锂电池内部结构图及工作原理,锂电池内部结构图解

文章 1年前 (2023) 万有导航
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锂离子电池结构?

由作为氧化剂的正极活性物质、作为还原剂的负极活性物质、作为锂离子导电的电解液以及防止两个电极产生短路的隔板组成,利用正清塌极与负极之间毕正森锂离子的移动来进行充电和放电。其工作原理如图1-1-12所示。一般的圆柱形锂离子电池的结构示意图如图1-1-13所示,正极和负极的活性物质手亩是利用一种被称为Binder的树脂胶粘剂固定在金属箔上,然后在其中间夹入隔板后收卷而成

锂电池的工作原理?

以下是锂电池原理及结构:

锂离子电池以碳材料为负极,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。

锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱脊知嵌过程中,同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正樱拿消极用嵌入或脱嵌表示,而负极用插入或脱插表示)。

在充放电过程中,锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插,被形象地称敏兄为“摇椅电池”。

锂铁电池是什么原理

摘录一段说明供参考: 锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。正、负极及电解质材料不同及工艺上的差异使电池有不同的性能,并且有不同的名称。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂(LiCoO2),另外还有少数采用氧化锰锂(LiMn2O4)及氧化镍锂(LiNiO2)作正极材料的锂离子电池,一般将后两种正极材料的锂离子电池称为“锂锰电池”及“锂镍电池”。新开发的磷酸铁锂动力电池是用磷酸铁锂(LiFePO4)材料作电池正极的锂离子电池,它是锂离子电池家族的新成员。

一般锂离子电池的电解质是液体的,后来开发出固态及凝胶型聚合物电解质,则称这种锂离子电池为锂聚合物电池,其性能优于液体电解质的锂离子电池。

磷酸铁锂电池的全名应是磷酸铁锂锂离子电池,这名字太长,简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用,则在名称中加入“动力”两字,即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁(LiFe)动力电池”。

采用LiFePO4材料作正极的意义

目前用作锂离子电旦斗池的正极材料主要有:LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。这些组成电池正极材料的金属元素中,钴(Co)最贵,并且存储量不多,镍(Ni)、锰(Mn)较便宜,而铁(Fe)最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此,采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。

作为可充电电池的要求是:容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错,特别在大放电率放电(5~10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上,它是最好的,是目前最好的大电流输出动力电池。LiFePO4电池的结构与工作原理

LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极,由铝箔与电池正极连接,中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过,右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质,电池由金属外壳密闭封装。图1 LiFePO4电池内部结构

LiFePO4电池在充电时,正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过宏正程中,负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。LiFePO4电池主要性能

LiFePO4电池的标称电压是3.2 V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同,其性能上会有些差异。例如同一种型号(同一种封装的标准电池),其电池的容量有较大差别(10%~20%)。

磷酸铁锂动力电池主要性能列于表1。为了与蔽迟悔其他可充电电池的相比较,也在表中列出其他种类可充电电池性能。这里要说明的是,不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各项性能参数上会有一些差别;另外,有一些电池性能未列入,如电池内阻、自放电率、充放电温度等。

磷酸铁锂动力电池的容量有较大差别,可以分成三类:小型的零点几到几毫安时、中型的几十毫安时、大型的几百毫安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。这里再介绍一种目前应用较广的小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池的参数。其外廓尺寸:直径为18mm、高650mm(型号为18650),其参数性能如表2所示。典型的放电特性及寿命

一种型号为STL18650的磷酸铁锂动力电池(容量为1100mAh)在不同的放电率时其放电特性如图2所示。最小的放电率为0.5C,最大的放电率为10C,五种不同的放电率形成一组放电曲线。由图2中可看出,不管哪一种放电率,其放电过程中电压是很平坦的(即放电电压平稳,基本保持不变),只有快到终止放电电压时,曲线才向下弯曲(放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲)。在0.5~10C的放电率范围内,输出电压大部分在2.7~3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。图2 STL18650的放电特性

容量为1000mAh的STL18650在不同的温度条件下(从-20~+40℃)的放电曲线如图3所示。如果在23℃时放电容量为100%,则在0℃时的放电容量降为78%,而在-20℃时降到65%,在+40℃放电时其放电容量略大于100%。

从图3中可看出,STL18650磷酸铁锂电池可以在-20℃下工作,但输出能量要降低35%左右。图3 STL18650在多温度条件下的放电曲线

STL18650的充放电循环寿命曲线如图4所示。其充放电循环的条件是:以1C充电率充电,以2C放电率放电,历经570次充放电循环。从图4的特性曲线可看出,在经过570次充放电循环,其放电容量未变,说明该电池有很高的寿命。图4 STL18650的充放电循环寿命曲线过放电到零电压试验

采用STL18650(1100mAh)的磷酸铁锂动力电池做过放电到零电压试验。试验条件:用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满,然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组:一组存放7天,另一组存放30天;存放到期后再用0.5C充电率充满,然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。

试验的结果是,零电压存放7天后电池无泄漏,性能良好,容量为100%;存放30天后,无泄漏、性能良好,容量为98%;存放30天后的电池再做3次充放电循环,容量又恢复到100%。

这试验说明该电池即使出现过放电(甚至到0V),并存放一定时间,电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。磷酸铁锂电池的特点

通过上述介绍,LiFePO4电池可归纳下述特点。

1高效率输出:标准放电为2~5C、连续高电流放电可达10C,瞬间脉冲放电(10S)可达20C;

2 高温时性能良好:外部温度65℃时内部温度则高达95℃,电池放电结束时温度可达160℃,电池的结构安全、完好;

3 即使电池内部或外部受到伤害,电池不燃烧、不爆炸、安全性最好;

4 极好的循环寿命,经500次循环,其放电容量仍大于95%;

5 过放电到零伏也无损坏;

6 可快速充电;

7 低成本;

8 对环境无污染。磷酸铁锂动力电池的应用

由于磷酸铁锂动力电池具有上述特点,并且生产出各种不同容量的电池,很快得到广泛地应用。它主要应用领域有:

1 大型电动车辆:公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等;

2 轻型电动车:电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等;

3 电动工具:电钻、电锯、割草机等;

4 遥控汽车、船、飞机等玩具;

5 太阳能及风力发电的储能设备;

6 UPS及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好);

7 替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池(尺寸完全相同);

8 小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

这里举一个用磷酸铁锂动力电池替代铅酸电池的应用实例。采用36V/10Ah(360Wh)的铅酸电池,其重量12kg,充一次电可行走约50km,充电次数约100次,使用时间约1年。若采用磷酸铁锂动力电池,采用同样的360Wh能量(12个10Ah电池串联组成),其重量约4kg,充电一次可行走80km左右,充电次数可达1000次,使用寿命可达3~5年。虽然说磷酸铁锂动力电池的价格较铅酸电池高得多,但总的经济效果还是采用磷酸铁锂动力电池更好,并且在使用上更轻便。小型磷酸铁锂动力电池

小型磷酸铁锂动力电池是标准的,有圆柱形及长方形。如圆柱型的型号有18650、26650等。型号中前两位是表示直径,后两位或三位表示高度(单位为mm),即18650的尺寸的直径为18,高度为65。长方形的型号有103450R、183665R等。其前两位是电池的厚度、中间两位是电池的宽度,后两位是电池的长度(单位为mm)。电池生产工厂往往在型号前加三个英文字母作厂标,例如型号为×××18650。结语

磷酸铁锂动力电池是一种新型动力电池,由于其性能优良,受到各方面的重视。我国现在已有一些工厂生产磷酸铁锂电池正极材料及生产各种不同容量的磷酸铁锂动力电池。由于生产时间不长,规模还不大,造成供不应求的情况。不过,这种情况可望在2~3年内得到改变,磷酸铁锂动力电池将更便宜,并且其应用将更普遍。

锂电池原理及结构

一、锂电池结构示意图

了解锂电池工作原理之前,先大概了解下锂电池的组成部分,如下示意图:

锂离子电池电池组成部分如下:

(1)正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂,镍钴锰酸锂材料,电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂(俗称三元)或者三元+少量锰酸锂,纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渗旦皮渐淡出。导电极流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。

(迟桥2)隔膜——种经特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔结构,可以让锂离子自由通过,而电子不能通过。

(3)负极——活性物质为石墨,或近似石墨结构的碳,导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。

(4)有机电解液——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂,聚合物的则使用凝胶状电解液。

(5)电池外壳——分为钢壳(方型很少使用)、铝壳、镀镍铁壳(圆柱电池使用)、铝塑膜(软包装)等,还有电池的盖帽,也是电池的正负极引出端。

二、锂电池工作原理图解

下面从锂电池充电过程、放电过程和电池保护板三大部分给大家介绍其工作原理:

1、锂电池充电过程

电池的正极由锂离丛差子生成,生成的锂离子从正极“跳进”电解液里,通过电解液“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,运动到负极,与早就通过外部电路跑到负极的电子结合在一起。

●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

在充电的过程中,Li+从正极LiCoO2中脱出,进入电解液,在充电器附加的外电场作用下向负极移动,依次进入石墨或焦炭C组成的负极,在负极形成LiC化合物。

电池构造原理图解

一、电池的组成:干电池、充电电池的组成成分:锌皮(铁皮)、碳棒、汞、硫酸化物、铜帽;蓄电池以铅的化合物为主。举例:1号废旧锌锰电池的组成,重量70克左右,其中碳棒5.2克,锌皮7.0克,锰粉25克,铜帽0.5克,其他32克。

二、蓄电池组成部分

极板、隔板、端子、板柱、鞍子、挡板、气塞、排气阀、安全塞、保护板、连接条、连接线、绝缘卡、极群组、正极板、负极板、极板对、极板群、极板组、密封剂猜扰、封口剂、液孔塞、隔离物、哪兆庆正极柱、负极柱、电解质、电解液、整体壳、整体槽、蓄电池盖、蓄电池壳、蓄电池槽、负极端子、活性物质、富尔极板、管式极板、蓄电池架、袋式极板、正极端子、液位指示器、输出电缆、端子连接条、烧结式极板、箱式负极板、形成式极板、蓄电池底垫、普朗特极板、涂膏式极板、组合极板组、蓄电池组合箱、蓄电池组外壳、蓄电池组合框、有极板盒式极板、

三、锂离子电池李握的组成部分

1、干电池(常用的一种是碳-锌干电池):负极是锌做的圆筒,内有氯化铵作为电解质,少量氯化锌、惰性填料及水调成的糊状电解质,正极是四周裹以掺有二氧化锰的糊状电解质的一根碳棒。电极反应是:负极处锌原子成为锌离子(Zn++),释出电子,正极处铵离子(NH4+)得到电子而成为氨气与氢气。用二氧化锰驱除氢气以消除极化。电动势约为1.5伏。

2、铅蓄电池最为常用,其极板是用铅合金制成的格栅,电解液为稀硫酸。两极板均覆盖有硫酸铅。但充电后,正极处极板上硫酸铅转变成二氧化铅,负极处硫酸铅转变成金属铅。放电时,则发生反方向的化学反应。

3、铅晶蓄电池:铅晶蓄电池应用的是专有技术,所采用的高导硅酸盐电解质是传统铅酸电池电解质的复杂性改型,无酸雾内化成工艺是定型工艺的革新。

4、铁镍蓄电池:也叫爱迪生电池。铅蓄电池是一种酸性蓄电池,与之不同,铁镍蓄电池的电解液是碱性的氢氧化钾溶液,是一种碱性蓄电池。其正极为氧化镍,负极为铁。电动势约为1.3~1.4伏。其优点是轻便、寿命长、易保养,缺点是效率不高。

5、镍镉蓄电池:正极为氢氧化镍,负极为镉,电解液是氢氧化钾溶液。

6、银锌蓄电池:正极为氧化银,负极为锌,电解液为氢氧化钾溶液。

7、燃料电池:燃料电池由燃料(例如氢、甲烷等)、氧化剂(例如氧和空气等)、电极和电解液等四部分构成。

8、太阳电池:把太阳光的能量转换为电能的装置。

9、核电池:把核能直接转换成电能的装置(目前的核发电装置是利用核裂变能量使蒸汽受热以推动发电机发电,还不能将核裂变过程中释放的核能直接转换成电能)。

10、碱性电池:碱性电池是最成功的高容量干电池,也是目前最具性能价格比的电池之一。碱性电池是以二氧化锰为正极,锌为负极,氢氧化钾为电解液。

11、锂电池:以锂为负极的电池。按所用电解质不同分为:①高温熔融盐锂电池;②有机电解质锂电池;③无机非水电解质锂电池;④固体锂电池

电解质锂电池;⑤锂水电池。锂电池的优点是单体电池电压高,比能量大,储存寿命长(可达10年),高低温性能好,可在-40~150℃使用。

锂电池内部结构图及工作原理,锂电池内部结构图解

版权声明:万有导航 发表于 2023年4月12日 下午9:00。
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