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锂离子电池的基本组成及关键材料

发布时间:2019-02-19 09:54:00  来源:锂电池厂家




 

锂离子电池的基本组成及关键材料,锂离子电池是化学电源的一种。我们知道,化学电源在实现能量转换过程中,必须具备以下条件。
① 组成电池的两个电极进行氧化还原反应的过程,必须分别在两个分开的区域进行,这有别于一般的氧化还原反应。
② 两种电极活性物进行氧化还原反应时,所需要的电子必须由外电路传递,它有别于腐蚀过程的微电池反应。
为了满足以上条件,不论电池是什么系列、形状、大小,均由以下几个部分组成:电极(活性物质)、电解液、隔膜、黏结剂、外壳;另外还有正、负极引线,中心端子,绝缘材料,安全阀,PTC(正温度控制端子)等也是锂离子电池不可或缺的部分。下面扼要介绍锂离子电池中的主要几个组成部分,即电极材料、电解液、隔膜和黏结剂。
一、电极材料
电极是电池的核心,由活性物质和导电骨架组成。正负极活性物质是产生电能的源泉,是决定电池基本特性的重要组成部分。如在锂离子电池中,目前商品化的锂离子电池的正极活性物质一般为LiCoO2,目前科学研究的热点正在朝着无钴材料努力,市场上也有部分正极材料采用LiMn2O4等。
电源内部的非静电力是将单位正电荷从电源负极经内电路移动到正极过程中做的功。电动势的符号是ε,单位是伏(V)。电源是一种把其他形式能转变为电能的装置。要在电路中维持恒定电流,只有静电场力还不够,还需要有非静电力。电源则提供非静电力,把正电荷从低电势处移到高电势处,非静电力推动电荷做功的过程,就是其他形式能转换为电能的过程。
电动势是表征电源产生电能的物理量。不同电源非静电力的来源不同,能量转换形式也不同。如化学电动势 (干电池、钮扣电池、蓄电池、锂离子电池等)的非静电力是一种化学作用,电动势的大小与电源大小无关;发电机的非静电力是磁场对运动电荷的作用力;光生电动势 (光电池)的非静电力来源于内光电效应;而压电电动势 (晶体压电点火、晶体话筒等)来源于机械功造成的极化现象。
当电源的外电路断开时,电源内部的非静电力与静电场力平衡,电源正负极两端的电压等于电源电动势。当外电路接通时,端电压小于电动势。
⑦ 用量少 价格低廉
二、电池组装工艺与技术
按照锂电池的结构设计和设计参数,如何制备出所选择的电池材料并将其有效地组合在一起,并组装出符合设计要求的电池,是电池生产工艺所要解决的问题。由此可见,电池的生产工艺是否合理,是关系到所组装电池是否符合设计要求的关键,是影响电池性能最重要的步骤。
参考AA型Cd/Ni、MH/Ni电池的生产工艺过程,结合对AA型锂离子电池的结构设计和锂离子电池材料的性能特点及反复的试验,来确定的AA型锂离子电池生产工艺过程。
AA型锂离子电池生产工艺过程涉及四个工序:①正负极片的制备;②电芯的卷绕;③组装;④封口。这与传统的AA型Cd/Ni电池的生产过程并无太大区别,但在工艺上,锂离子电池要复杂得多,并且对环境条件的要求也要苛刻得多。锂离子电池的制造工艺技术非常严格、要求复杂。表列出了石墨/LiCoO2系圆柱形锂离子电池制造工艺有关参数。
 其中正负电极浆料的配制、正负极片的涂布、干燥、辊压等制备工艺、电芯的卷绕对电池性能影响最大,是锂离子电池制造技术中最关键的步骤。下面对这些工艺过程作简要的介绍。
 为防止金属锂在负极集体流上铜部位析出而引起安全问题,需要对极片进行工艺改进,铜箔的两面需用碳浆涂布。
锂离子电池的工艺流程的主要工序如下。
 ① 制浆 用专用的溶剂和黏结剂分别与粉末状的正负极活性物质混合,经高速搅拌均匀后,制成浆状的正负极物质。
 ② 涂装 将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面,烘干,分别制成正、负极极片。
 ③ 装配 按正极片一隔膜一负极片一隔膜自上而下的顺序放好,经卷绕制成电池芯,再经注入电解液、封口等工艺过程,即完成电池的装配过程,制成成品电池。
 ④ 化成 用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试,对每一只电池都进行检测,筛选出合格的成品电池,待出厂。
 从设计要求来说,由于18650锂电池壳体选定为AA型(∮14mm×50mm),则电池结构设计主要指电池盖、电池组装的松紧度、电极片的尺寸、电池上部空气室的大小、两极物质的配比等设计。对它们的设计是否合理将直接影响到电池的内阻、内压、容量和安全性等性能。

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