锂离子电池由正极.ppt

枝晶锂简单来说，就是石墨中所嵌入的锂的含量超过了它所承受的范围，多余的锂离子就会和负极中穿梭而来的电子结合，在负极表面上开始沉积。在给电池充电的过程中，外界给予电池一个电压，使得正极材料内部的锂离子得以脱出进入电解液介质中，同样电解液中的锂离子会在外界电压差的条件下向碳层移动，由于石墨是具有层状通道的，锂便会进入通道与碳形成碳锂化合物，形成LiCx（x=1~6）这类石墨层间化合物。枝晶锂是从负极表面向着隔膜的方向生长的，如果锂金属不断地沉积，最终会刺穿隔膜造成电池短路，引发电池安全问题。 影响枝晶锂的形成因素主要有：负极表面的粗糙程度、锂离子浓度梯度、电流密度等，此外，SEI膜、电解液的种类、溶质浓度、正负极之间有效距离等都对枝晶锂的形成有一定影响。 锂电池分类： 聚合物锂电池和锂离子电池主要区别在电解质，锂离子电池的电解质是液态的，聚合物电池的电解质是胶体型、或者固态聚合物。聚合物锂电池的反应原理和锂离子电池一样，一般以软包的形式，形状可塑性强；锂离子电池一般做成圆柱形或者方形。从安全角度来讲，聚合物锂电池比锂离子电池更安全。 锂离子电池正极材料的分类 ●钴酸锂正极材料 目前用量最大最普遍的锂离子电池正极材料，其结构稳定、比容量高、综合性能突出、但是其安全性差、成本非常高，主要用于中小型号电芯，标称电压3.7V。 ●锰酸锂正极材料 一种成本低、安全性好的正极材料，但是其材料本身并不太稳定，容易分解产生气体，因此多用于和其它材料混合使用，以降低电芯成本，但其循环寿命衰减较快，容易发生鼓胀，寿命相对短，主要用于大中型号电芯，动力电池方面，其标称电压为3.8V。 ●锂镍钴锰三元正极材料 一种在容量与安全性方面比较均衡的材料，循环性能好于正常钴酸锂，前期由于技术原因其标称电压只有3.5-3.6V，在使用范围方面有所限制，但到目前，随着配方的不断改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂水平，全球5大电芯品牌SANYO，PANASONIC，SONY，LG，SAMSUNG已推出三元材料的电芯，相当部分的笔记型电池线都用三元材料的电芯替换了之前的钴酸锂电芯，SANYO，SAMSUNG柱式电池方面更是全面停产钴酸锂电芯转向三元电芯的制造，目前国内外小型的高倍率动力电池大部分使用三元正极材料。 ●磷酸铁锂正极材料 目前广受关注的一种新兴锂离子电池材料，其突出特点是安全性非常好，不会爆炸，循环性能非常优秀可达到2000次，这些特点使其非常适合电动汽车、电动工具等领域。其标称电压只有3.2-3.3V，因此其保护线路部分也与常用锂离子电池有所区别，但他的缺点也比较明显，能量密度远低于钴酸锂和三元材料。 锂离子电池正极材料的特性 项目 钴酸锂(LiCoO2) 锂镍钴锰三元(LiNiCoMnO2) 锰酸锂(LiMn2O4) 磷酸铁锂(LiFePO4) 振实密度（g/cm3） 2.8～3.0 2.0～2.3 2.2～2.4 1.0～1.4 比表面积（m2/g） 0.4～0.6 0.2～0.4 0.4～0.8 12～20 克容量(mAh/g) 135～140 140～180 90～100 130～140 电压平台(V) 3.7 3.5 3.8 3.2 循环性能 ≥500次 ≥500次 ≥300次 ≥2000次 过渡金属 贫乏 贫乏 丰富 非常丰富 原料成本 很高 高 低廉 低廉 环保 含钴 含镍、钴 无毒 无毒 安全性能 差 较好 良好 优秀 适用领域 中小电池 小电池/小型动力电池 动力电池、低成本电池 动力电池/超大容量电源 锂离子电池主要结构成分 ●正极材料（钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴酸锂等及其混合物） ●负极材料（人造石墨、改性天然石墨等） ●隔膜材料（聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或两者的复合膜） ●电解液（EC、PC、DEC、DMC、EMC等溶剂和六氟磷酸锂配成的溶液） ● 正负极端子（正负极耳） ● 外壳（钢壳、铝壳、铝塑膜） 圆柱形锂离子电池结构图 顶盖 安全阀 正极极耳 隔膜 负极 负极极耳 正极 绝缘垫 外壳 绝缘垫 密封圈 密封圈 负极壳 正极组合盖帽 正极铝极耳 白色上面垫 电芯 蓝色收尾胶纸 白色底垫 负极铜极耳 焊点 铜箔 负极石墨层 正极 负极 隔膜 锂离子电池正极 正极基体：铝箔（约.016mm厚) 正极物质：LiFePO4+乙炔黑+PVDF 正极集流体(正极极耳)：铝带（约0.1mm厚） 高温胶带(约0.05mm厚) 电池放电时从外电路获得电子的电极，此时电极发生还原反应。通常是电位高的电极。锂离子电池正极一般为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或三元镍钴锰酸锂电极。 锂离子电池负极 负极基体：铜箔（约0.010mm厚)