1.锂离子电池的组成
锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池,目前市场上热门的电动汽车用的电池绝大部分是锂离子电池。锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液和安全阀等组成。正负极及电解质材料的不同和工艺的差异使电池具有不同的性能,如图3-2-1所示。
图3-2-1
①正极。采用能吸藏锂离子的材料,放电时,锂变成锂离子,脱离电池正极,到达蓄电池阴极。
②隔膜。经特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔结构,可以让锂离子自由通过,而电子不能通过,采用聚烯微多空膜,如PE、PP或它们的复合膜。
③负极。材料选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物,如各种碳材料,包括天然石墨、合成石墨、碳纤维和金属氧化物等。
④电解液。溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂,聚合物使用凝胶状电解液。
⑤外壳。分为钢壳、铝壳、镀镍铁壳、铝塑膜等。电池的盖帽是电池的正负极引出端。
2.锂离子电池的类型
目前市场上的锂离子电池正极材料主要为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及三元材料镍钴锰酸锂,锂离子电池负极主要是碳材料,新的负极材料有锡基、硅基、合金基材料(钛酸锂)等,见表3-2-1。
表3-2-1 电池材料(www.xing528.com)
3.锂离子电池的工作原理
锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池,锂离子电池是现代高性能电池的代表。
当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子嵌入碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。
当蓄电池进行放电时,嵌在负极碳层的锂离子脱出,又运动回到正极。回到正极的锂离子越多,放电容量越高,如图3-2-2所示。
4.锂离子电池的应用
近年来,锂离子电池的应用范围越来越广泛,锂离子电池广泛应用于电动汽车。
我国各个车企所用锂离子电池见表3-2-2。
图3-2-2
表3-2-2 锂离子电池
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