低温18650 3500
无磁低温18650 2200
过针刺低温18650 2200
低温磷酸3.2V 20Ah
21年专注锂电池定制

锂离子电池的工作原理

钜大LARGE  |  点击量:1055次  |  2018年05月18日  

            锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子。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,同时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,而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”。


  锂离子电池能量密度大,平均输出电压高。自放电小,每月在10%以下。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃~60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%,而且输出功率大。使用寿命长。没有环境污染,被称为绿色电池。


  作用机理


  锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物作正极,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,同时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,而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到碳层的微孔中,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(即我们使用电池的过程),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在0.2C至1C之间,电流越大,充电越快,同时电池发热也越大。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。就跟倒啤酒一样,倒太快的话会产生泡沫,反而不满。


  使用(放电)注意事项


  对电池来说,正常使用就是放电的过程。锂电池放电需要注意几点:


  第一,放电电流不能过大,过大的电流导致电池内部发热,有可能会造成永久性的损害。在手机上,这个倒是没有问题的,可以不考虑。


  从右图上可以看出,电池放电电流越大,放电容量越小,电压下降更快。


  第二,绝对不能过放电!锂电池内部存储电能是靠电化学一种可逆的化学变化实现的,过度的放电会导致这种化学变化有不可逆的反应发生,因此锂电池最怕过放电,一旦放电电压低于2.7V,将可能导致电池报废。好在手机电池内部都已经装了保护电路,电压还没低到损坏电池的程度,保护电路就会起作用,停止放电。


  “锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。


  锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。


  锂金属电池:


  锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。


  锂电池基本原理


  锂电池基本原理


  放电反应:Li+MnO2=LiMnO2


  锂离子电池:


  锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。


  充电正极上发生的反应为


  LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子)


  充电负极上发生的反应为


  6C+XLi++Xe-=LixC6


  充电电池总反应:LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6


  正极


  正极材料:可选的正极材料很多,主流产品多采用锂铁磷酸盐。不同的正极材料对照:


  LiCoO2


  3.7V


  140mAh/g


  Li2Mn2O4


  4.0V


  100mAh/g


  LiFePO4


  3.3V


  100mAh/g


  Li2FePO4F


  3.6V


  115mAh/g


  正极反应:放电时锂离子嵌入,充电时锂离子脱嵌。充电时:LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi++xe-放电时:Li1-xFePO4+xLi++xe-→LiFePO4。


  负极


  负极材料:多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。


  负极反应:放电时锂离子脱嵌,充电时锂离子嵌入。


  充电时:xLi++xe-+6C→LixC6


  放电时:LixC6→xLi++xe-+6C


钜大锂电,22年专注锂电池定制

钜大核心技术能力