锂离子电池原理及设计教材
6页1、锂离子电池原理及设计教材原理篇 电池原材料 化工类材料:正极:钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、三元材料负极:人造石墨、中间相碳微球(沥青基)、针状焦、改性天然石墨 其他:隔膜、电解液、导电U、PVDF、NMP、草酸、SBR、CMC、高温胶纸、 铜箔、铝箔等 五金类材料:钢壳、铝壳、盖帽、隔圈、铝带、镍带、铝镍复合带等、铝塑膜等 电池原材料是决定电池性能的最重要的因素,电池性能的提升归根结底来自于电池材 料的优化及更新 。锂离子电池反应机理 锂离子电芯的反应机理是随着充放电的进行,锂离子在正负极之间嵌入脱出,往返穿 梭电芯内部而没有金属锂的存在,因此锂离子电芯更加安全稳其反应示意图如下所示:Poxhve Electrodeconducting clevUulytcClipper negative current col lectorAluminum postivc current collector电芯的正极是 LiCoO2 加导电剂和粘合剂,涂在铝箔上形成正极板,负极是层状石墨加 导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上,目前比较先进的负极层状石墨颗粒已采用纳米碳。根据上述的反应机理,正极采用L
2、iCoO2、LiNiO2、LiMn2O2等,其中LiCoO2是一种 层状结构很稳定的晶型,但当从LiCoO2拿走XLi后,其结构可能发生变化,但是否发生变 化取决于X的大小。通过研究发现当X0.5时Li(l-X)CoO2的结构表现为极其不稳定,会 发生晶型瘫塌,其外部表现为电芯的电压及安全性能。所以电芯在使用过程中应通过限制充 电电压来控制Li1-XCoO2中的X值,一般充电电压不大于4.2V。那么X小于0.5,这时Li1-XCoO2的晶型仍是稳定的。负极C6其本身有自己的特点,当第一次化成后,正极LiCoO2 中的Li被充到负极C6中,当放电时Li回到正极LiCoO2中,但化成之后必须有一部分Li 留在负极C6中,以保证下次充放电Li的正常嵌入,否则电芯的寿命很短,为了保证有一 部分 Li 留在负极 C6 中,一般通过限制放电下限电压来实现。所以锂电芯的安全充电上限 电压W4 .2V,放电下限电压三2.5V。锂离子电池的主要制造过程Li-ion电池的工艺技术比较严格、复杂,这里只能简单介绍一下其中的几个主要工序。正极配料f 正极涂布(间歇)f 正极制片负极配料-负极扌直浆(连续)f
3、负极制片jf装配(卷绕)f 激光焊 f 注液、预充 f 配料比成f分容f入库储存 - 包装出货正极:钻酸锂9494.5%负极:石墨:92%SP: 1%KS-6: 3%S0: 1%SP: 0.6%PVDF: 3.54.0%PVDF: 4.4%目的:以NMP或水为溶剂,采用真空搅拌方式,将电极活性物质、导电剂、胶进行充分的物理混合,形成成分均匀的浆料。2 涂布 (拉浆 ) 目的:将电极浆料均匀地涂敷在基体(集流体)的表面并经过烘箱干燥,形成干燥、均匀的电极极片。3 制片 目的:将涂布后的电极大片经过对辊、裁切,形成工艺标准所要求的电极小片(长度、 宽度、厚度、刮粉位尺寸),将极耳焊接上去并进行相应的安全保护(贴胶纸)。4 装配目的:将制备好的极片与隔膜卷绕成型、压扁后套入/甩入壳体内,然后将极耳通过焊 接与盖板连接起来并压合盖版。5 激光焊目的:通过激光将电池壳体与盖帽进行熔融焊接为一个整体,并形成一个密闭空间(除 注夜孔处)。6 注液目的:将电解液通过真空注液机从注夜孔注入到电池内部。7 预充目的:用小电流对电池进行第一次充电,激活电池活性物质,释放第一次充电产生的 废气;8 化成目的:
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