钜大LARGE | 点击量：772次 | 2021年07月27日
近距离了解锂离子电池！
锂系电池分为锂离子电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂离子电池。而真正的锂离子电池由于危险性大，很少使用于日常电子产品。
锂离子电池是一种充电电池，它重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+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，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，是现代高性能电池的代表。
锂离子电池的工作原理
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，惟有锂离子，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。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
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，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要时间。就跟倒啤酒相同，倒太快的话会萌生泡沫，反而不满。
对电池来说，正常使用就是放电的过程。
锂离子电池放电要留意几点：
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。
第二，绝对不能过放电！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，保护电路就会起用途，停止放电。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,此时电极发生还原反应。通常是电位高的电极。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输送电子的电极，此时电极发生氧化反应。通常是电位低的电极，锂离子电池中石墨电极。
隔膜
隔膜是放置于两极之间，作为隔离电极的装置，藉以防止两极上的活性物质笔直接触而造成电池内部的短路。但隔膜仍需能让带电离子通过，以形成通路。
隔膜要求：
1、离子透过度大
2、机械性强度适当
3、本身为绝缘体
4、不与电解液及电极发生反应
材质：单层PE（聚乙烯）或者三层复合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）
锂离子电池电芯原材料
正极材料
正极材料在锂离子电池中市场容量最大、附加值较高，约莫占锂离子电池成本30%，毛利率低则15%，高则70%以上。
目前已批量使用于锂离子电池的正极材料重要有钴酸锂、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（高温分析），合成难度最高。
钴酸锂最早实现商业化使用，技术发展至今已经很成熟，并已广泛使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材料具有良好的电化学性能，充放电平台十分平稳，充放电过程中结构稳定。同时，该材料无毒、无污染、安全性能好、可在高温环境下使用、原材料来源广泛等优势，是目前电池界竞相开发研究的热点。
负极材料
负极材料占锂电成本比例较低，重要有碳负极材料和非碳负极材料。
碳负极材料：被目前商品锂离子电池广泛采用。
优势：安全、循环寿命较长，价格低廉、无毒。
缺点：质量比能量比较低。
非碳负极材料：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材料。
优势：有很高的体积能量密度。
缺点：循环稳定性差，不可逆容量较大，制备成本较高，尚未产业化。
负极材料将来以提高容量和循环稳定性为目标，将碳材料与各种高容量非碳负极材料复合以开发高容量、非碳复合负极材料。
隔膜材料
市场化的隔膜材料重要是以聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）为主的聚烯烃（Polyolefin）类隔膜，其中PE产品重要由湿法工艺制得，PP产品重要由干法工艺制得。
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对环境应力更敏感。
重要的隔膜材料产品有单层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，其中前两类产品重要用于3C小电池范畴，后几类产品重要用于动力锂离子电池范畴。
在动力锂离子电池用隔膜材料产品中，双层PP/PP隔膜材料重要由我国公司加工，在我国大陆使用，这重要是因为目前阶段还没有我国公司能将PP与PE制成双层复合膜的技术和能力。而全球汽车动力锂离子电池使用的隔膜以三层PP/PE/PP、双层PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料产品为主。与此同时，其他一些新型隔膜材料产品也在不断涌现并开始实现使用，不过，因量少价高，重要还是用在动力锂离子电池制造范畴。这些产品重要有：涂层解决的聚酯膜（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。这些隔膜的优势是耐高温，且具有低温输出、充电循环寿命长、机械强度适中的特点。总的来看，锂离子电池隔膜材料产品呈现出分明的多样化发展趋势。
电解液
锂离子电池电解液材料重点在于高安全性、高环境适应性，重要发展将聚集在：新型溶剂（工作温度范围拓宽）、离子液体、新型锂盐（提高环境适应性）、添加剂（阻燃、氧化还原穿梭、保护正负极成膜等）等方面，与新型正、负极材料相匹配，提高安全性、功率和容量，最终安全方便地使用于电动汽车、储能、航天以及更广泛的范畴。
锂离子电池的制造工艺流程
锂离子电池加工用的重要设备
真空行星搅拌机
用途：将各种电池材料平均的搅拌成浆状。
电极涂布机
用途：搅拌后的浆料平均涂膜在金属箔片上。对浆料的涂布厚度精确到3微米以下。
辊压机
用途：涂布后的极片进一步压实，提高电池的能量密度。
极片分切设备
超声焊接导电柄设备
卷绕机
用途：将制造好的极片卷绕成电池
手套箱
用途：保证在低湿度环境下将电解液与卷芯封装在一起
注液机
用途：保证高精度的流水化将电解液真空注入电池组装材料内
化成探测设备
用途：将做好的电池充电活化，萌生电压，同时探测电池的容量。
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