有关锂离子电池结构及工作原理详细介绍

锂离子电池是一种充电电池，它首要依托锂离子在正极和负极之间移动来作业。在充放电进程中，Li+在两个电极之间往复嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，通过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般选用含有锂元素的资料作为电极的电池，是现代高功用电池的代表。

锂离子电池的作业原理

锂离子电池以碳素资料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只要锂离子，这便是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极资料电池的总称。锂离子电池的充放电进程，便是锂离子的嵌入和脱嵌进程。在锂离子的嵌入和脱嵌进程中，一起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标明，而负极用刺进或脱插标明）。在充放电进程中，锂离子在正、负极之间往复嵌入/脱嵌和刺进/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，生成的锂离子通过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有许多微孔，到达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。相同，当对电池进行放电时（即咱们运用电池的进程），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。

一般锂离子电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，一起电池发热也越大。并且，过大的电流充电，容量不行满，由于电池内部的电化学反响需求时刻。就跟倒啤酒相同，倒太快的话会发作泡沫，反而不满。

对电池来说，正常运用便是放电的进程。

锂离子电池放电需求注意几点：

榜首，放电电流不能过大，过大的电流导致电池内部发热，有或许会构成永久性的损害。在手机上，这个却是没有问题的，可以不考虑。

第二，肯定不能过放电！锂离子电池最怕过放电，一旦放电电压低于2.7V，将或许导致电池作废。好在手机电池内部都现已装了保护电路，电压还没低到损坏电池的程度，保护电路就会起用途，中止放电。从图上可以看出，电池放电电流越大，放电容量越小，电压下降更快。

锂离子电池结构

正极：活性物质，导电剂、溶剂、粘合剂、基体。

电池放电时从外电路获得电子的电极,此时电极发作恢复反响。一般是电位高的电极。锂离子电池中的钴酸锂、锰酸锂电极等。

负极：活性物质（石墨、MCMB、CMS)，粘合剂、溶剂、基体。

电池放电时向外电路运送电子的电极，此时电极发作氧化反响。一般是电位低的电极，锂离子电池中石墨电极。

隔阂

隔阂是放置于南北极之间，作为阻隔电极的设备，藉以防止南北极上的活性物质直接触摸而构成电池内部的短路。但隔阂仍需能让带电离子通过，以构成通路。

隔阂要求：

1、离子透过度大

2、机械性强度恰当

3、本身为绝缘体

4、不与电解液及电极发作反响

原料：单层PE（聚乙烯）或许三层复合PP（聚丙烯）+PE+PP

厚度：单层一般为0.016～0.020mm，三层一般为0.020～0.025mm

电解液

外壳五金件（钢壳、铝壳、盖板、极耳、绝缘片、绝缘胶带）

锂离子电池电芯原资料

正极资料

正极资料在锂离子电池中商场容量最大、附加值较高，大约占锂离子电池本钱30%，毛利率低则15%，高则70%以上。

现在已批量运用于锂离子电池的正极资料首要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴镍锰酸锂以及磷酸铁锂。

镍酸锂离子电池安全性最差（过充易起火），高温耐受度最低（高温分解），组成难度最高。

钴酸锂最早完结商业化运用，技能展开至今现已很成熟，并已广泛运用在小型低功率的便携式电子产品上，如手机、笔记本电脑和数码电子产品等。

磷酸铁锂作为锂离子电池用正极资料具有出色的电化学功用，充放电途径非常平稳，充放电进程中结构安稳。一起，该资料无毒、无污染、安全功用好、可在高温环境下运用、原资料来历广泛等利益，是现在电池界竞相开发研讨的抢手。

负极资料

负极资料占锂电本钱份额较低，首要有碳负极资料和非碳负极资料。

碳负极资料：被现在产品锂离子电池广泛选用。

利益：安全、循环寿数较长，价格低廉、无毒。

缺陷：质量比能量比较低。

非碳负极资料：按组成分为锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物和纳米合金资料。

利益：有很高的体积能量密度。

缺陷：循环安稳性差，不可逆容量较大，制备本钱较高，尚未产业化。

负极资料未来以行进容量和循环安稳性为政策，将碳资料与各种高容量非碳负极资料复合以开发高容量、非碳复合负极资料。

隔阂资料

商场化的隔阂资料首要是以聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）为主的聚烯烃（Polyolefin）类隔阂，其间PE产品首要由湿法工艺制得，PP产品首要由干法工艺制得。

PE产品与PP产品的特点比较：

1、PP相对更耐高温，PE相对耐低温；

2、PP密度比PE小；

3、PP熔点和闭孔温度比PE高；

4、PP制品比PE脆；

5、PE对环境应力更灵敏。

首要的隔阂资料产品有单层PP、单层PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PE、双层PP/PP和三层PP/PE/PP等，其间前两类产品首要用于3C小电池范畴，后几类产品首要用于动力锂离子电池范畴。

在动力锂离子电池用隔阂资料产品中，双层PP/PP隔阂资料首要由我国公司出产，在我国大陆运用，这首要是由于现在阶段还没有我国公司能将PP与PE制成双层复合膜的技能和才华。而全球轿车动力锂离子电池运用的隔阂以三层PP/PE/PP、双层PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔阂资料产品为主。与此一起，其他一些新式隔阂资料产品也在不断涌现并开始完结运用，不过，因量少价高，首要仍是用在动力锂离子电池制作范畴。这些产品首要有：涂层处理的聚酯膜（PET，PolyethyleneTerephthalate）、纤维素膜、聚酰亚胺膜（PI）、聚酰胺膜（PA），氨纶或芳纶膜等等。这些隔阂的利益是耐高温，且具有低温输出、充电循环寿数长、机械强度适中的特色。总的来看，锂离子电池隔阂资料产品呈现出显着的多样化展开趋势。

电解液

锂离子电池电解液资料关键在于高安全性、高环境适应性，首要展开将会合在：新式溶剂（作业温度规划拓宽）、离子液体、新式锂盐（行进环境适应性）、添加剂（阻燃、氧化恢复络绎、保护正负极成膜等）等方面，与新式正、负极资料相匹配，行进安全性、功率和容量，毕竟安全方便地运用于电动汽车、储能、航天以及更广泛的范畴。