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聚合物鋰離子電池知識(shí)大全

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瀏覽:- 發(fā)布日期:2020-11-26 11:46:08【

一、 電池的發(fā)展史


1.1859年普萊得(植物)試制成功化成式鉛蓄電池,電池進(jìn)入了萌芽狀態(tài)。


2.1868年勒克朗謝(Leclanche'—法國(guó))研制成以NH4Cl為鈷的鋅-二氧化錳電池。


3.1895年瓊格(Junger)發(fā)明了鎳-鎳蓄電池。


4.1900年愛迪生(Edison)創(chuàng)制了鐵-鎳蓄電池。


5.1960年代Zn-MnO2電池(以KOH / NaOH為氧化物);主鋰金屬電池(美國(guó)/日本/法國(guó))


6.1980年代鎳鉻,鋰電池


7.1990年代鋰離子聚合物電池


8. 1996年聚合物鋰離子電池(LiMn2O4 / LiCoO2 /石墨)


電池的發(fā)展是和社會(huì)的進(jìn)步,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展分不開的,同時(shí)電池的發(fā)展也推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展。


二,電池的定義及分類


1.定義


電池-一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。


鋰電池是用金屬鋰作為負(fù)極活性物質(zhì)的電池的總稱量。


聚合物鋰離子電池---電池的正極/負(fù)極/聚合物的主要構(gòu)造中至少有一個(gè)使用高分子材料作為其主要基質(zhì)的二次電池系統(tǒng)。


2.分類


1>一次電池


2>二次電池


1>基線


活性物質(zhì)--- LiMn2O4 / LiCoO2等


粘合劑--PVDF聚合物等


導(dǎo)電劑---炭黑等


增塑劑--DBP / DDP等(為了使電池容納足夠的氧化劑,要用萃取的方式把增塑劑萃取出來(lái),在膜片上形成孔洞,作為存放和Li +的通道)


集電器-鋁箔/網(wǎng)格


2>尼龍


活性物質(zhì)---石墨/硬碳等


粘合劑--PVDF聚合物; SBR等


導(dǎo)電劑-炭黑等


增塑劑--DBP / DDP等


集電器-銅箔/網(wǎng)格


集流體是金屬(Al / Cu),不能與膜片(陰/陽(yáng)極膜)很好的附著,所以在集流上也要加吸附劑和碳墨(導(dǎo)電劑),并用丙酮制漿,處理集流體。----網(wǎng)格處理


3>釩


鋰鹽--LiPF6 / LiBF4 / LiClO4


有機(jī)溶劑--- EC / DMC / DEC


需求:


-高離子電導(dǎo)率


---化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定


---良好的LT / HT性能


4>隔離膜


粘合劑/增塑劑/溶劑(丙酮)


5>結(jié)構(gòu)


電池由電極,電解質(zhì),隔離膜及外殼組成。


— +


離子:(分為正離子或負(fù)離子),由失去或得到電子的原子或原子團(tuán)構(gòu)成;


氧化反應(yīng):(如上圖)失去電子為氧化反應(yīng);


還原反應(yīng):(如上圖)得到電子為還原反應(yīng)。


再看鋰原子的電子分布(1S22S1),2S1層是半充滿,轉(zhuǎn)換軌道中的電子極易丟失而發(fā)生氧化反應(yīng),這樣鋰的化學(xué)性質(zhì)就非?;顫姟M瑫r(shí),鋰失去/得到電子的過(guò)程中,有電子的轉(zhuǎn)移同時(shí)伴隨能量的轉(zhuǎn)移,對(duì)鋰而言,得到電子(充電)為儲(chǔ)存能量,失去電子(放電)為釋放能量。


2>鋰/石墨的化學(xué)性質(zhì)


鋰位于元素周期表第一族主族的第一位,在已知的金屬中具有最輕的原子量(6.94)及最負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(-3.045V),因此與適當(dāng)?shù)纳倭坎牧掀ヅ錁?gòu)成的鋰電池,具有能量密度大,電池電壓高的性能,性能,鋰電池還具有放電電壓穩(wěn)定,工作溫度范圍寬(能在-40?+ 50℃的環(huán)境中工作),低溫性能好,儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。鋰是非?;顫姷慕饘伲c水發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng),在自然界中不可能以單質(zhì)的狀態(tài)存在。


由于鋰的化學(xué)性質(zhì),它很適合做電池材料,用鋰做電池的原理如下:


電子在導(dǎo)線內(nèi)和用電器中流動(dòng),電池內(nèi)部以離子導(dǎo)電方式導(dǎo)電。如陰/陽(yáng)極直接接觸,就構(gòu)成電子通路,造成短路,所以要在陰/陽(yáng)極之間加上隔離膜。


四,相關(guān)術(shù)語(yǔ)


1.電極(電極)


活性物質(zhì)是指正,長(zhǎng)期中參加成流反應(yīng)的物質(zhì),是化學(xué)電源產(chǎn)生電能的源泉,是決定化學(xué)電源基本特性的重要部分。


2.能量(energy)及比能量


通常用瓦時(shí)(Wh)表示。比能量是指單位重量或單位體積的電池所產(chǎn)生的能量,也叫重量比能量或體積比能量,也稱能量密度,常用Wh / kg或Wh / L表示。


3.功率(power)及比功率


電池的功率是指在一定的放電條件下,單位時(shí)間內(nèi)電池輸出的能量,單位為瓦(W)或千瓦(KW)。單位重量或單位體積的電池輸出功率稱為比功率,其大小表征電池所能承受的工作電流的大小。


4.容量(capacity)


例如:160mAh —代表電池在負(fù)載情況下,以160mAh恒流放電,大約可放1小時(shí)。以同一負(fù)載,用80mA恒流放電,大約可放2小時(shí)。


5. C費(fèi)率


在不同電流下能放出的能量,一般而言,電芯都需要測(cè)試在不同恒流情況下的放電性能。一般分為以下兩種:0.2C,0.5C,1C,2C。


以容量1600mAh電池為例:


6.循環(huán)壽命


基本是將電芯通過(guò)多次充放及以電芯容量降到80%為測(cè)試點(diǎn)。電芯經(jīng)過(guò)每一次充放都會(huì)有能量損失。 (常數(shù),熱能)因此會(huì)造成容量損失,而循環(huán)壽命的標(biāo)準(zhǔn)就是以1C恒流充放。當(dāng)電芯經(jīng)多次充放而容量降到原本的80%時(shí),我們以此點(diǎn)作為檢查點(diǎn),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(dá)300個(gè)循環(huán)時(shí)亦有大約百分之八十的容量。


7.內(nèi)阻(阻抗)


電池內(nèi)阻指的是電流通過(guò)電池時(shí)所受到的約束,包括歐姆電阻和電極在電化學(xué)反應(yīng)時(shí)所表現(xiàn)的轉(zhuǎn)變穿透兩部分。


歐姆內(nèi)阻主要由電極材料,鎢,隔離膜的電阻及各部分的接觸電阻組成,從而仍與電池的尺寸,結(jié)構(gòu),裝配等因素有關(guān)。


極性內(nèi)阻指電池的極性與末端在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)變所引起的內(nèi)阻,與活性物質(zhì)的本性,電極的結(jié)構(gòu),電池的制造工藝有關(guān),特別是與電池的工作條件密切相關(guān)。


總之,內(nèi)阻是決定電池性能的一個(gè)重要指標(biāo),它直接影響電池的工作電壓,工作電流,輸出的能量與功率,對(duì)于一個(gè)實(shí)用的電池,其內(nèi)阻越小越好。


8.開路電壓(OCV-開路電壓)&工作電壓(Work Voltage)


開路電壓指外線路中沒(méi)有電流通過(guò)時(shí),電池兩極之間的電位差。


工作電壓又稱放電電壓或端電壓,指有電流通過(guò)外線路時(shí)電池兩極之間的電位差。


工作電壓總是低于開路電壓。


9.化成(形成)


化成是電池的初使化,因?yàn)樵贚i +第一次充電時(shí),Li +第一次插入到石墨中,會(huì)在電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。即第一次充電時(shí),會(huì)形成SEI(固體電解質(zhì)界面固態(tài)層,SEI層包在石墨層外部,讓Li +順利地插入石墨中,但不讓電子通過(guò),而SEI層的形成是EC + Li + eàLiR+ CO2(產(chǎn)生氣體,所以化成時(shí)需要?dú)饽?,其形成一定要有電子參與,所以當(dāng)SEI Layer足夠厚時(shí),反應(yīng)停止,SEI Layer對(duì)電池電性有重要影響。所以電池Formation的流程非常重要。


五,聚合物鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)


1.優(yōu)點(diǎn)


1>高容量


鎳鉻電池最大2?3倍:6000mAh


2>高密度


鎳鉻電池170?200Wh / kg的2?3倍


3>高工作電壓


3.6V,是鎳鉻電池的3倍


4>長(zhǎng)壽命(> 1000次)


5>無(wú)記憶效應(yīng)


6>自放電少


7>靈活


8>安全----無(wú)金屬鋰;無(wú)泄漏;沒(méi)有火;無(wú)毒更少的污染;如果過(guò)度充電,則安全。


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