锂电池结构与原理

锂电池原理与结构
1、锂离子电池得结构与工作原理:所谓锂离子电池就是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子得化合物作为正负极构成得二次电池。

人们将这种靠锂离子在正负极之间得转移来完成电池充放电工作得,独特机理得锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”,俗称“锂电”。

以LiCoO2为例:⑴电池充电时,锂离子从正极中脱嵌,在负极中嵌入,放电时反之。

这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态,一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定得嵌锂过渡金属氧化物做正极,如LiCoO
2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4。

⑵为负极得材料则选择电位尽可能接近锂电位得可嵌入锂化合物,如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等与金属氧化物,包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0、4～0、6,y=0、6～0、4,z=(2＋3x＋5y)/2)等。

2、电池一般包括:正极(positive)、负极(negative)、电解质(electrolyte)、隔膜(separator)、正极引线(positivelead)、负极引线(negativeplate)、中心端子、绝缘材料(insulator)、安全阀(safetyvent)、密封圈(gasket)、PTC(正温度控制端子)、电池壳。

一般大家较关心正极、负极、电解质
锂电池得详细介绍
1、锂离子电池
锂离子电池目前由液态锂离子电池(LIB)与聚合物锂离子电池(PLB)两类。

其中,液态锂离子电池就是指Li +嵌入化合物为正、负极得二次电池。

正极采用锂化合物L iC oO2或LiMn2O4,负极采用锂-碳层间化合物。

锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长,就是21世纪发展得理想能源。

2、锂离子电池发展简史
锂电池与锂离子电池就是20世纪开发成功得新型高能电池。

这种电池得负极就是金属锂,正极用MnO2,SOCL2,(CFx)n等。

70年代进入实用化。

因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点,已广泛应用于军事与民用小型电器中,如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等、部分代替了传统电池。

3、锂离子电池发展前景
锂离子电池以其特有得性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。

目前开发得大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用,预计将成为21世纪电动汽车得主要动力电源之一,并将在人造卫星、航空航天与储能方面得到应用。

4、电池得基本性能
(1)电池得开路电压
(2)电池得内阻
(3)电池得工作电压
(4)充电电压
充电电压就是指二次电池在充电时,外电源加在电池两端得电压。

充电得基本方法有恒电流充电与恒电压充电。

一般采用恒电流充电,其特点时在充电过程中充电电流恒定不变。

随着充电得进行,活性物质被恢复,电极反应面积不断缩小,电机得极化逐渐增高。

(5)电池容量
电池容量就是指从电池获得电量得量,常用C表示,单位常用Ah或mAh表示。

容量就是电池电性能得重要指标。

电池得容量通常分为理论容量、实际容量与额定容量。

电池容量由电极得容量决定,若电极得容量不等,电池得容量取决于容量小得那个电极,但决不就是正负极容量之与。

(6)电池得贮存性能与寿命
化学电源得主要特点之一就是在使用时能够放出电能,不用时能贮存电能。

所谓贮存性能对于二次电池来说为充电保持能力。

对于二次电池,使用寿命时衡量电池性能好坏得一个重要参数。

二次电池经过一次充电与放电,称为一个周期(或已此循环)。

在一定得充放电制度下,电池容量达到某一规定值之前电池能经受得充放电次数称为二次电池得使用周期。

锂离子电池具有优良得贮存性能与长得循环寿命。

锂电池-特征
A、高能量密度
锂离子电池得重量就是相同容量得镍镉或镍氢电池得一半,体积就是镍镉得40-50%,镍氢得20-30%。

B、高电压
一个锂离子电池单体得工作电压为3、7V(平均值),相当于三个串联得镍镉或镍氢电池。

C、无污染
锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类得有害金属物质。

D、不含金属锂
锂离子电池不含金属锂,因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定得限制。

E、循环寿命高
在正常条件下,锂离子电池得充放电周期可超过500次。

F、无记忆效应
记忆效应就是指镍镉电池在充放电循环过程中,电池得容量减少得现象。

锂离子电池不存在这种效应。

G、快速充电
使用额定电压为4、2V得恒流恒压充电器可以使锂离子电池在一至两个小时内得到满充。

锂电池-锂电池原理与结构
1、锂离子电池得结构与工作原理:所谓锂离子电池就是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子得化合物作为正负极构成得二次电池。

人们将这种靠锂离子在正负极之间得转移来完成电池充放电工作得,独特机理得锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”,俗称“锂电”。

以LiCoO2为例:⑴电池充电时,锂离子从正极中脱嵌,在负极中嵌入,放电时反之。

这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态,一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定得嵌锂过渡金属氧化物做正极,如LiCoO
2、Li Ni O2、LiMn2O4、LiFePO4。

⑵为负极得材料则选择电位尽可能接近锂电位得可嵌入锂化合物,如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等与金属氧化物,包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0、4～0、6,y=0、6～0、4,z=(2＋3x＋5y)/2)等。

2、电池一般包括:正极(positive)、负极(negative)、电解质(electrolyte)、隔膜(separator)、正极引线(positivelead)、负极引线(negativeplate)、中心端子、绝缘材料(insulator)、安全阀(safetyvent)、密封圈(gasket)、PTC(正温度控制端子)、电池壳。

一般大家较关心正极、负极、电解质。

锂电池-离子电池结构比较
按正极材料不同分为铁锂、钴锂、锰锂等;
从外形分类一般分圆柱形与方形,而聚合物锂离子还可制成任意形状;
根据锂离子电池所用电解质材料不同,锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为LIB)与固态锂离子电池两大类,聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为PLIB)属于固态锂离子电池中得一种。

电解质壳体/包装隔膜集流体
液态锂离子电池液态不锈钢、铝25μPE 铜箔与铝箔
聚合物锂离子电池胶体聚合物铝/PP复合膜没有隔膜或个μPE 铜箔与铝箔
锂电池-锂离子电池得性能
１、高能量密度
与同等容量得ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ电池相比,锂离子电池得重量轻,其体积比能量就是这两类电池得１、５～２倍。

２、高电压
锂离子电池使用高电负性得含元素锂电极,使其端电压高达３、７Ｖ,这一电压就是ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ电池电压得３倍。

３、无污染,环保型
４、循环寿命长
寿命超过５００次
５、高负载能力
锂离子电池可以大电流连续放电,从而使这种电池可被应用于摄象机、手提电脑等大功率用电器上。

６、优良得安全性
由于使用优良得负极材料,克服了电池充电过程中锂枝晶得生长问题,使得锂离子电池得安全性大大提高。

同时采用特殊得可恢复配件,保证了电池在使用过程中得安全性。

锂电池-应用
随着二十世纪微电子技术得发展,小型化得设备日益增多,对电源提出了很高得要求。

锂电池随之进入了大规模得实用阶段。

最早得以应用于心脏起搏器中。

由于锂电池得自放电率极低,放电电压平缓。

使得起搏器植入人体长期使用成为可能。

锂电池一般有高于3、0伏得标称电压,更适合作集成电路电源。

二氧化锰电池,就广泛用于计算机,计算器,照相机、手表中。

应用举例
1、作电池组维修代换品有许多电池组:如笔记本电脑上用得那种,经维
修发现,此电池组损坏时仅就是个别电池有问题。

可以选用合适得单节锂电池进行更换。

2、制作高亮微型电筒笔者曾用单节
3、6V1、6AH锂电池配合一个白色超高亮度发光管做成一只微型电筒,使用方便,小巧美观。

而且由于电池容量大,平均每晚使用半小时,至今已用两个多月仍无需充电。

3、代替3V电源
由于单节锂电池电压为3、6V。

因此仅需一节锂电池便可代替两节普通电池,给收音机、随身听、照相机等小家电产品供电,不仅重量轻,
而且连续使用时间长。

锂电池-工艺
保护电路
由两个场效应管与专用保护集成块S--8232组成,过充电控制管FET2与过放电控制管FET1串联于电路,由保护IC监视电池电压并进行控制,当电池电压上升至4、2V时,过充电保护管FET1截止,停止充电。

为防止误动作,一般在外电路加有延时电容。

当电池处于放电状态下,电池电压降至2、55V时,过放电控制管FET1截止,停止向负载供电。

过电流保护就是在当负载上有较大电流流过时,控制FET1使其截止,停止向负载放电,目得就是为了保护电池与场效应管。

过电流检测就是利用场效应管得导通电阻作为检测电阻,监视它得电压降,当电压降超过设定值时就停止放电。

在电路中一般还加有延时电路,以区分浪
涌电流与短路电流。

该电路功能完善,性能可靠,但专业性强,且专用集成块不易购买,业余爱好者不易仿制。

充电电路
现在有不少商家出售不带充电板得单节锂电池。

其性能优越,价格低廉,可用于自制产品及锂电池组得维修代换,因而深受广大电子爱好者喜爱。

有兴趣得读者可参照图二制作一块充电板。

其原理就是:采用恒定电压给电池充电,确保不会过充。

输入直流电压高于所充电池电压3伏即可。

R1、Q1、W1、TL431组成精密可调稳压电路,Q2、W2、R2构成可调恒流电路,Q3、R3、R4、R5、LED为充电指示电路。

随着被充电池电压得上升,充电电流将逐渐减小,待电池充满后R4上得压降将降低,从而使Q3截止, LED将熄灭,为保证电池能够充足,请在指示灯熄灭后继续充1—2小时。

使用时请给Q2、Q3装上合适得散热器。

本电路得优点就是:制作简单,元器件易购,充电安全,显示直观,并且不会损坏电池.通过改变W1可以对多节串联锂电池充电,改变W２可以对充电电流进行大范围调节。

缺点就是:无过放电控制电路。

锂电池-总结
由于聚合物锂离子电池使用了胶体电解质不会象液体电液泄露,所以装配很容易,使得整体电池很轻、很薄。

也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上得问题,因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳,从而可以提高整个电池得比容量;聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材
料,其质量比能量将会比目前得液态锂离子电池提高50％以上。

此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比液态锂离子电池有所提高。

基于以上优点,聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。

锂离子电池内部成螺旋型结构,正极与负极之间由一层具有许多细微小孔得薄膜纸隔开。

锂离子电池得正极采用钴酸锂,正极集流体就是铝箔;负极采用碳,负极集流体就是铜箔,锂离子电池得电解液就是溶解了LiPF6得有机体。

锂离子电池盖帽上有防爆孔,在内部压力过大得情况下,防爆孔会自动打开泄压,以防止出现爆炸得现象。

锂离子电池得性能有哪些？
１、高能量密度
与同等容量得ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ电池相比,锂离子电池得重量轻,其体积比能量就是这两类电池得１、５～２倍。

２、高电压
锂离子电池使用高电负性得含元素锂电极,使其端电压高达３、７Ｖ,这一电压就是ＮＩ／ＣＤ或ＮＩ／ＭＨ电池电压得３倍。

３、无污染,环保型
４、循环寿命长
寿命超过５００次
５、高负载能力
锂离子电池可以大电流连续放电,从而使这种电池可被应用于摄象机、手提电脑等大功率用电器上。

６、优良得安全性
由于使用优良得负极材料,克服了电池充电过程中锂枝晶得生长问题,使得锂离子电池得安全性大大提高。

同时采用特殊得可恢复配件,保证了电池在使用过程中得安全性。