钜大LARGE | 点击量：1569次 | 2019年05月24日
介绍关于锂离子电池的知识
锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它首要依靠Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来作业。在充放电进程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状况；放电时则相反。锂离子电池自商业化以来，被广泛应用于便携式的电子产品中，如笔记本电脑，手机、数码相机等，可是随着能源和环境问题的日益严重，轿车敞开了从燃油到电动化的浪潮，锂离子电池是其动力的重要选择之一。下面贤集网小编来为我们介绍更多关于锂离子电池的知识，包含：锂离子电池首要功能指标、首要分类、锂离子电池容量衰减的原因！一同来看看吧！
锂离子电池首要功能指标
1、电池的容量
电池的容量有额外容量和实践容量之分。电池的额外容量是指电池在环境温度为20℃±5℃条件下，以5h率放电至停止电压时所应提供的电量，用C5表明。电池的实践容量是指电池在必定的放电条件下所放出的实践电量，首要受放电倍率和温度的影响（故严厉来讲，电池容量应指明充放电条件）。
容量单位：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。
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%
2、电池内阻
电池内阻是指电池在作业时，电流流过电池内部所遭到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电作业电压下降，放电时刻缩短。内阻巨细首要受电池的资料、制造工艺、电池结构等要素的影响。电池内阻是衡量电池功能的一个重要参数。
3、电压
开路电压是指电池在非作业状况下即电路中无电流流过期，电池正负极之间的电势差。一般状况下，锂离子电池充满电后开路电压为4.1—4.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右。经过对电池的开路电压的检测，能够判断电池的荷电状况。作业电压又称端电压，是指电池在作业状况下即电路中有电流流过期电池正负极之间的电势差。在电池放电作业状况下，当电流流过电池内部时，不需克服电池的内阻所构成阻力，故作业电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。锂离子电池的放电作业电压在3.6V左右。
4、放电渠道时刻
放电渠道时刻是指在电池满电状况下放电至某电压的放电时刻。例对某三元电池测量其3.6V的放电渠道时刻，以恒压充到电压为4.2V，而且充电电流小于0.02C时停止充电即充满电后，然后搁置10分钟，在任何倍率的放电电流下放电至3.6V时的放电时刻即为该电流下的放电渠道时刻。因某些运用锂离子电池的用电器的作业电压都有电压要求，假如低于要求值，则会出现无法作业的状况。所以放电渠道是衡量电池功能好坏的重要标准之一。
5、充放电倍率
充放电倍率是指电池在规则的时刻内放出其额外容量时所需要的电流值，1C在数值上等于电池额外容量，一般以字母C表明。如电池的标称额外容量为10Ah，则10A为1C（1倍率），5A则为0.5C，100A为10C，以此类推。
6、自放电率
自放电率又称荷电坚持才能，是指电池在开路状况下，电池所储存的电量在必定条件下的坚持才能。首要受电池的制造工艺、资料、储存条件等要素的影响。是衡量电池功能的重要参数。
7、功率
（1）充电功率是指电池在充电进程中所耗费的电能转化成电池所能储存的化学能程度的测量。首要受电池工艺，配方及电池的作业环境温度影响，一般环境温度越高，则充电功率要低。
（2）放电功率是指在必定的放电条件下放电至终点电压所放出的实践电量与电池的额外容量之比，首要受放电倍率，环境温度，内阻等要素影响，一般状况下，放电倍率越高，则放电功率越低。温度越低，放电功率越低。
8、循环寿数
电池循环寿数是指电池容量下降到某一规则的值时，电池在某一充放电准则下所经历的充放电次数。锂离子电池GB规则，1C条件下电池循环500次后容量坚持率在60%以上。
锂离子电池的首要分类
一、依据锂电池所用电解质资料不同，锂电池能够分为液态锂电池(lithiumionbattery，简称为LIB)和聚合物锂电池(polymerlithiumionbattery，简称为LIP)两大类。
二、按充电方式可分为：不可充电的及可充电的两类。
三、锂电池外型分：有方型锂电（如常用的手机电池）和柱形（如18650、18500）；
四、锂电池外包资料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；
五、锂电池从正负极资料（添加剂）分：钴酸锂(LiCoO2)电池、锰酸锂（LiMn2O4），磷酸铁锂电池，一次性二氧化锰锂电池。
锂离子电池容量衰减的原因
锂离子电池是继镉镍、氢镍电池之后开展最快的二次电池。它的高能特性让它的未来看起来一片光明。可是，锂离子电池并不完美，其最大的问题便是它的充放电循环的安稳性。本文总结并剖析了锂离子电池容量衰减的或许原因，包含过充电，电解液分化及自放电。
原因一：过充电
1、石墨负极的过充反响：
电池在过充时，锂离子简单复原堆积在负极外表
堆积的锂包覆在负极外表，堵塞了锂的嵌入。导致放电功率下降和容量丢失，原因有：
①可循环锂量减少；
②堆积的金属锂与溶剂或支撑电解质反响构成Li2CO3，LiF或其他产品；
③金属锂一般构成于负极与隔阂之间，或许堵塞隔阂的孔隙增大电池内阻；
④因为锂的性质很活泼，易与电解液反响而耗费电解液.然后导致放电功率下降和容量的丢失。
快速充电，电流密度过大，负极严重极化，锂的堆积会更加明显。这种状况简单发作在正极活性物相关于负极活性物过量的场合。可是，在高充电率的状况下，即使正负极活性物的份额正常，也或许发作金属锂的堆积。
2、正极过充反响
当正极活性物相关于负极活性物份额过低时，简单发作正极过充电。正极过充导致容量丢失首要是因为电化学惰性物质（如Co3O4，Mn2O3等）的发作，损坏了电极间的容量平衡，其容量丢失是不可逆的。
（1）LiyCoO2
LiyCoO2→(1-y)/3[Co3O4＋O2(g)]＋yLiCoO2y<0.4
一起正极资料在密封的锂离子电池中分化发作的氧气因为不存在再化合反响（如生成H2O）与电解液分化发作的可燃性气体一起积累，后果将无法想象。
（2）λ-MnO2
锂锰反响发作在锂锰氧化物完全脱锂的状况下：λ-MnO2→Mn2O3+O2(g)
3、电解液在过充时氧化反响
当压高于4.5V时电解液就会氧化生成不溶物（如Li2Co3）和气体，这些不溶物会堵塞在电极的微孔里面阻碍锂离子的迁移而构成循环进程中容量丢失。
影响氧化速率要素：
（1）正极资料外表积巨细；
（2）集电体资料；
（3）所添加的导电剂（炭黑等）；
（4）炭黑的品种及外表积巨细；
在目前较常用电解液中，EC/DMC被以为是具有最高的耐氧化才能。溶液的电化学氧化进程一般表明为：溶液→氧化产品(气体、溶液及固体物质)+ne-。任何溶剂的氧化都会使电解质浓度升高，电解液安稳性下降，终究影响电池的容量。假设每次充电时都耗费一小部分电解液，那么在电池装配时就需要更多的电解液。关于恒定的容器来说，这就意味着装入更少量的活性物质，这样会构成初始容量的下降。此外，若发作固体产品，则会在电极外表构成钝化膜，这将引起电池极化增大而下降电池的输出电压。
原因二：电解液分化（复原）
1、电解质在正极上分化：
（1）电解液由溶剂和支撑电解质组成，在正极分化后一般构成不溶性产品Li2Co3和LiF等，经过堵塞电极的孔隙而下降电池容量，电解液复原反响对电池的容量和循环寿数会发作不良影响，而且因为复原发作了气体会使电池内压升高，然后导致安全问题。
（2）正极分化电压一般大于4.5V(相关于Li/Li+)，所以，它们在正极上不易分化。相反，电解质在负极较易分化。
2、电解质在负极上分化：
电解液在石墨和其它嵌锂碳负极上安稳性不高，简单反响发作不可逆容量。初度充放电时电解液分化会在电极外表构成钝化膜，钝化膜能将电解液与碳负极离隔阻止电解液的进一步分化。然后维持碳负极的结构安稳性。理想条件下电解液的复原限制在钝化膜的构成阶段，当循环安稳后该进程不再发作。
（1）钝化膜的构成：
电解质盐的复原参加钝化膜的构成，有利于钝化膜的安稳化，可是
①复原发作的不溶物对溶剂复原生成物会发作不利影响；
②电解质盐复原时电解液的浓度减小，终究导致电池容量丢失（LiPF6复原生成LiF、LixPF5－x、PF3O和PF3）；
③钝化膜的构成要耗费锂离子，这会导致南北极间容量失衡而构成整个电池比容量下降。
④假如钝化膜上有裂缝，则溶剂分子能透入，使钝化膜加厚，这样不光耗费更多的锂，而且有或许堵塞碳外表上的微孔，导致锂无法嵌入和脱出，构成不可逆容量丢失。在电解液中加一些无机添加剂，如CO2，N2O，CO，SO2等，可加速钝化膜的构成，并能抑制溶剂的共嵌和分化，加入冠醚类有机添加剂也有相同的效果，其间以12冠4醚最佳。
（2）成膜容量丢失的要素：
①工艺中运用碳的类型；
②电解液成份；
③电极或电解液中添加剂。
a、Blyr以为离子交换反响从活性物质粒子外表向其核心推进，构成的新相包埋了原来的活性物质，粒子外表构成了离子和电子导电性较低的钝化膜，因而储存之后的尖晶石比储存前具有更大的极化。
b、Zhang经过对电极资料循环前后的沟通阻抗谱的比较剖析发现，随着循环次数的添加，外表钝化层的电阻添加，界面电容减小。反映出钝化层的厚度是随循环次数而添加的。锰的溶解及电解液的分化导致了钝化膜的构成，高温条件更有利于这些反响的进行。这将构成活性物质粒子直接触电阻及Li+迁移电阻的增大，然后使电池的极化增大，充放电不完全，容量减小。
3、II电解液的复原机理
电解液中常常含有氧、水、二氧化碳等杂质，在电池充放电进程中发作氧化复原反响。电解液的复原机理包含溶剂复原、电解质复原及杂质复原三方面：
（1）溶剂的复原
PC和EC的复原包含一电子反响和二电子反响进程，二电子反响构成Li2CO3：
①Fong等以为，在第一次放电进程中，电极电势接近O.8V(vs.Li/Li+)时，PC/EC在石墨上发作电化学反响，生成CH=CHCH3(g)/CH2=CH2(g)和LiCO3(s)，导致石墨电极上的不可逆容量丢失。
②Aurbach等对各种电解液在金属锂电极和碳基电极上复原机理及其产品进行了广泛的研究，发现PC的一电子反响机理发作ROCO2Li和丙烯。ROCO2Li对痕量水很灵敏，有微量水存在时首要产品为Li2CO3和丙稀，但在枯燥状况下并无Li2CO3发作。
DEC的复原：
Ein-EliY报道，由碳酸二乙酯(DEC)和碳酸二甲酯(DMC)混合而成的电解液，在电池中会发作交换反响，生成碳酸甲乙酯(EMC)，对容量丢失发作必定的影响。
（2）电解质的复原
电解质的复原反响一般被以为是参加了碳电极外表膜的构成，因而其品种及浓度都将影响碳电极的功能。在某些状况下，电解质的复原有助于碳外表的安稳，可构成所需的钝化层。一般以为，支撑电解质要比溶剂简单复原，复原产品搀杂于负极堆积膜中而影响电池的容量衰减。几种支撑电解质或许发作的复原反响如下：
（3）杂质复原
①电解液中水含量过高会生成LiOH(s)和Li2O堆积层，不利于锂离子嵌入，构成不可逆容量丢失：
H2O＋e→OH-＋1/2H2
OH-＋Li+→LiOH(s)
LiOH＋Li+＋e-→Li2O(s)＋1/2H2
生成LiOH(s)在电极外表堆积，构成电阻很大的外表膜，阻碍Li+嵌入石墨电极，然后导致不可逆容量丢失。溶剂中微量水(100-300×10-6)对石墨电极功能没影响。
②溶剂中的CO2在负极上能复原生成CO和LiCO3(s)：
2CO2＋2e-＋2Li+→Li2CO3＋CO
CO会使电池内压升高，而Li2CO3（s）使电池内阻增大影响电池功能。
③溶剂中的氧的存在也会构成Li2O
1/2O2+2e-+2Li+→Li2O
因为金属锂与完全嵌锂的碳之间电位差较小，电解液在碳上的复原与在锂上的复原类似。
原因三：自放电
<atarget=_blankhref='http://www.dghoppt.cn/product-list-13.html'><b>锂离子电池</b></a>首要功能指标、首要分类及电池容量衰减的原因
自放电是指电池在未运用状况下，电容量天然丢失的现象。锂离子电池自放电导致容量丢失分两种状况：
一是可逆容量丢失；
二是不可逆容量的丢失。
1、可逆容量丢失是指丢失的容量能在充电时康复，而不可逆容量丢失则相反，正负极在充电状况下或许与电解质发作微电池效果，发作锂离子嵌入与脱嵌，正负极嵌入和脱嵌的锂离子只与电解液的锂离子有关，正负极容量因而不平衡，充电时这部分容量丢失不能康复。如：
锂锰氧化物正极与溶剂会发作微电池效果发作自放电构成不可逆容量丢失：
LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4
溶剂分子(如PC)在导电性物质碳黑或集流体外表上作为微电池负极氧化:
xPC→xPC-自由基+xe-
相同，负极活性物质或许会与电解液发作微电池效果发作自放电构成不可逆容量丢失，电解质(如LiPF6)在导电性物质上复原：
PF5+xe-→PF5-x
充电状况下的碳化锂作为微电池的负极脱去锂离子而被氧化:
LiyC6→Liy-xC6+xLi+++xe-
2、自放电影响要素：正极资料的制造工艺，电池的制造工艺，电解液的性质，温度，时刻。
3、自放电速率首要受溶剂氧化速率操控，因而溶剂的安稳性影响着电池的储存寿数。
4、溶剂的氧化首要发作在碳黑外表，下降碳黑外表积能够操控自放电速率，但关于LiMn2O4正极资料来说，下降活性物质外表积相同重要，一起集电体外表对溶剂氧化所起的效果也不容忽视。
5、经过电池隔阂而泄漏的电流也能够构成锂离子电池中的自放电，但该进程遭到隔阂电阻的限制，以极低的速率发作，并与温度无关。考虑到电池的自放电速率激烈地依赖于温度，故这一进程并非自放电中的首要机理。
6、假如负极处于足够电的状况而正极发作自放电，电池内容量平衡被损坏，将导致永久性容量丢失。
7、长时刻或常常自放电时，锂有或许堆积在碳上，增大南北极间容量不平衡程度。
8、Pistoia等比较了3种首要金属氧化物正极在各种不同电解液中的自放电速率，发现自放电速率随电解液不同而不同。并指出自放电的氧化产品堵塞电极资料上的微孔，使锂的嵌入和脱出困难而且使内阻增大和放电功率下降，然后导致不可逆容量丢失。
上述是贤集网小编为我们解说的锂离子电池首要功能指标、首要分类、锂离子电池容量衰减的原因。希望这些知识能够加深我们对锂离子电池的了解！在这里小编还要提醒我们几点，首先防止锂离子电池在严格条件下运用，如:高温、高湿度、夏天阳光下长时刻暴晒等，防止将电池投入火中。拆锂离子电池时，应保证用电用具处于电源关闭状况；运用温度应坚持在-20~50℃之间。还有，防止将锂离子电池长时刻"寄存"在停止运用的用电用具中。只有悉心保护，才能够延伸它的运用寿数！
上一篇：三元锂电池充电方法及充放电原理
下一篇：三元材料锂电池容量衰减的原因分析
