锂离子电池的种类和材料的选择

锂离子电池地主要材料和电极地制造

一,锂离子电池地原理

二,锂离子电池地种类

1,液态锂离子电池

2,聚合物电池

三,锂离子电池用地主要材料和电极制造

1,隔膜。

2,负极活性材料。

3,正极活性材料。

4,电极地制造工艺。

5,电极地孔隙率及其控制

前言:

1, 理论与实际结合。

2,多发现生产中地问题。每一个工序都有要钻研地问题。3,注意结构和性能地关系,性能是结构所决定地.

锂离子电池地原理：(一)

,充电和放电地原理是：锂离子电池在采用石墨为负极,LiCoO2为正极时

充电CoO2 + xLi+ + x e-

LiCoO2 Li 正极：-x 1放电

充电

负极：6C +xLi+xe-LixC6

放电

充电

总地反应：6C+LiCoO2 LiCoO2 +LixC6

1-x

放电

在充电时,锂离子从正极地LiCoO2中解嵌,经过电解质嵌入石墨晶体中,与此同时正极释放一个电子,Co3+被氧化成为Co+4,而负极得到一个电子；而在放电时,锂离子从石墨层脱嵌,回到LiCoO2地晶格里,正极同时得到一个电子,而Co+4

被还原成Co+3.b5E2RGbCAP

LiCoO2地理论容量为274mAh/g, 实际地可逆容量为120-150 mAh/g, 为可嵌入/脱出地晶格百分数地55%.p1EanqFDPw

在过充地条件下, 锂含量减少, 钴氧化水平提高,降低材料地稳定性, 使晶格塌陷,循环衰减增大.

在碳素材料中锂嵌入和脱嵌反应是：

xLi + 6C →LixC6 其中：0＜x ≤1

完整晶态石墨x=1, 理论容量372mAh/g.

锂离子电池地结构

前述地锂离子电池地反应方程式是锂离子电池电化学反应地概括,实际上,锂离子电池地每一个部件都会影响到电池地性能.DXDiTa9E3d

锂离子电池地结构主要由以下部件组成：正极, 负极,隔膜,电解质,外壳,盖板和电极引线.

有些电池为了提高安全性,在盖板上设置了安全阀,PTC<正温度系数端子）等部件.

(二> 锂离子电池地种类

从20世纪90年代初锂离子电池投放市场以来,由于它具有能量密度高,电压高,循环寿命长等优点,发展很快,因此品种增加也很快.锂离子电池可以从不同地角度来分类：RTCrpUDGiT

（1）根据电解质地种类分为：

液体锂离子电池：

优点是：

1）锂离子电导率高,在较宽地温度范围内电导率在3×10-3～2×10-2/cm。

2）化学性能稳定,正极,负极,隔膜,集流体电解质溶液基本不发生化学反应；

3）制造电池地工艺比较简单,成本低.

缺点是：容易漏液,安全性能差,液体地有机溶剂电解质容易引起着火和爆炸事故.

液体锂离子电池还可以根据电池地形状分为：圆柱型和方形电池.

聚合物电池:

聚合物电池进一步还可以分为：全固态电解质电池和凝胶型聚合物电解质电池.目前达到实用化并大量投产地是凝胶型聚合物电池.这种电池地特点是：5PCzVD7HxA 1）电解质呈凝胶状态,不漏也安全性好；

2）离子电导率接近液态锂离子电池；

3）正极隔膜和负极粘合在一起。、4）采用软包装材料,降低了电池地重量；5）厚度减薄,体积减少,可以制作任意形状.

聚合物电池是锂离子电池地重要发展方向, 不仅用于小型地电池上,也用于大型动力电池.

（2）根据电池地用途和容量大小分类：

根据用途和容量大小来划分,锂离子电池可以分为：手提式电器<手提式电话机,笔记本电脑等）用地小型锂离子电池,这种电池地容量一般在2Ah以内.jLBHrnAILg 大容量地锂离子电池主要用于电动工具,电动汽车

vehicle ,EV）和混合动力汽车(Hybrid elecreic vehicle,HEV>.随着国际石油价格地不断上涨,EV 和HEV 用地锂电池地需求量会迅速增加.xHAQX74J0X

动力电池用于电动车上,要求一次充电电动车走长地距离,所以电池地容量大,每个电池地容量达上百Ah。HEV 电池要求高地功率, 电池地容量在10Ah 左右.LDAYtRyKfE

(三>,锂离子电池用地重要材料和电极制造

如前所述,锂离子电池所构成地部件主要有正极,负极,电解质,隔膜,外壳和盖板等六种.这里我们将把一些关键性地材料地性能予以讨论.Zzz6ZB2Ltk

可以选用地材料很多,但无论选择哪一种种类地材料都要综合考虑下面几种因素:

(1>电池容量。

(2>电池循环寿命。

(3>电池地重量和体积。

(4>电池地安全性。

(5>电池地成本.

1, 隔膜

目前,在制造锂离子电池用地所有地原材料中,只有隔膜还需要进口,其余材料国内都有生产.所以,这里我们首先介绍以下有关隔膜地知识.dvzfvkwMI1

：一）隔膜在电池中地作用<在锂离子电池中,隔膜地作用是:

(1)将正极和负极隔开,避免两个电极接触因而发生短路。

要给锂离子提供足够多地孔隙,使电池在充电时锂离子从正极地活性材(2)

料解嵌出来,经过隔膜向负极流动。而在放电时则让锂离子从负极解嵌经过隔膜流向正极.为此,隔膜上要有空隙.rqyn14ZNXI

由于锂离子电池不断向大地容量,小型化和轻量化方向发展,因此要求隔膜要满足下列要求:

从提高传导锂离子地能力上要求：

(1)隔膜要有足够大地空隙率,以利于锂离子从孔隙中通过；孔隙率一般在

30-60%；

隔膜材料对于电解质溶液具有一定地亲合能力,以便容纳电解质溶液,以(2)

上两点都是为了降低电池地内阻；以有利于锂离子流动,从而降低电池内阻；EmxvxOtOco

从电池地安全性上要求：

(3)孔隙不可过大,避免发生微短路；

(4)有足够大地抗穿刺地能力,避免被一些颗粒刺穿隔膜,引起局部短路

(5)隔膜材料具有足够地化学稳定性,和电解液不发生化学作用；

隔膜要有闭合孔隙地功能

膜地空隙受热而熔化闭合,阻止锂离子流动,亦即切断了电流,防止有着火和爆炸等更大地事故发生。SixE2yXPq5

(7)隔膜地热收缩率和变形性要尽可能小。

从电池地容量考虑：

10-隔膜要尽可能薄以减少隔膜在电池内占有地空间。一般隔膜厚度在(8)

例.m,从保障安全考虑,锂离子电池地容量越大,所使用地隔膜越厚50μ地m地隔膜； 18650电池采用25μ一般手机用电池可以采用如,16μm.m 动力电池采用40μ地隔膜隔膜；6ewMyirQFL

.从加工性能上考虑：<9）有足够大地拉伸强度,以便在组装电池时隔膜不会被拉断或撕裂

制造锂离子电池隔膜地难点在于：上述种种要求中有不少是相互矛盾隔膜要求隔