第143章 锂电学习 一

　　第143章锂电学习（一）

　　简要介绍

　　锂电池（lithiumbattery）是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常是不可充电的，且内含金属态的锂。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。

　　电池化学反应原理

　　锂金属电池

　　锂金属电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池使用以下反应：li+mno2=limno2，该反应为氧化还原反应，放电。

　　正极上发生的反应为

　　licoo2=充电=li1-xcoo2+xli++xe(电子)

　　负极上发生的反应为

　　6c+xli++xe====lixc6

　　电池总反应：licoo2+6c=li1-xcoo2+lixc6

　　锂离子电池

　　正极

　　正极材料：可选的正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。不同的正极材料对照：

　　licoo23.7v140mah/g

　　li2mn2o44.0v100mah/g

　　lifepo43.3v100mah/g

　　li2fepo4f3.6v115mah/g

　　正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。充电时：lifepo4→li1-xfepo4+xli++xe-放电时：li1-xfepo4+xli++xe-→lifepo4

　　负极

　　负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。充电时：xli++xe-+6c→lixc6放电时：lixc6→xli++xe-+6c

　　早期研发

　　最早得以应用于心脏起搏器中。锂电池的自放电率极低，放电电压平缓。使得起植入人体的搏器能够长期运作而不用重新充电。锂电池一般有高于3.0伏的标称电压，更适合作集成电路电源。二氧化锰电池，就广泛用于计算器，数位相机、手表中。

　　为了开发出性能更优异的品种，人们对各种材料进行了研究。从而制造出前所未有的产品。比如，锂二氧化硫电池和锂亚硫酰氯电池就非常有特点。它们的正极活性物质同时也是电解液的溶剂。这种结构只有在非水溶液的电化学体系才会出现。所以，锂电池的研究，也促进了非水体系电化学理论的发展。除了使用各种非水溶剂外，人们还进行了聚合物薄膜电池的研究。

　　1992年sony成功开发锂离子电池。它的实用化，使人们的行动电话、笔记本、计算器等携带型电子设备重量和体积大大减小。使用时间大大延长。由于锂离子电池中不含有重金属镉，与镍镉电池相比，大大减少了对环境的污染。

　　锂电池发展进程

　　11970年代埃克森的m.s.whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。

　　2.1980年，j.goodenough发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料.

　　31982年伊利诺伊理工大学(theillinoisinstituteoftechnology)的r.r.agarwal和j.r.selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。与此同时，采用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。

　　41983年m.thackeray、j.goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电，也能够避免了燃烧、爆炸的危险。

　　51989年，a.manthiram和j.goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。

　　61991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。

　　71996年padhi和goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸锂铁(lifepo4)，比传统的正极材料更具优越性，因此已成为当前主流的正极材料。

　　由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，所以锂电池生产要在特殊的环境条件下进行。但是由于锂电池的很多优点，锂电池被广泛的应用在电子仪表、数码和家电产品上。但是，锂电池多数是二次电池，也有一次性电池。少数的二次电池的寿命和安全性比较差。

　　后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。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。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。li-ionbatteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以li-ionbatteries又叫摇椅式电池。

　　随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用，锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用，并在近年逐步向其他产品应用领域发展。1998年，天津电源研究所开始商业化生产锂离子电池。习惯上，人们把锂离子电池也称为锂电池，但这两种电池是不一样的。现在锂离子电池已经成为了主流。

　　锂电池材料

　　锂电池负极材料大体分为以下几种：

　　第一种是碳负极材料：

　　目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。

　　第二种是锡基负极材料：

　　锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。

　　第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，目前也没有商业化产品。

　　第四种是合金类负极材料：

　　包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金，目前也没有商业化产品。

　　第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。

　　第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的冲放电量和充放电次数。

　　[3]技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着我国锂电池材料市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解锂电池材料生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。

　　锂电池导电涂层

　　导电涂层也称为预涂层，在锂电池行业内通常指涂覆于正极集流体——铝箔表面的一层导电涂层，涂覆导电涂层的铝箔称为预涂层铝箔或简称涂层铝箔，其最早在电池中的实验可以追溯到70年代，而近几年随着新能源行业，特别是磷酸铁锂电池的发展而风生水起，成为业内炙手可热的新技术或新材料。

　　性能

　　导电涂层在锂电池中能够有效提高极片附着力，减少粘结剂的使用量，同时对于电池的电性能也有显著提升。

　　1.接触电阻下降40%

　　2.胶黏剂用量降低50%

　　3.同倍率下，电池电压平台提升20%

　　4.材料与集流体附着力提高30%，经过长期循环不会有脱层现象

　　锂电池涂碳铝箔使用说明[1]

　　一、材质说明

　　涂碳铝箔是由导电碳为主的复合型浆料与高纯度的电子铝箔，以转移式涂覆工艺制成。

　　二、应用范围

　　?细颗粒活性物质的功率型锂电池

　　?正极为磷酸亚铁锂

　　?正极为细颗粒的三元/锰酸锂

　　?用于超级电容器、锂一次电池（锂亚、锂锰、锂铁、扣式等）替代蚀刻铝箔

　　三、对电池/电容的性能作用

　　?抑制电池极化，减少热效应，提高倍率性能；

　　?降低电池内阻，并明显降低了循环过程的动态内阻增幅；

　　?提高一致性，增加电池的循环寿命；

　　?提高活性物质与集流体的粘附力，降低极片制造成本；

　　?保护集流体不被电解液腐蚀；

　　?提高磷酸铁锂电池的高、低温性能，改善磷酸铁锂、钛酸锂材料的加工性能。

　　四、建议参数

　　对应涂覆的活性物质d50最好不大于4~5μm，压实密度不大于2.25g/cm，比表面积在13~18㎡/g范围内。

　　五、使用中的注意事项

　　1.存储要求：在温度为25±5c、湿度为不超过50%的环境中，运输时须避免空气和水蒸气对铝箔的侵蚀；

　　2.本产品分为a、b两款，各自的关键特性为：a款外观为黑色，常规涂层厚度为双面4~8μm，导电性能较更为突出；b款外观为淡灰色，常规涂层厚度为双面2~3μm，涂层区可做较少层的焊接，并可以涂布机识别跳间隙；

　　3.b款（灰色）涂碳铝箔可以在涂层区直接做超声焊，只适合卷绕式电池焊接极耳（极片最多2-3层），但超声的功率、时间需做一些微调；

　　4.碳层的散热性要比铝箔差些，故做涂布时需对带速与烘烤温度适当微调；

　　5.本产品对锂电池与电容的综合性能有较可观的提升，但不可作为改变电池某方面性能的主要因素，如电池能量密度、高低温性能、高电压等等。

　　1.接触电阻下降40%2.胶黏剂用量降低50%3.同倍率下，电池电压平台提升20%4.材料与集流体附着力提高30%，经过长期循环不会有脱层现象

　　锂电池涂碳铝箔使用说明

　　一、材质说明涂碳铝箔是由导电碳为主的复合型浆料与高纯度的电子铝箔，以转移式涂覆工艺制成。

　　二、应用范围?细颗粒活性物质的功率型锂电池?正极为磷酸亚铁锂?正极为细颗粒的三元/锰酸锂?用于超级电容器、锂一次电池（锂亚、锂锰、锂铁、扣式等）替代蚀刻铝箔

　　三、对电池/电容的性能作用?抑制电池极化，减少热效应，提高倍率性能；?降低电池内阻，并明显降低了循环过程的动态内阻增幅；?提高一致性，增加电池的循环寿命；?提高活性物质与集流体的粘附力，降低极片制造成本；?保护集流体不被电解液腐蚀；?提高磷酸铁锂电池的高、低温性能，改善磷酸铁锂、钛酸锂材料的加工性能。

　　四、建议参数对应涂覆的活性物质d50最好不大于4~5μm，压实密度不大于2.25g/cm，比表面积在13~18㎡/g范围内。

　　五、使用中的注意事项

　　1.存储要求：在温度为25±5c、湿度为不超过50%的环境中，运输时须避免空气和水蒸气对铝箔的侵蚀；

　　2.本产品分为a、b两款，各自的关键特性为：a款外观为黑色，常规涂层厚度为双面4~8μm，导电性能较更为突出；b款外观为淡灰色，常规涂层厚度为双面2~3μm，涂层区可做较少层的焊接，并可以涂布机识别跳间隙；

　　3.b款（灰色）涂碳铝箔可以在涂层区直接做超声焊，只适合卷绕式电池焊接极耳（极片最多2-3层），但超声的功率、时间需做一些微调；

　　4.碳层的散热性要比铝箔差些，故做涂布时需对带速与烘烤温度适当微调；

　　5.本产品对锂电池与电容的综合性能有较可观的提升，但不可作为改变电池某方面性能的主要因素，如电池能量密度、高低温性能、高电压等等。锂电池鼓壳一、锂电池外壳特性锂，原子序数3，原子量6.941，是最轻的碱金属元素。为了提升安全性及电压，科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构，形成了纳米等级的细小储存格子，可用来储存锂原子。

　　这样一来，即使是电池外壳破裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了这些细小的储存格，使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。锂离子电池的这种原理，使得人们在获得它高容量密度的同时，也达到安全的目的。锂离子电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去，进入负极的储存格，并获得一个电子，还原为锂原子。[]

　　温馨提示：

　　在U小说阅读网发布，本站提供阅读，同时本站提供全文阅读和仙凡女神悠悠飞txt全集下载。仙凡女神悠悠飞在手机wap站同步更新，请使用手机访问m.阅读。


　　(https://www.uxiaoshuo.cc/41/41500/2517956.html)


1秒记住U小说：www.uxiaoshuo.cc。手机版阅读网址：m.uxiaoshuo.cc