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简介锂离子电池包的基本结构和原理

钜大LARGE  |  点击量:1156次  |  2020年11月28日  

锂离子电池重要材料构成:正极材料、负极材料、电解液、隔膜(隔离材料)


电池简易结构


正极


从电池重量构成上来看,正极材料占有较大比例(一般在70%~80%),因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能,其成本也直接决定电池成本高低。正极材料占锂离子电池成本30%~40%,也直接影响锂离子电池包的能量密度和性能。


负极


负极材料是由相关于正极电势更低的材料构成,并具有高比容量和较好的充放电可逆性,从而在嵌锂的过程中保持良好的尺寸和机械稳定性(不发生严重变形)。负极材料重要影响锂离子电池的效率、循环性能等,负极材料的性能也直接影响锂离子电池的性能,负极材料占锂离子电池总成本10~20%左右。负极材料种类上,包括碳系负极、非碳性负极。


电解液


电解液在正极与负极之间起到运输电荷的用途(类似与无线电中的载波),具有较高的离子电导率,一般应达到1x10-3~2x10-2S/cm。它影响着锂离子电池包的能量密度、宽温应用、循环寿命、功率密度、安全性能等因素。


隔膜


隔膜有一定的孔径和孔隙率,保证低的电阻和高的离子电导率,对锂离子有很好的透过性,对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿能力,保持离子导电性,同时具有电子绝缘性,保证正负极的机械隔离,此外应有足够的穿刺强度、拉伸强度等力学性能及耐电解液腐蚀性和足够的电化学稳定性。动力锂电池对隔膜的要求更高,通常采用复合膜。


锂离子电池工作原理:


锂离子电池是一种充电电池,重要依靠锂离子在正极与负极之间的往返嵌入和脱嵌来工作,实现能量的存储和释放。


1、充电过程


在电场的驱动下锂离子从正极晶格中脱出,经过电解质,嵌入到负极晶格中。


电压低于3V,要先进行预充电,充电电流为设定电流的1/10,电压升到3V后,进入标准充电过程。标准充电过程为:以设定电流进行恒流充电,电池电压升到4.20V时,改为恒压充电,保持充电电压为4.20V。此时,充电电流逐渐下降,当电流下降至设定充电电流的1/10时,充电结束。这是一般的锂离子电池充电的一个过程,假如锂离子电池存在于智能设备中,它的充电模式将会受到智能设备软件的控制。


2、放电过程


放电过程正好与充电过程相反,锂离子在电场用途下返回正极,电子通过外电路到达正极与锂离子复合。电池放电,此时负极上的电子e从通过外部电路跑到正极上,正锂离子Li+从负极跳进电解液里,爬过隔膜上弯弯曲曲的小洞,游泳到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。


通过了解锂离子电池的充放电过程,我们可以从微观上理解,电池的容量其实就是电池所包含电荷的量。电流越大,放电速度越快,电池使用的时间就越短。



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