张飞软硬开源基于STM32 BLDC直流无刷电机驱动器开发视频套件,👉戳此立抢👈

锂离子电池结构及其工作原理详解

传感器技术 2018-08-10 09:54 次阅读

锂系电池分为锂电池和锂离子电池。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电池。而真正的锂电池由于危险性大,很少应用于日常电子产品。

锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠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,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。

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。

第二,绝对不能过放电!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。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,藉以避免两极上的活性物质直接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

正极材料在锂电池中市场容量最大、附加值较高,大约占锂电池成本30%,毛利率低则15%,高则70%以上。

目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴镍锰酸锂以及磷酸铁锂。

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

钴酸锂最早实现商业化应用,技术发展至今已经很成熟,并已广泛应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点,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,主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。

优点: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。

优点: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。

负极材料未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

市场化的隔膜材料主要是以聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)为主的聚烯烃(Polyolefin)类隔膜,其中PE 产品主要由湿法工艺制得,PP 产品主要由干法工艺制得。

PE产品与PP产品的特征比较:

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。

主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,其中前两类产品主要用于3C 小电池领域,后几类产品主要用于动力锂电池领域。

在动力锂电池用隔膜材料产品中,双层PP/PP 隔膜材料主要由中国企业生产,在中国大陆使用,这主要是因为目前阶段还没有中国企业能将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应用,不过,因量少价高,主要还是用在动力锂电池制造领域。这些产品主要有:涂层处理的聚酯膜(PET,Polyethylene Terephthalate)、纤维素膜、聚酰亚胺膜(PI)、聚酰胺膜(PA),氨纶或芳纶膜等等。这些隔膜的优点是耐高温,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,锂电池隔膜材料产品呈现出明显的多样化发展趋势。

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,主要发展将集中在: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,最终安全方便地应用于电动车、储能、航天以及更广泛的领域。

锂离子电池的制造工艺流程

锂离子电池生产用的主要设备

真空行星搅拌机

用途:将各种电池材料均匀的搅拌成浆状。

电极涂布机

用途:搅拌后的浆料均匀涂膜在金属箔片  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包装材料内

化成测试设备

用途:将做好的电池充电活化,产生电压,同时测试电池的容量。

原文标题:近距离了解锂电池!

文章出处:【微信号:WW_CGQJS,微信公众号:传感器技术】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

关于新能源动力电池与内燃机的对比分析

巨大的汽车生产量和保有量已经对全球环境产生了显著影响,尤其是人类的生存环境遇到了前所未有的挑战。在最....
的头像 汽车与新动力 发表于 08-17 10:35 395次 阅读
关于新能源动力电池与内燃机的对比分析

苹果限制非官方途径更换iPhone电池

此行为引发争议,今天苹果就此事回应:这么做是为了保护用户,防止用户使用质量差的电池。
的头像 人工智能学家 发表于 08-15 16:31 307次 阅读
苹果限制非官方途径更换iPhone电池

【浩博电池资讯】锂离子电池制作工序控制重点

锂离子电池制造工序决议锂离子电池的质量与一致性,其控制关键如下: 1.溶液制造:b) 溶液的拌和时间、拌和频率和次数(及溶液外...
发表于 08-15 11:37 116次 阅读
【浩博电池资讯】锂离子电池制作工序控制重点

磷酸铁锂电池LTC4156怎么样?

很多手持式工业或医疗设备的电源架构常常与大显示屏智能手机的电源架构类似。一般情况下,3.7V (4.2V 最终充电或“浮置”电压)...
发表于 08-15 07:16 48次 阅读
磷酸铁锂电池LTC4156怎么样?

港珠澳大桥海关查获2968块锂电池 已按规定作退运处理

近日,港珠澳大桥海关查获2968块锂电池,货重79千克,目前相关货物已按规定作退运处理。
发表于 08-14 16:30 56次 阅读
港珠澳大桥海关查获2968块锂电池 已按规定作退运处理

快充安全么?会影响电池寿命吗?

从原理上来看,电池的损害基本上来源于两方面
的头像 电子工程技术 发表于 08-12 14:40 287次 阅读
快充安全么?会影响电池寿命吗?

设计一个单节电池和双节电池兼容的电路

设计功能: 1,当同时接入两节电池时 电池要串联连接 2,任意一节电池正接或反接都要能工作 3,任意接入一节电池都能工作 4...
发表于 08-09 17:08 375次 阅读
设计一个单节电池和双节电池兼容的电路

电池保护板的工作原理及具有何作用

电池保护板是锂电池保护板主要是针对可充电(一般指锂电池)起保护作用的集成电路板。 锂电池(可充型)之....
的头像 牵手一起梦 发表于 08-09 15:44 690次 阅读
电池保护板的工作原理及具有何作用

动力电池主要种类一览

目前市场上主流技术仍以铅酸电池技术、镍氢电池技术、燃料电池技术、锂电池技术为主。
的头像 传感器技术 发表于 08-09 14:42 2746次 阅读
动力电池主要种类一览

锂离子电池电芯原材料解析

正极材料在锂电池中市场容量最大、附加值较高,大约占锂电池成本30%,毛利率低则15%,高则70%以上....
的头像 传感器技术 发表于 08-09 14:20 376次 阅读
锂离子电池电芯原材料解析

干货 | 锂电池制造工艺流程、生产设备概览

制造工艺流程、生产用的主要设备
的头像 潮库 发表于 08-09 11:45 254次 阅读
干货 | 锂电池制造工艺流程、生产设备概览

简析锂离子电池

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。
的头像 传感器技术 发表于 08-09 11:28 237次 阅读
简析锂离子电池

怎么选择锂电池充电芯片型号使其在不接电池情况下可以给系统供电?

锂电池充电芯片选型,充电电流最大1A  ,还要在不接电池情况下可以给系统供电的,封装尽量简单点吧,之前用过QFN封...
发表于 08-09 04:35 55次 阅读
怎么选择锂电池充电芯片型号使其在不接电池情况下可以给系统供电?

瑞萨电子推出第四代锂离子电池管理IC 最大程度提升电池寿命和续航里程

汽车级ISL78714电池管理IC可提供业界精准的电池电压测量与ASIL D功能安全。
发表于 08-08 17:26 234次 阅读
瑞萨电子推出第四代锂离子电池管理IC 最大程度提升电池寿命和续航里程

加热靴子的制作方法

第1步:材料
的头像 39度创意研究所 发表于 08-08 14:30 211次 阅读
加热靴子的制作方法

8W双声道音频功放HT878/HT878T怎么样?

便携式蓝牙音响是目前使用量最大的音箱产品,特别是随着智能手机、智能家居的兴起,其销量逐年攀升。其连接方便,与手机等音乐设...
发表于 08-08 08:17 32次 阅读
8W双声道音频功放HT878/HT878T怎么样?

对于电动汽车有人欢喜有人愁

又一起特斯拉自燃事件在香港发生,近几年来,因电动车锂电池自燃造成人员伤亡财产损失的事件层出不穷,锂电....
发表于 08-06 08:43 389次 阅读
对于电动汽车有人欢喜有人愁

富林集团放弃智利建造电动汽车零部件的项目

投资者们正在对智利的锂资源投资项目失去信心。
的头像 高工锂电 发表于 08-05 11:43 418次 阅读
富林集团放弃智利建造电动汽车零部件的项目

电池保护板电路相关问题

各位大神,电池充放电保护板电路DIY设计时遇到以下两个问题,望指教: 1.原理图中红色方框内电路作用; 2.椭圆框内电路与典...
发表于 08-01 18:08 344次 阅读
电池保护板电路相关问题

下一代高电压锂电池获新进展

如果说电解液是锂电池的“血液”,那么电解液中的锂盐犹如“血液”中的“血红蛋白”,其重要性不言而喻。传....
发表于 08-01 15:21 166次 阅读
下一代高电压锂电池获新进展

蓄电池是什么_锂电池和蓄电池的区别

本文首先介绍了蓄电池的概念和常用的蓄电池分类及特点,然后分析了铅蓄电池的使用原理,最后从是个不同的方....
发表于 08-01 15:20 234次 阅读
蓄电池是什么_锂电池和蓄电池的区别

锂电池隔膜各项性能综述、详解各测试项目的原理、标准及方法

隔膜作为锂电池的关键组成部件之一,其品质优劣直接影响到锂电池的综合使用性能及安全性能。
的头像 锂电联盟会长 发表于 08-01 14:27 362次 阅读
锂电池隔膜各项性能综述、详解各测试项目的原理、标准及方法

【浩博电池资讯】8大保护锂电池的保护板

[table=98%,#def0fb] [tr][td]锂电池(可充型)之所以需要保护,是由它本身特性抉择的。由于锂电池本身的材料抉择了它不能被过充...
发表于 08-01 10:19 346次 阅读
【浩博电池资讯】8大保护锂电池的保护板

如何解决TPS61222 3.7V锂电池输入输出却是3.4V问题?

如上图的电路图,我是参考芯片手册,但是当接上单节 14500型锂电池,锂电池实测电压为3.787V,输出2,4脚理应为5V,但测得确是3...
发表于 07-31 11:14 55次 阅读
如何解决TPS61222 3.7V锂电池输入输出却是3.4V问题?

LG化学最新的住宅能源技术提供创造性的解决方案!

LG化学将为亚特兰大的每个联排别墅提供两个家用电池系统。
的头像 高工锂电 发表于 07-30 17:10 297次 阅读
LG化学最新的住宅能源技术提供创造性的解决方案!

电解液巨头新宙邦上半年营收超10亿!

报告期内,锂电池化学品板块实现营收5.2亿元,同比增长8.01%,占营收总比49.2%。
的头像 高工锂电 发表于 07-30 17:07 247次 阅读
电解液巨头新宙邦上半年营收超10亿!

干货 | 锂电池正极材料理化性能和电化学性能的分析方法综述

本文对这些理化性能和电化学性能的分析方法做一综述,为广大的锂离子电池正极材料工作者提供参考。
的头像 锂电联盟会长 发表于 07-30 14:51 376次 阅读
干货 | 锂电池正极材料理化性能和电化学性能的分析方法综述

新型电池发展方向_未来10大最具潜力的锂电池新材料

本文首先介绍新型电池的概念以及几种类型,其次分析了新型电池的发展趋势,最后简单阐述了未来10大最具潜....
发表于 07-30 14:11 476次 阅读
新型电池发展方向_未来10大最具潜力的锂电池新材料

锂电池充电台灯的安全隐患你知道吗

锂电池LED充电台灯是近年来兴起的一种灯具,由于配备了锂电池,这种台灯可脱离电源随处移动放置,使用起....
发表于 07-29 17:30 220次 阅读
锂电池充电台灯的安全隐患你知道吗

华迈教你如何安全充电锂电池

最近,一些媒体曝光了一段视频,视频中一辆电动滑板车在充电时发生了烟雾爆炸。这是令人激动的。整个过程只有18秒,
的头像 171电台电池 发表于 07-29 09:14 219次 阅读
华迈教你如何安全充电锂电池

求购一个稳定的锂电池BMS硬件保护板线路方案

      我公司是创业型的小公司,处于贸易,贸易成本过高,求购一个稳定的BMS软件,硬件方案,可以一起创...
发表于 07-27 11:50 445次 阅读
求购一个稳定的锂电池BMS硬件保护板线路方案

宝马计划将其全球最大工厂斯帕坦堡工厂的锂电池产能翻倍

当地时间7月24日,宝马表示,为了支持电动车产能,其计划将其全球最大工厂斯帕坦堡工厂的锂电池产能翻倍....
发表于 07-26 16:30 125次 阅读
宝马计划将其全球最大工厂斯帕坦堡工厂的锂电池产能翻倍

锂电池容量测试方法

锂电池容量测试是以满电电压和设定的终止电压为参数的,因为锂电池的最低放电电压是2.75V,所以,小于....
的头像 发烧友学院 发表于 07-26 14:37 841次 阅读
锂电池容量测试方法

动力电池与锂电池区别

锂电池有普通型也有动力型。动力电池中有铅酸电池,也有镍氢电池,也有锂离子电池等。那么热动力锂电池和消....
的头像 发烧友学院 发表于 07-26 14:31 482次 阅读
动力电池与锂电池区别

18650电池分容教程

要想知道一个18650锂电池的内阻、电压是多少相对来说是比较容易,只要有一个电压内阻测试仪就可以直接....
的头像 发烧友学院 发表于 07-26 14:18 511次 阅读
18650电池分容教程

【浩博电池资讯】如何正确使用锂电池

锂电池入手后处理: 1,新出厂的电池:无需任何处理,如激活等,可直接投入正常运用。 2,搁置不长时刻的电池(三个月内):无需...
发表于 07-26 09:58 834次 阅读
【浩博电池资讯】如何正确使用锂电池

科创板嘉元科技创始人及高管信息大全

个人简介 姓 名 性 别 出生日期 学 历
的头像 行业投资 发表于 07-25 17:49 536次 阅读
科创板嘉元科技创始人及高管信息大全

科创板容百科技创始人及高管信息大全

个人简介 姓 名 性 别 出生日期 学 历
的头像 行业投资 发表于 07-25 17:49 444次 阅读
科创板容百科技创始人及高管信息大全

科创板杭可科技创始人及高管信息大全

个人简介 姓 名 性 别 出生日期 学 历
的头像 行业投资 发表于 07-25 17:49 365次 阅读
科创板杭可科技创始人及高管信息大全

行业 | 锂电池将是储能市场的最优选择

锂离子电池作为储能系统的储能介质,将是市场的最优选择。
的头像 高工锂电 发表于 07-25 17:14 391次 阅读
行业 | 锂电池将是储能市场的最优选择

锂电国产化催生新需求

成功登陆科创板之际,杭可科技董事长曹骥在媒体对话中,就市场关注的行业热点和公司问题进行了探讨。
的头像 高工锂电 发表于 07-25 17:11 512次 阅读
锂电国产化催生新需求

概述国内外动力锂离子电池在性能及安全测试方面的标准

概述国内外动力锂离子电池在性能及安全测试方面的标准,从适用范围、测试项内容及严格程度等几个方面进行分....
的头像 锂电联盟会长 发表于 07-25 15:15 636次 阅读
概述国内外动力锂离子电池在性能及安全测试方面的标准

解析国内锂电池设备企业的技术方向与优势!

红火的新能源汽车市场拉高了动力电池需求,全球动力电池企业纷纷“快马加鞭”扩大产能。
的头像 锂电联盟会长 发表于 07-25 11:46 969次 阅读
解析国内锂电池设备企业的技术方向与优势!

重磅 | 锂电池新型粘结剂最新研究汇总!

综述了不同类型锂离子电池用新型粘结剂的研究进展,分析了其各自的特征和优缺点,并预测了新型粘结剂未来的....
的头像 锂电联盟会长 发表于 07-24 16:19 419次 阅读
重磅 | 锂电池新型粘结剂最新研究汇总!

电池修复原理_电池修复液有用吗

电池修复是指通过物理或化学等手段对性能下降或失效的二次充电电池进行维修的统称。通过修复能恢复电池的容....
发表于 07-24 15:00 327次 阅读
电池修复原理_电池修复液有用吗

自制18650电池点焊机

本文主要介绍了自制18650电池点焊机方法。首先用于18650电池点焊机的输送装配,收罗:本体设在所....
发表于 07-24 11:17 1204次 阅读
自制18650电池点焊机

18650锂电池容量测试

本文主要介绍了18650锂电池容量测量方法步骤。锂电池的容量有多大,是设备能够使用多长时间的前提。那....
发表于 07-24 11:08 559次 阅读
18650锂电池容量测试

18650锂电池参数_18650锂电池修复方法

本文首先介绍了18650锂电池参数,其次阐述了18650锂电池的三种修复方法,最后分析了18650锂....
发表于 07-24 10:57 423次 阅读
18650锂电池参数_18650锂电池修复方法

重返C位!高安全性是磷酸铁锂电池崛起的重要因素

随着技术的进步,动力电池的应用领域也得到进一步扩张,预计在未来相当长的时期内,两种技术路线将长期并存....
的头像 汽车工程师 发表于 07-23 16:29 390次 阅读
重返C位!高安全性是磷酸铁锂电池崛起的重要因素

电动汽车的电池能用多久

近几年,我国新能源汽车销量爆发式增长,超过质保期的动力电池数量也呈现出增长趋势。目前市场上在售的新能....
发表于 07-23 15:38 386次 阅读
电动汽车的电池能用多久

2019年中国锂电池电解液现状行业研究报告、发展趋势

新材料在线®2019年最新版行业研究报告发展趋势
的头像 新材料在线 发表于 07-23 11:18 598次 阅读
2019年中国锂电池电解液现状行业研究报告、发展趋势

磷酸铁锂电压范围_磷酸铁锂电池安全性

一般磷酸锂铁电池充电上限电压3.7~4V,放电下限电压2~2.5V,综合考虑放电容量、放电中值电压、....
发表于 07-23 11:15 298次 阅读
磷酸铁锂电压范围_磷酸铁锂电池安全性

磷酸铁锂电池怎么样_磷酸铁锂电池组成部分

机房基站使用的磷酸铁锂动力电池组基本结构如下图所示。电池组包括电池模块和BMS两部分。
发表于 07-23 11:07 146次 阅读
磷酸铁锂电池怎么样_磷酸铁锂电池组成部分

磷酸铁锂电池充电技巧_磷酸铁锂电池充电方式

本文首先介绍了磷酸铁锂电池充电技巧,其次阐述了磷酸铁锂电池组正确充电方法,最后介绍了磷酸铁锂电池组充....
发表于 07-23 10:54 513次 阅读
磷酸铁锂电池充电技巧_磷酸铁锂电池充电方式

有关锂电池必要了解的一些小常识,如"C"比如"mAH" 什么意思?

锂电池对我们来说并不陌生,但是留心观察一下电池上的符号,比如"C"比如"mAH" ,大家可否知道是什....
的头像 EDA365 发表于 07-23 10:31 456次 阅读
有关锂电池必要了解的一些小常识,如"C"比如"mAH" 什么意思?

日本锂电池隔膜巨头正加快全球布局以扩大其隔膜产能

东丽计划投资2亿欧元(约人民币15.5亿元)将在匈牙利布达佩斯郊外的现有碳纤维工厂生产动力电池隔膜。
的头像 高工锂电 发表于 07-22 17:43 621次 阅读
日本锂电池隔膜巨头正加快全球布局以扩大其隔膜产能

京瓷量产“粘土型”电池,安全可靠

京瓷表示,与现有的锂电池相比,这种新型锂电池可以降低约40%的材料成本,并将制造过程缩短至三分之一。....
的头像 高工锂电 发表于 07-22 16:41 301次 阅读
京瓷量产“粘土型”电池,安全可靠