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锂电池工作原理

2018-07-23|
  • 锂电池充电

锂电池工作原理

锂离子电池是一种低维护电池,这是大多数其它化学品无法提出的优势。电池没有记忆,不需要运动(故意完全放电)以保持良好状态。自放电不到镍基系统的一半,这有助于燃料表的应用。标称的3.60V电池电压可以直接为手机,平板电脑和数码相机供电,与多电池设计相比,可以简化和降低成本。缺点是需要保护电路以防止滥用以及高价 格。

锂离子电池的工作原理

锂离子使用阴极(正极),阳极(负极)和电解质作为导体。(放电电池的阳极为负极,阴极为正极。阴极为金属氧化物,阳极由多孔碳组成。放电过程中,离子通过阳极流向阴极。电解质和隔膜;电荷反转方向,离子从阴极流向阳极。

当电池充电和放电时,离子在阴极(正电极)和阳极(负电极)之间穿梭。在放电时,阳极经历氧化或电子损失,并且阴极看到电子的减少或增益。充电可逆转运动。
锂离子电池有很多种,但都有一个共同点 – “锂离子”字样。虽然乍一看非常相似,但这些电池的性能各不相同,活 性材料的选择赋予它们独特的个性。

锂电池充电

锂电池充电工作原理

锂电池放电

锂电池放电工作原理

索尼起初的锂离子电池使用焦炭作为阳极(煤制品)。自1997年以来,包括索尼在内的大多数锂离子电池制造商转向石墨获得更平坦的放电曲线。石墨是一种具有长期循环稳定性的碳,用于铅笔。它是常见的碳材料,其次是硬碳和软碳。纳 米管碳尚未在锂离子电池中找到商业用途,因为它们易于缠结并影响性能。有望提高锂离子电池性能的未来材料是石墨烯。

电池在可用的放电范围内应具有平坦的电压曲线。现代石墨阳极比早期的焦炭版更好。

已经尝试了几种添加剂,包括硅基合金,以提高石墨阳极的性能。它需要六个碳(石墨)原子才能与单个锂离子结合; 单个硅原子可以与四个锂离子结合。这意味着硅阳极理论上可以存储超过石墨能 量的10倍,但是在充电期间阳极的膨胀是一个问题。因此,纯硅氧烷阳极是不实用的,并且通常仅将3-5%的硅添加到硅基阳极中以实现良好的循环寿命。

使用纳 米结构的钛酸锂作为阳极添加剂具有良好的循环寿命,良好的负载能力,优异的低温性能和优异的安 全性,但比能 量低,成本高。

使用阴极和阳极材料进行试验可以使制造商增强内在品质,但一种增强可能会损害另一种品质。所谓的“ 能 量电池 ”优化了比能 量(容量),以实现长运行时间但功率更低; “ 动力电芯”具有出 色的特定功率,但容量较低。“混合细胞”是一种妥协,并提供了两者兼而有之。

制造商可以通过添加镍代替更昂贵的钴来相对容易地获得高比能和低成本,但这使得电池不太稳定。虽然初创公司可能专注于高比能 量和低价 格以获得快速的市场接受度,但安 全性和耐用性不会受到影响。信誉良好的制造商在安 全性和长寿性方面 具有高度的完整性。

大多数锂离子电池具有类似的设计,包括涂覆在铝集电器上的金属氧化物正电极(阴极),涂覆在铜集电器上的碳/石墨制成的负电极(阳极),隔板和电解质由锂盐在有 机溶剂中制成。

锂电池的优缺点

优点

动力电芯具有高比能 量和高负载能力;

循环周期长,可延长保质期,免维护;

高容量,低内阻,良好的库仑效率;

充电算法简单和充电时间短;

自放电低(不到镍镉和镍锰的一半)。

缺点

需要保护电路以防止热应力导致的热失控;

在高温下降级和高压储存时;

在冷冻温度下不能快速充电(<0°C);

运输时需要大量运输证书。