锂离子电池基本原理配方及工艺流程.pdfVIP

锂离子电池原理及工艺流程 一、 原理 1.0 正极构造 LiCoO 2 + 导电剂 + 粘合剂 (PVDF) + 集流体（铝箔） 正极 2.0 负极构造 石墨 + 导电剂 + 增稠剂 (CMC) + 粘结剂 (SBR) + 集流体（铜箔） 负极 3.0 工作原理 3.1 充电过程： + 一个电源给电池充电， 此时正极上的电子 e 从通过外部电路跑到负极上， 正锂离子 Li 从正极 “跳 进 ”电解液里， “爬过 ”隔膜上弯弯曲曲的小洞， 游泳“ ”到达负极， 与早就跑过来的电子结合在一起。 正极上发生的反应为 + LiCoO 2 Li1-xCoO 2 + x Li + xe （电子） 负极上发生的反应为 + 6C + xLi + xe Li C x 6 3.2 电池放电过程 放电有恒流放电和恒阻放电，恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可 变电阻，恒阻放电的实质都是在电池正负极加一个电阻让电子通过。由此可知，只要负极上的 + 电子不能从负极跑到正极，电池就不会放电。电子和 Li 都是同时行动的，方向相同但路不同， + 放电时，电子从负极经过电子导体跑到正极，锂离子 Li 从负极 跳进“ ”电解液里， 爬过“ ”隔膜上 弯弯曲曲的小洞， 游泳“ ”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。 3.3 充放电特性 电芯正极采用 LiCoO 2 、LiNiO 2 、LiMn2 O2 ，其中 LiCoO 2 本是一种层结构很稳定的晶型，但 当从 LiCoO 2 拿走 x 个 Li 离子后，其结构可能发生变化，但是否发生变化取决于 x 的大小。 通过研究发现当 x 0.5 时，Li1-xCoO 2 的结构表现为极其不稳定， 会发生晶型瘫塌， 其外部 表现为电芯的压倒终结。 所以电芯在使用过程中应通过限制充电电压来控制 Li1-X CoO 2 中的 x 值， 一般充电电压不大于 4.2V 那么 x 小于 0.5 ，这时 Li1-X CoO 2 的晶型仍是稳定的。 负极 C6 其本身有自己的特点，当第一次化成后，正极 LiCoO 2 中的 Li 被充到负极 C6 中， 当放电时 Li 回到正极 LiCoO 2 中，但化成之后必须有一部分 Li 留在负极 C6 中心， 以保证下次充 放电 Li 的正常嵌入，否则电芯的压倒很短，为了保证有一部分 Li 留在负极 C6 中，一般通过限 制放电下限电压来实现：安全充电上限电压 ≤ 4.2V ，放电下限电压 ≥ 2.5V 。 记忆效应的原理是结晶化，在锂电池中几乎不会产生这种反应。但是，锂离子电池在多次 充放后容量仍然会下降，其原因是复杂而多样的。主要是正负极材料本身的变化，从分子层面 来看，正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞；从化学角度来看，是正负极材料活 性钝化，出现副反应生成稳定的其他化合物。物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况，总之 最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目。 过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏，从分子层面看，可以直 观的理解，过度放电将导致负极