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【鋰離子電池】鋰離子電池四個常見問題

時間:2020-06-12    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
1.影響鋰離子電池循環(huán)性能的因素



    循環(huán)性能對鋰離子電池的重要程度無需多言,就宏觀來講,更長的循環(huán)壽命意味著更少的資源消耗,因而,影響鋰離子電池循環(huán)性能的因素,是每一個與鋰電行業(yè)相關(guān)的人員都不得不考慮的問題。

    1、水分

    過多的水分會與正負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)、破壞其結(jié)構(gòu)進而影響循環(huán),同時水分過多也不利于SEI膜的形成,但在痕量的水分難以除去的同時,痕量的水也可以一定程度上保證電芯的性能。

    2、正負(fù)極壓實

    正負(fù)極壓實過高,雖然可以提高電芯的能量密度,但是也會一定程度上降低材料的循環(huán)性能,從理論來分析,壓實越大,相當(dāng)于對材料的結(jié)構(gòu)破壞越大,而材料的結(jié)構(gòu)是保證鋰離子電池可以循環(huán)使用的基礎(chǔ);此外,正負(fù)極壓實較高的電芯難以保證較高的保液量,而保液量是電芯完成正常循環(huán)或更多次的循環(huán)的基礎(chǔ)。

    3、測試的客觀條件

    測試過程中的充放電倍率、截止電壓、充電截止電流、測試中的過充過放、測試房溫度、測試過程中的突然中斷、測試點與電芯的接觸內(nèi)阻等外界因素,都會或多或少影響循環(huán)性能測試結(jié)果,另外,不同的材料對上述客觀因素的敏感程度各不相同,統(tǒng)一測試標(biāo)準(zhǔn)并且了解共性及重要材料的特性應(yīng)該就足夠日常工作使用了。

    4、負(fù)極過量

    負(fù)極過量的原因除了需要考慮首次不可逆容量的影響和涂布膜密度偏差之外,對循環(huán)性能的影響也是一個考量,對于鈷酸鋰加石墨體系而言,負(fù)極石墨成為循環(huán)過程中的"短板"一方較為常見,若負(fù)極過量不充足,電芯可能在循環(huán)前并不析鋰,但是循環(huán)幾百次后正極結(jié)構(gòu)變化甚微但是負(fù)極結(jié)構(gòu)被破壞嚴(yán)重而無法完全接收正極提供的鋰離子從而析鋰,造成容量過早下降。

    5、涂布膜密度

    單一變量的考慮膜密度對循環(huán)的影響幾乎是一個不可能的任務(wù),膜密度不一致要么帶來容量的差異、要么是電芯卷繞或疊片層數(shù)的差異,對同型號同容量同材料的電芯而言,降低膜密度相當(dāng)于增加一層或多層卷繞或疊片層數(shù),對應(yīng)增加的隔膜可以吸收更多的電解液以保證循環(huán),考慮到更薄的膜密度可以增加電芯的倍率性能、極片及裸電芯的烘烤除水也會容易些,當(dāng)然太薄的膜密度涂布時的誤差可能更難控制,活性物質(zhì)中的大顆粒也可能會對涂布、滾壓造成負(fù)面影響,更多的層數(shù)意味著更多的箔材和隔膜,進而意味著更高的成本和更低的能量密度,所以,評估時也需要均衡考量。

    6、材料種類

    材料的選擇是影響鋰離子電池性能的第一要素,選擇了循環(huán)性能較差的材料,工藝再合理、制成再完善,電芯的循環(huán)也必然無法保證;選擇了較好的材料,即使后續(xù)制成有些許問題,循環(huán)性能也可能不會差的過于離譜,從材料角度來看,一個全電池的循環(huán)性能,是由正極與電解液匹配后的循環(huán)性能、負(fù)極與電解液匹配后的循環(huán)性能這兩者中,較差的一者來決定的,材料的循環(huán)性能較差,一方面可能是在循環(huán)過程中晶體結(jié)構(gòu)變化過快從而無法繼續(xù)完成嵌鋰脫鋰,一方面可能是由于活性物質(zhì)與對應(yīng)電解液無法生成致密均勻的SEI膜造成活性物質(zhì)與電解液過早發(fā)生副反應(yīng)而使電解液過快消耗進而影響循環(huán)。在電芯設(shè)計時,若一極確認(rèn)選用循環(huán)性能較差的材料,則另一極無需選擇循環(huán)性能較好的材料,浪費。

    7、電解液量

    電解液量不足對循環(huán)產(chǎn)生影響主要有三個原因,一是注液量不足,二是雖然注液量充足但是老化時間不夠或者正負(fù)極由于壓實過高等原因造成的浸液不充分,三是隨著循環(huán)電芯內(nèi)部電解液被消耗完畢。第三點,正負(fù)極特別是負(fù)極與電解液的匹配性的微觀表現(xiàn)為致密且穩(wěn)定的SEI的形成,而右眼可見的表現(xiàn),既為循環(huán)過程中電解液的消耗速度,不完整的SEI膜一方面無法有效阻止負(fù)極與電解液發(fā)生副反應(yīng)從而消耗電解液,一方面在SEI膜有缺陷的部位會隨著循環(huán)的進行而重新生成SEI膜從而消耗可逆鋰源和電解液。不論是對循環(huán)成百甚至上千次的電芯還是對于幾十次既跳水的電芯,若循環(huán)前電解液充足而循環(huán)后電解液已經(jīng)消耗完畢,則增加電解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循環(huán)性能。






2.鋰離子電池的生產(chǎn)過程

鋰離子電池的生產(chǎn)過程

  鋰離子單體電池可能是通過堆疊不同的電極片,或者通過卷繞電極片成蛋糕卷形構(gòu)成典型的圓柱體單體電池,電極片的堆疊貨卷繞可能被潛入剛性的有襯墊的密封外殼內(nèi),激光焊接的剛性外殼內(nèi),或者熱密封的鋁塑袋內(nèi)。  一個鋰離子電池組可以由與輔助的保護電路包裝在一起的一個或多個單體電池組成,并聯(lián)單體電池可以增加電池組的容量,串聯(lián)單體電池可以增加電池組的電壓,因此,大多數(shù)電池組都表明其標(biāo)稱電壓,可以用來推斷串聯(lián)單體電池的數(shù)量,以Ah或Wh表明的容量可以推算并聯(lián)單體電池的容量。  對于大型電池組,單體電池可以連接(并聯(lián)或串聯(lián))成模組。模組可以再連接成電池組?! 误w電池是由被微孔聚乙烯或聚丙烯隔膜隔離的正負(fù)極構(gòu)成的一個電化學(xué)體系。電池在充放電過程中發(fā)生氧化還原反應(yīng)。電解質(zhì)為離子導(dǎo)體,確保正負(fù)極間的例子傳遞,電極和隔膜可以被卷成Jelly Roll形或平行層疊在一起,然后放入鋁殼。不銹鋼貨鋁塑包裝內(nèi)。  一般例子電池按照如下步驟產(chǎn)生:涂政府極活性材料于薄的經(jīng)書薄膜上,在正負(fù)極之間加入隔膜然后卷繞,將卷好的電極放入電池外殼中,注入電解液,最后密封,這一生產(chǎn)過程可以粗略的分為一下五個主要過程:  1、正負(fù)極材料的混漿,涂覆,切片,碾壓過程;  2、正極,負(fù)極和隔膜的卷繞過程;  3、纏繞的電池芯裝入電池外殼內(nèi)和注入電解液過程;  4、密封過程;  5、定型,老化和單體電池的選擇過程;  5.1混漿與電機圖層;  在電機構(gòu)成的過程中,活性材料涂覆在金屬膜上,正極由活性材料,導(dǎo)電劑和粘接劑構(gòu)成?! ?.2單體電池的組成;

        以上是關(guān)于鋰離子電池的生產(chǎn)過程,希望能夠給您幫助。

鋰離子電池
鋰離子電池 鋰離子電池的生產(chǎn)過程_鋰離子電池
3.影響鋰離子電池循環(huán)性能的因素

影響鋰離子電池循環(huán)性能的因素

  循環(huán)性能對鋰離子電池的重要程度無需多言,就宏觀來講,更長的循環(huán)壽命意味著更少的資源消耗,因而,影響鋰離子電池循環(huán)性能的因素,是每一個與鋰電行業(yè)相關(guān)的人員都不得不考慮的問題。

  1、水分

  過多的水分會與正負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)、破壞其結(jié)構(gòu)進而影響循環(huán),同時水分過多也不利于SEI膜的形成,但在痕量的水分難以除去的同時,痕量的水也可以一定程度上保證電芯的性能。

  2、正負(fù)極壓實

  正負(fù)極壓實過高,雖然可以提高電芯的能量密度,但是也會一定程度上降低材料的循環(huán)性能,從理論來分析,壓實越大,相當(dāng)于對材料的結(jié)構(gòu)破壞越大,而材料的結(jié)構(gòu)是保證鋰離子電池可以循環(huán)使用的基礎(chǔ);此外,正負(fù)極壓實較高的電芯難以保證較高的保液量,而保液量是電芯完成正常循環(huán)或更多次的循環(huán)的基礎(chǔ)。

  3、測試的客觀條件

  測試過程中的充放電倍率、截止電壓、充電截止電流、測試中的過充過放、測試房溫度、測試過程中的突然中斷、測試點與電芯的接觸內(nèi)阻等外界因素,都會或多或少影響循環(huán)性能測試結(jié)果,另外,不同的材料對上述客觀因素的敏感程度各不相同,統(tǒng)一測試標(biāo)準(zhǔn)并且了解共性及重要材料的特性應(yīng)該就足夠日常工作使用了。

  4、負(fù)極過量

  負(fù)極過量的原因除了需要考慮首次不可逆容量的影響和涂布膜密度偏差之外,對循環(huán)性能的影響也是一個考量,對于鈷酸鋰加石墨體系而言,負(fù)極石墨成為循環(huán)過程中的"短板"一方較為常見,若負(fù)極過量不充足,電芯可能在循環(huán)前并不析鋰,但是循環(huán)幾百次后正極結(jié)構(gòu)變化甚微但是負(fù)極結(jié)構(gòu)被破壞嚴(yán)重而無法完全接收正極提供的鋰離子從而析鋰,造成容量過早下降。

  5、涂布膜密度

  單一變量的考慮膜密度對循環(huán)的影響幾乎是一個不可能的任務(wù),膜密度不一致要么帶來容量的差異、要么是電芯卷繞或疊片層數(shù)的差異,對同型號同容量同材料的電芯而言,降低膜密度相當(dāng)于增加一層或多層卷繞或疊片層數(shù),對應(yīng)增加的隔膜可以吸收更多的電解液以保證循環(huán),考慮到更薄的膜密度可以增加電芯的倍率性能、極片及裸電芯的烘烤除水也會容易些,當(dāng)然太薄的膜密度涂布時的誤差可能更難控制,活性物質(zhì)中的大顆粒也可能會對涂布、滾壓造成負(fù)面影響,更多的層數(shù)意味著更多的箔材和隔膜,進而意味著更高的成本和更低的能量密度,所以,評估時也需要均衡考量。

  6、材料種類

  材料的選擇是影響鋰離子電池性能的第一要素,選擇了循環(huán)性能較差的材料,工藝再合理、制成再完善,電芯的循環(huán)也必然無法保證;選擇了較好的材料,即使后續(xù)制成有些許問題,循環(huán)性能也可能不會差的過于離譜,從材料角度來看,一個全電池的循環(huán)性能,是由正極與電解液匹配后的循環(huán)性能、負(fù)極與電解液匹配后的循環(huán)性能這兩者中,較差的一者來決定的,材料的循環(huán)性能較差,一方面可能是在循環(huán)過程中晶體結(jié)構(gòu)變化過快從而無法繼續(xù)完成嵌鋰脫鋰,一方面可能是由于活性物質(zhì)與對應(yīng)電解液無法生成致密均勻的SEI膜造成活性物質(zhì)與電解液過早發(fā)生副反應(yīng)而使電解液過快消耗進而影響循環(huán)。在電芯設(shè)計時,若一極確認(rèn)選用循環(huán)性能較差的材料,則另一極無需選擇循環(huán)性能較好的材料,浪費。

  7、電解液量

  電解液量不足對循環(huán)產(chǎn)生影響主要有三個原因,一是注液量不足,二是雖然注液量充足但是老化時間不夠或者正負(fù)極由于壓實過高等原因造成的浸液不充分,三是隨著循環(huán)電芯內(nèi)部電解液被消耗完畢。第三點,正負(fù)極特別是負(fù)極與電解液的匹配性的微觀表現(xiàn)為致密且穩(wěn)定的SEI的形成,而右眼可見的表現(xiàn),既為循環(huán)過程中電解液的消耗速度,不完整的SEI膜一方面無法有效阻止負(fù)極與電解液發(fā)生副反應(yīng)從而消耗電解液,一方面在SEI膜有缺陷的部位會隨著循環(huán)的進行而重新生成SEI膜從而消耗可逆鋰源和電解液。不論是對循環(huán)成百甚至上千次的電芯還是對于幾十次既跳水的電芯,若循環(huán)前電解液充足而循環(huán)后電解液已經(jīng)消耗完畢,則增加電解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循環(huán)性能。

鋰離子電池
鋰離子電池 影響鋰離子電池循環(huán)性能的因素_鋰離子電池
4.鋰離子電池的應(yīng)用

鋰離子電池的應(yīng)用

  根據(jù)鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域,其可分為:  1、便攜式設(shè)備:  鋰離子電池供電的消費品電子設(shè)備從移動電話,數(shù)碼相機到筆記本電腦,鋰離子電池也用在醫(yī)療診斷設(shè)備中,包括病人監(jiān)護,手持血糖監(jiān)測工具和便攜式醫(yī)療診斷設(shè)備;  2、動力驅(qū)動:  包括電工工具,電動自行車,電動汽車等方面  3、能量存儲:  工業(yè)設(shè)備為鋰離子電池提供了廣泛的應(yīng)用,包括通信系統(tǒng),無限保密系統(tǒng)和店里系統(tǒng)?! ?、按照鋰離子電池的能量密度和功率密度,鋰離子電池又可分為:  小電池(0.6~5Wh):終端用戶使用的是單體電池,主要的引用領(lǐng)域是移動電話,便攜式播放器,藍牙設(shè)備等  中電池(10~500Wh):將單體電池進行簡單的串聯(lián),主要的應(yīng)用領(lǐng)域是DVD,筆記本電腦,電動自行車,小型UPS等;  高功率電池(30~500Wh):容量與中電池接近,主要的應(yīng)用領(lǐng)域是混合動力電動車和電動工具  達殿池(500Wh以上):將多個電池串并聯(lián)再一起,主要的應(yīng)用是大型UPS不間斷電源,電動汽車和儲能電池等?! ∧壳颁囯x子電池在小電池市場上處于絕對壟斷地位,在中電池市場上也占有很大的比例,并不斷擴大,在大電池的市場上,鋰離子電池處理研發(fā)階段,還沒有走入實際的應(yīng)用。

鋰離子電池
鋰離子電池 鋰離子電池的應(yīng)用_鋰離子電池


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