鉅大LARGE | 點擊量:1926次 | 2019年06月19日
鋰電池包的基本結(jié)構(gòu)以及鋰電池的工作原理詳解
鋰電池主要材料構(gòu)成:正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜(隔離材料)
電池簡易結(jié)構(gòu)
正極
從電池重量構(gòu)成上來看,正極材料占有較大比例(一般在70%~80%),因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能,其成本也直接決定電池成本高低。
正極材料占鋰離子電池成本30%~40%,也直接影響鋰電池包的能量密度和性能。
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%
負(fù)極
負(fù)極材料是由相對于正極電勢更低的材料構(gòu)成,并具有高比容量和較好的充放電可逆性,從而在嵌鋰的過程中保持良好的尺寸和機(jī)械穩(wěn)定性(不發(fā)生嚴(yán)重變形)。
負(fù)極材料主要影響鋰電池的效率、循環(huán)性能等,負(fù)極材料的性能也直接影響鋰電池的性能,負(fù)極材料占鋰電池總成本10~20%左右。負(fù)極材料種類上,包括碳系負(fù)極、非碳性負(fù)極。
電解液
電解液在正極與負(fù)極之間起到運輸電荷的作用(類似與無線電中的載波),具有較高的離子電導(dǎo)率,一般應(yīng)達(dá)到1x10-3~2x10-2S/cm。
它影響著鋰電池包的能量密度、寬溫應(yīng)用、循環(huán)壽命、功率密度、安全性能等因素。
隔膜
隔膜有一定的孔徑和孔隙率,保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率,對鋰離子有很好的透過性,對電解液的浸潤性好并具有足夠的吸液保濕能力,保持離子導(dǎo)電性,同時具有電子絕緣性,保證正負(fù)極的機(jī)械隔離,此外應(yīng)有足夠的穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能及耐電解液腐蝕性和足夠的電化學(xué)穩(wěn)定性。動力電池對隔膜的要求更高,通常采用復(fù)合膜。
鋰電池工作原理
鋰電池是一種充電電池,主要依靠鋰離子在正極與負(fù)極之間的往返嵌入和脫嵌來工作,實現(xiàn)能量的存儲和釋放
1、充電過程
在電場的驅(qū)動下鋰離子從正極晶格中脫出,經(jīng)過電解質(zhì),嵌入到負(fù)極晶格中。
電壓低于3V,要先進(jìn)行預(yù)充電,充電電流為設(shè)定電流的1/10,電壓升到3V后,進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)充電過程。標(biāo)準(zhǔn)充電過程為:以設(shè)定電流進(jìn)行恒流充電,電池電壓升到4.20V時,改為恒壓充電,保持充電電壓為4.20V。
此時,充電電流逐漸下降,當(dāng)電流下降至設(shè)定充電電流的1/10時,充電結(jié)束。這是一般的鋰電池充電的一個過程,如果鋰電池存在于智能設(shè)備中,它的充電模式將會受到智能設(shè)備軟件的控制。
2、放電過程
放電過程正好與充電過程相反,鋰離子在電場作用下返回正極,電子通過外電路到達(dá)正極與鋰離子復(fù)合。電池放電,此時負(fù)極上的電子e從通過外部電路跑到正極上,正鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里,“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞,“游泳”到達(dá)正極,與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。
通過了解鋰電池的充放電過程,我們可以從微觀上理解,電池的容量其實就是電池所包含電荷的量。電流越大,放電速度越快,電池使用的時間就越短。