鉅大LARGE | 點擊量:7134次 | 2019年05月20日
鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理
最近,鋰離子電池以不可思議的速度流行開來。不管是在筆記本電腦,掌上電腦,仍是手機(jī)和iPod上,你都能發(fā)現(xiàn)它們的存在,而其如此常見的原因在于它是目前現(xiàn)有的電力最足可再充電的電池之一。
最近,鋰離子電池也出現(xiàn)在了新聞中,而這是因為這些電池具有偶然迸宣布火花的才能,這并不是很常見,每百萬組電池中大約只要兩到三組會出現(xiàn)此問題,但是,這一問題發(fā)作,便是極端事件。一些情況下,失敗率會上升,當(dāng)這一情況發(fā)作時,電池制作商會丟失數(shù)百萬美元在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行電池召回。
所以,問題在于,是什么使得這些電池如此電力充足如此受歡迎?它們怎么迸出火花?你能采納什么措施來防范這一問題的發(fā)作或是連續(xù)電池的運用時間?在這篇文章中,咱們將會回答相關(guān)問題,包括上述問題。
鋰離子電池受歡迎是因為它們在競爭科技中具有大量重要優(yōu)勢:
·一般,它們比同分量的其他品種的可再充電電池分量上輕很多。鋰離子電池的電極由分量輕的鋰和碳制成。鋰是一種具有高度活性的物質(zhì),意味著大量能量能夠被貯存在其原子鍵中,使得鋰離子電池能量密度非常之高。直觀來說,1千克的鋰離子電池能夠?qū)嵺`貯存150安時電能,而每千克鎳氫電池只能貯存100安時電能,其中只要60至70安時的實踐儲電量。而鉛酸電池每千克只能容納25安時。運用6千克的鉛酸電池才能容納與1千克的鋰離子電池相同的電量,差異之大,清楚明了。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
·鋰離子電池的荷電堅持才能強。一塊鋰離子電池每月差不多僅僅自放電5%,而鎳氫電池每月的自放電為20%。
·鋰離子電池不具有記憶特性,這意味著其不像其他化學(xué)電池那樣將電全部耗盡后才能充電。
·鋰離子電池能夠適用數(shù)百種充電循環(huán)。
但是,鋰離子電池并不是完美無瑕的,它們也有自己的缺陷:
·鋰離子電池一旦離開工廠就會開端降解,不管是否運用,從制成日期開端計算,它們只能繼續(xù)兩到三年時間。
·鋰離子電池關(guān)于高溫極端靈敏,高溫會使電池組以更快的速度降解。
·假如完全耗光鋰電池的電,那這塊鋰電池就沒報廢了。
·鋰離子電池自帶計算機(jī)來辦理電池,這會進(jìn)一步提高其價格。
·有一個很小的或許性便是:假如鋰離子電視損壞,會開釋出火花。
經(jīng)過觀察鋰電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì),上述很多特征都能比較直觀的反映出來。接下來讓咱們來看一看。
鋰離子電池內(nèi)部組成
鋰離子電池組外部的形狀尺度各種各樣,但是內(nèi)部卻都是一樣的。假如你將筆記本電腦的電池組拆下來的話——咱們不主張這么做,因為這樣或許會縮短電池運用壽數(shù)和起火——你會發(fā)現(xiàn):
·鋰離子電池的形狀能夠是和五號電池如出一轍樣的圓柱形,也能夠是正方形或長方形的棱柱形。
·內(nèi)部計算機(jī),包括:
·至少一個溫度傳感器監(jiān)測電池溫度
·一個電壓變換器和調(diào)整電路以堅持電壓和電流的安全值
·一個有防護(hù)外殼的連接器,用于電池組內(nèi)的能量與信息的進(jìn)出傳送
·一個電壓開關(guān),監(jiān)測電池組內(nèi)電池的容量
·一個電池充電狀態(tài)監(jiān)測器,即一個小型計算機(jī),對整個充電過程進(jìn)行辦理以確保電池充電盡快充滿。
假如電池在充電或運用期間過程,計算機(jī)就會關(guān)閉電流以冷卻電池;假如你將筆記本電腦放在了一個溫度過高的車內(nèi)并試圖運用電腦,這個計算時機(jī)使得直到設(shè)備冷卻后才開機(jī);假如電池電量被完全耗盡,因為電池已被損壞,因而無法再運用。計算機(jī)還會繼續(xù)監(jiān)測充電與耗電循環(huán)并宣布訊息,因而,筆記本電腦電池的充放電安時計會告知你電池還剩多少電。
這個小型計算機(jī)十分復(fù)雜,從電池內(nèi)部獲取能量,而這種能量吸取即是鋰電池閑置不用時每月會有5%耗電丟失的僅有原因。
鋰離子電池
大多數(shù)電池的外殼都是由金屬制作而成。因為電池是密封的,此處金屬的運用尤其重要。這層金屬外殼上有一種壓力靈敏通風(fēng)孔。假如電池過熱有受壓過大而爆破的風(fēng)險,這一通風(fēng)孔會開釋額外壓力,此后,電池或許不能再運用,因而這一壓力開釋應(yīng)該盡量被防止。通風(fēng)孔只是作為一個安全措施,而防止電池過熱的正溫度系數(shù)開關(guān)也是如此。
金屬外殼由以下三個薄片限制而成的長螺旋組成:
·一個正極
·一個負(fù)極
·一個別離器
在金屬外殼內(nèi)部,以上3個薄片浸泡在作為電解質(zhì)的溶劑中,一般運用乙醚作為電解液。
別離器是一塊非常薄的有微型孔的塑料薄片,正如其名,其將正負(fù)極別離開來,只容許離子經(jīng)過其中。
正極由鈷酸鋰(LiCoO2)制成,負(fù)極由碳制成。電池充電時,鋰離子在電解質(zhì)中移動,由正極通向負(fù)極并附著到碳上,放電時,鋰離子由碳返回至鈷酸鋰。
這些鋰離子的運動在適當(dāng)高的電壓下進(jìn)行,每個電池發(fā)生3.7伏電壓,與一般在超市買到的5號堿性電池的1.5伏比較,要高得多,使得鋰電池在一些比如手機(jī)之類的小型設(shè)備中更兼容。
下面,咱們來看看怎么延長鋰電池的壽數(shù),了解為什么它們會爆破。
鋰離子電池的運用周期
鋰離子電池價格昂貴,所以假如你想要運用時間更長的話,就要將下面這些事銘記在心:
·化學(xué)性質(zhì)上,與深度放電比較,鋰離子更傾向于部分放電,所以,不要將鋰電池的電完全耗盡。因為鋰離子并沒有“記憶特性”,部分耗電不會對電池形成損壞。而假如鋰離子電池的電壓低于特定水平,就不能再運用了。
·鋰離子電池的“年齡”。鋰離子電池,即使放著不用,一般也只能繼續(xù)2-3年。所以,別想著把電池放著不用的話電池就能運用5年了,不會的。相同,假如你買了新電池,你會想要它是全新的,假如它已經(jīng)在商鋪的架子上放了1年了,也就不會繼續(xù)很長時間了。生產(chǎn)日期是很重要的。
·防止高溫,會降解電池。
電池爆破
現(xiàn)在,咱們知道了怎么延長鋰離子電池的作業(yè)時間,接著讓咱們看看它們?yōu)槭裁磿啤?/p>
假如電池變得足夠熱而點燃電解質(zhì),就會起火了。網(wǎng)頁上有關(guān)于這些起火的嚴(yán)重性的視頻和圖片。CBC的文章“爆破筆記本電腦之夏”介紹了幾起此種事故。
此類火災(zāi)的發(fā)作一般是由電池內(nèi)部短路引起的。從前述部分咱們知道,鋰電池內(nèi)部有一個將正負(fù)極別離開來的別離器。假如別離器有穿孔,正負(fù)極觸摸在一起,電池會被很快加熱。假如你曾將一節(jié)9伏電池放在口袋里的話,你或許感觸到過這種熱度。假如一枚硬幣很快經(jīng)過南北極的話,電池也會很快生熱。
別離器的損壞也會引致同種短路在鋰電池內(nèi)部發(fā)作。因為鋰離子電池能量大,所以會變得非常熱。熱量使得電池排出作為電解質(zhì)的有機(jī)溶液,熱量(或附近的火星)將其引燃——一旦在電池內(nèi)部發(fā)作,火的熱量擴(kuò)散至其他離子,整個電池組都會燃燒。
注意到起火是稀有的這一點是很重要的。當(dāng)然,只需要幾回起火和一些媒體報道,人們就會回想起這一點。
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