（25℃）g/cm31.23±0.03水分（卡爾費
