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新能源汽车--锂离子电池构造与工作原理

时间:2023-10-10 理论教育 版权反馈
【摘要】:(二)工作原理虽然锂离子电池种类繁多,但其工作原理大致相同。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌。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。回正极的锂离子越多,放电容量越高。

新能源汽车--锂离子电池构造与工作原理

(一)组成部分

一个锂离子电池主要由正极、负极、电解液及隔膜组成,外加正负极引线、安全阀、PTC(正温度控制端子)、电池壳等。

①正极:活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂,镍钴锰酸锂材料,电动自行车普遍用镍钴锰酸锂(俗称三元)或者三元+少量锰酸锂,纯的锰酸锂和磷酸铁锂由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度为10~20 μm的电解铝箔

②隔膜:一种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。

③负极:活性物质为石墨,或近似石墨结构的碳,导电集流体使用厚度为7~15 μm的电解铜箔

④有机电解液:溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂,聚合物的则使用凝胶状电解液。

⑤电池外壳:分为钢壳(方形很少使用)、铝壳、镀镍铁壳(圆柱电池使用)、铝塑膜(软包装)等,还有电池的盖帽,也是电池的正负极引出端。

(二)工作原理(www.xing528.com)

虽然锂离子电池种类繁多,但其工作原理大致相同。锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物为正极,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示,负极用插入或脱插表示)。在充放电过程中,锂离子在正负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插,被形象地称为“摇椅电池”。

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,达到负极的锂离子就嵌入碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当对电池进行放电时(即使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。一般锂电池充电电流设定为0.2~1 A,电流越大,充电越快,电池发热也越大。而且,过大的电流充电,容量不够满,因为电池内部的电化学反应需要时间。就像倒啤酒一样,倒太快会产生泡沫,反而不满。

充电时,锂离子从正极材料中脱嵌,经过隔膜和电解液,嵌入负极材料中,放电以相反过程进行。以典型的液态锂离子为例,当以石墨为负极材料、以LiCoO2为正极材料时,其充放电原理为:

正极反应:放电时锂离子嵌入,充电时锂离子脱嵌。

负极反应:放电时锂离子脱插,充电时锂离子插入。

电池总反应:

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