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鋰離子電池的內部組成結構是什么樣?

時間:2023-08-25 16:54:16來源:21ic電子網(wǎng)

導語:?正極資料:電極電勢較高、結構安穩(wěn)的具有嵌鋰才能的層狀或尖晶石結構的過渡金屬氧化物或聚陰離子型化合物,如鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元資料等。

  從鋰離子電池結構來說,重要分為以下五個部分組成:

  1、正極資料:電極電勢較高、結構安穩(wěn)的具有嵌鋰才能的層狀或尖晶石結構的過渡金屬氧化物或聚陰離子型化合物,如鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元資料等。

  2、負極資料:電位挨近鋰電位、結構安穩(wěn)的并可許多儲鋰的層狀石墨、金屬單質及金屬氧化物,如石墨、中心相碳微球、鈦酸鋰等。

  3、電解液:溶有電解質鋰鹽的有機溶劑,供給鋰離子,電解質鋰鹽有LiPF6、LiClO4、LiBF4等,有機溶劑重要由碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、二甲酯(DMC)等其中的一種或幾種混合組成。

  4、隔閡:置于正負極之間,防止正負極直接接觸,且答應Li+離子經(jīng)過的聚烯微多孔膜,如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP),或它們復合膜,PP/PE/PP三層隔閡。

  5、外殼:電池封裝,主要有鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片等。

  正極蓋在電池上端凸起的部分,內部與正極相連,標識電池的正極。

  電池殼采用鍍鎳鋼的電池殼,用途是保證電池內部的活性物質不與外界直接接觸,另外它與負極相連,起負極集流用途。

  電池貼標一種包裝印刷塑料套,用來標識電池的種類和型號及其他信息。

  隔膜一種隔開正負極活性物質,保持電液的材料;電解液在鋰錳一次電池中用來傳遞離子的高氯酸鋰有機物電解液。

  正極在鋰錳一次電池中,正極物質是二氧化錳

  我們日常使用的手機和筆記本電池其實是鋰離子電池,鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池,但大家俗稱為鋰電池。真正的鋰電池由于危險性大,很少應用于日常電子產(chǎn)品。今天用圖片的方式詳解鋰電池工作原理和結構,讓大家全方位的了解鋰電池。

  一、鋰電池結構

  鋰離子電池電池組成部分如下:

  (1)正極——活性物質一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰,鎳鈷錳酸鋰材料,電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰(俗稱三元)或者三元+少量錳酸鋰,純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。

  (2)隔膜——種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔結構,可以讓鋰離子自由通過,而電子不能通過。

  (3)負極——活性物質為石墨,或近似石墨結構的碳,導電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。

  (4)有機電解液——溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑,聚合物的則使用凝膠狀電解液。

  (5)電池外殼——分為鋼殼(方型很少使用)、鋁殼、鍍鎳鐵殼(圓柱電池使用)、鋁塑膜(軟包裝)等,還有電池的蓋帽,也是電池的正負極引出端。

  二、鋰電池工作原理

  下面從鋰電池充電過程、放電過程和電池保護板三大部分給大家介紹其工作原理:

  1、鋰電池充電過程

  鋰電池工作原理

  電池的正極由鋰離子生成,生成的鋰離子從正極“跳進”電解液里,通過電解液“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞,運動到負極,與早就通過外部電路跑到負極的電子結合在一起。

  ●正極上發(fā)生的反應為:LiCoO2==充電==Li1-xCoO2+Xli++Xe(電子)

  ●負極上發(fā)生的反應為:6C+XLi++Xe=====LixC6

  在充電的過程中,Li+從正極LiCoO2中脫出,進入電解液,在充電器附加的外電場作用下向負極移動,依次進入石墨或焦炭C組成的負極,在負極形成LiC化合物。

  2、鋰電池放電過程

  放電時電子和Li+都是同時行動的,方向相同但路徑不同,電子從負極通過外部電路跑到正極;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。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。

  3、電池保護板

  顧名思義,電池保護板主要是針對可充電電池(一般指鋰電池)起保護作用的集成電路板。鋰電池(可充型)之所以需要保護,是由于鋰電池本身的材料決定了它不能被過充、過放、過流、短路及超高溫充放電,因此鋰電池總會有保護板和一片電流保險器出現(xiàn)。

  下圖為電池板保護電路。PTC:正溫度系數(shù)熱敏電阻;NTC:負溫度系數(shù)熱敏電阻,在環(huán)境溫度升高時,其阻值降低,使用電設備或充電設備能夠及時反應,控制內部中斷而停止充放電;U1為電路保護芯片,U2為兩個反接的MOSFET開關。

  正常狀態(tài)下電池板U1的CO和DO都輸出高電壓,兩個MOSFET都處于打開狀態(tài),電池可以自由充放電。

  充電保護簡化原理

  過充電保護:當U1檢測到電池電壓達到過充保護門限,CO管腳輸出低電平,MOS管開關2由導通轉為關閉,充電回路關斷,充電器無法再對電池充電,從而實現(xiàn)過充保護。

  過放電保護:在電池放電過程中,當U1檢測到電池電壓低于過放保護門限時,DO腳由高電平轉變?yōu)榈碗娖?,MOS管開關1關閉,使電池無法再放電;過放電保護狀態(tài)下電池電壓不能再降低,要求保護電路的電流極小,控制電路進入低功耗。

  過流保護:正常情況下,電池對負載進行放電,電流經(jīng)過兩個串聯(lián)的MOS管開關,VM管腳檢測到兩個MOS管的壓降電壓為U。若負載因某種原因導致U異常,使回路電流增大,當U大于一定值時,DO管腳由高電壓轉變?yōu)榈碗妷?,MOS管開關1關閉,從而使放電回路電流為零,達到過電流保護作用。

  一、鋰離子電池簡介

  鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二次電池;

  正極采用 鋰化合物LiCoO2、LiXNiO2、LiXMnO2、LiFePO4和三元復合材料,

  負極采用鋰-碳層間化合物-LiXC6

  在充電過程中,LI+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌,被形象稱為“搖椅電池”

  充電時;Li+從正極脫落,經(jīng)過電解質嵌入負極,負極處于富鋰狀態(tài),放電時側相反。

  二、鋰離子電池結構

  正極:活性物質、導電劑、溶劑、粘合劑、基體;

  負極:活性物質(石墨、MCMB、CMS)、溶劑、粘合劑、基體、隔膜、電解液;

  外殼五金件:鋼殼、鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片、絕緣膠帶;

  1、鋰離子電池結構-正極

  電池放電時從外電路獲得電子的電極,此時電極發(fā)生還原反應,通常是電位高的電極,鋰離子電池中的鈷酸鋰、錳酸鋰電極等;

  2、鋰離子電池結構-負極

  電池放電時從外電路輸送電子的電極,此時電極發(fā)生氧化反應,通常是電位低的電極,鋰離子電池中的石墨電極;

  3、鋰電池結構-隔膜

  隔膜-是放置于兩極之間;作為隔離電極的裝置;用于避免電池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;已形成通路;

  隔膜要求:

  離子透過 度大,

  機械性強度適當

  本身為絕緣體

  不與電解液及電池級發(fā)生反應

標簽: 鋰電池

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