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鋰離子電池電芯結構以及特點介紹

鉅大LARGE  |  點擊量:2642次  |  2020年09月30日  

1、正極極片:將正極材料涂覆在鋁箔上,然后沖壓成型。


2、負極極片:將負極材料涂覆在銅箔上,然后沖壓成型。


3、極耳:極耳的重要用途是將內部正負極的電能傳遞到外部電路。聚合物電池極耳為正極為鋁帶、負極為鎳帶,考慮到與鋁塑包裝膜的密封,故在密封處極耳上帶有一層極耳膠。同時由于正極鋁帶很容易斷裂,故在加工、運輸、儲存、使用等過程中要特別注意防護。


4、隔膜:放在正極極片與負極極片之間,隔膜的用途是將電池正負極隔開,防止兩極直接短路。隔膜本身不導電,但電解質離子可以通過。


5、電解液:電解液在電池中作為能量傳遞的載體。鋰離子電池電壓高達3~4.2V,因此,電解質只能用有機溶劑,而不能用水溶液電解質(水的分解電壓為1.23V)。


鋰離子電池常用的鋰鹽有LiPF6、LiBF4、LiCl04,有機溶劑有PC(碳酸丙烯酯)、EC(碳酸乙烯酯)、BC(碳酸丁烯酯)、DMC(二甲基碳酸酯)、DEC(二乙基碳酸酯)、MEC(甲基乙烯碳酸酯)等。


用于鋰離子電池的電解液要有以下特點:電導率高、化學及電化學穩定性高、可使用溫度范圍寬、安全性好、廉價等。


6、包裝膜:聚合物電池采用鋁塑復合膜包裝,其至少分三層:中間層為鋁層,起隔絕水分用途;外層為膠層,起保護鋁不被外部環境氧化的用途;內層為膠層,起密封并防止電解液腐蝕鋁層的用途。該鋁塑膜采取沖壓成型,制成要的外殼形狀。鋁塑膜包裝耐壓能力較金屬殼電池要差得多,電池內部短路等很容易造成氣脹現象,嚴重者封口處會開裂。也正因為此,采取鋁塑膜包裝的電池安全性能要優于金屬殼類電池。

鋰離子電池優越性


(1)工作電壓高


以石墨或石油焦等炭質嵌鋰化合物代替金屬鋰作為負極,會使電池電壓有所下降。但由于它們嵌鋰電位較低,可使電壓損失減小到最低限度。同時,選擇合適的嵌鋰化合物作為電池正極,選擇適當的電解液體系(決定了鋰離子電池的電化學窗口),可使鋰離子電池具有較高的工作電壓(-4V),遠高于水溶液體系電池。


(2)比容量大


雖然以炭質材料代替金屬鋰會使材料質量比容量有所降低,但實際上金屬鋰二次電池中為保證電池具有一定的循環壽命,負極金屬鋰通常過量三倍以上,因此鋰離子電池中質量比容量實際的降低程度并不大,而且體積比容量幾乎沒有降低。


(3)能量密度高


較高的工作電壓和體積比容量決定了二次鋰離子電池的能量密度較高。與目前廣泛使用的Ni-Cd蓄電池和Ni-MH蓄電池相比,二次鋰離子電池能量密度最高,且仍有很大的發展潛力。


(4)安全性能好,循環壽命長


用金屬鋰作陽極的電池不安全的原因是多次充放電使鋰離子電池正極結構發生變化,形成多孔枝晶,在升高溫度時,它與電解液發生劇烈的放熱反應,且枝晶能刺穿隔膜,造成內部短路,而鋰離子電池不存在此問題,是很安全的。為防止在電池中存在金屬鋰,充電時要控制電壓,為保險起見,鋰離子電池備有多重安全裝置。鋰離子電池在充電和放電過程中鋰離子插入和脫嵌在陰極和陽極上沒有任何結構改變(在插入和脫嵌過程中晶格會有一些膨脹和收縮),且因為嵌鋰化合物比金屬鋰更穩定,在充放電過程中不會形成鋰枝晶,從而明顯地改善了電池的安全性能,同時循環壽命也大大提高。鋰離子電池在1989年和1990年分別被美國運輸部危險品運輸處和IAIT(國際特種與運輸協會)排除在危險品之內。


(5)自放電率小


鋰離子電池采用非水電解液體系,嵌鋰炭材料在非水電解液體系中熱力學不穩定。在首次充放電過程中因電解液的還原會在炭負極表面形成一層固體電解質中間相((SEI)膜,允許鋰離子通過但不允許電子通過,并使不同荷電態的電極電極活性物質處于相對穩定的狀態,因此具有較低的自放電率。


(6)清潔無污染


鋰離子電池不含有鉛、福、汞等有毒物質,同時因為電池必須被很好地密封,在使用過程中極少有氣體放出,不對環境造成污染。生產制造過程中用于溶解粘結劑的溶劑也可以做到完全回收。Sony等鋰離子電池大型生產公司,從1997年己經陸續開始了鋰離子電池的回收以及材料(如金屬鉆等)的再生循環工作。另外,1996年Sony的鋰離子電池經鑒定符合IS014001國際環境標準[71O。

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