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高倍率电池是什么?高倍率锂电池的充放电能力

钜大LARGE  |  点击量:5593次  |  2019年11月01日  

高倍率电池是什么?高倍率锂电池的充放电能力。锂电池分为高倍率电池和锂离子电池。目前手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池,通常人们俗称其为高倍率电池,而真正的高倍率锂电池因为危险性大,很少应用于日常电子产品。下面小编带你认识什么是高倍率电池?高倍率锂电池的充放电能力。


高倍率电池是什么?


高倍率电池一般指的是连续放电能力≥3C的锂离子电池,锂离子电池是一种充电高倍率电池,它主要依赖锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间来回嵌入和脱嵌:充电池时,Li+从正极脱嵌,经由电解质嵌入负极,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。是现代高机能电池的代表。


高倍率电池的特点就是能够大倍率放电,其正负极体系主流还是钴酸锂和石墨体系,当然活性材料的颗粒度均比常规的高容体系要小很多。一般钴酸锂的粒径D50在5-6um,石墨的粒径在7-8um,粒径越小,其BET就越大,反应活性就越高。电解液体系采用的是低粘度、高锂盐浓度的体系,其电导率很高。而隔离膜,主要以高孔隙率、高透气度为主。


在辅材方面,为了满足高倍率电池的高倍率放电特性,就势必要添加更多的导电剂来提升极片的电子电导,通常,导电剂都是多种导电剂的混合。


总的说来,在材料体系方面,为了实现倍率放电,在电子电导和离子电导方面都需要提升,一旦两者都提升,那么就意味着高倍率电池整个化学体系比较活跃,化学反应的反应速度要快,从另外一方面来讲,就是一旦出现内部,热失控更容易发生。


高倍率电池的性能


①持续放电能力;②瞬间放电能力;③充电能力;④循环放电能力;⑤高低温放电能力;⑥安全性能。


高倍率锂电池的充放电能力


锂电池的充放电倍率,决定了可以以多快的速度,将一定的能量存储到电池里面,或者以多快的速度,将电池里面的能量释放出来。


锂电池的高倍率充放性能与锂离子在电极、电解质以及它们界面处的迁移能力息息相关,一切影响锂离子迁移速度的因素都必将影响电池高倍率充放性能。


1、负极高倍率充放性能的影响因素


锂电池负极材料的尺寸直接关系着锂离子在其中扩散路径的长短,对电极高倍率性能产生很大的影响。当电极材料尺寸较小时,比表面积一般较大,一方面,可以使电极的电流密度降低,减少电极的极化作用;另一方面可以提供更多的锂离子迁移通道,缩短迁移路径,降低扩散阻抗,从而提高电极的高倍率性能。


锂离子电极表面电阻影响着锂离子的嵌入和脱出,尤其在高倍率充放电时更加明显。


锂离子在嵌入负极的同时,伴随着电子的转移过程,电极的导电性也必然会对电极的电化学性能产生影响。


2、正极高倍率充放电性能的影响因素


电极膜越厚,在大电流下表现出来的比容量越小;越薄,大电流下的循环性能越好。其原因和负极相似。电极的薄膜化虽然提高了锂离子电池的高倍率充放电性能,但其制备条件苛刻、成本较高,目前仍难以实现工业化。


3、电解质的影响因素


锂电池所用的电解质都是有机电解质,无论在传导能力方面还是在稳定性方面都与氢镍、镉镍电池所用的水溶液电解质有一定差距,成为阻碍锂电池在大型电动设备上使用的一个重要因素。


高倍率锂电池由于放电电流比较大,因此,内部温升比较高,一般在放电末期,电池表面的温度会去到60℃以上,此时,电芯内部的温度可能会去到接近80℃的水平,更加加剧了电池内部的一些副反应发生,堵塞离子通道,同时,部分溶剂气化破坏界面,SEI重组损耗电解液,内阻增大,倍率下降,循环性能会衰减很快。


锂离子电池作为新型化学电源的一种,具有比传统电源更多的优点,被广泛研究用于大型电动设备,但当高倍率充放时,容量衰减较快,安全性能较差。影响其高倍率充放电性能的因素主要来源于电极和电解质。


电极材料的结构、尺寸、电极表面电阻等室影响电极高倍率性能的重要因素,因为它们直接或间接地影响着电极的电阻,影响着电极的充放电程度;传导能量和稳定性是影响电解质的主要因素,因为它们影响着锂离子电池的嵌锂程度、循环性能和安全性能。


因此,开发利于锂离子快速扩散的新型电极材料和具有高传导能力与稳定性的电解质是今后提高锂电池高倍率性能的关键。


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