锂电池基本原理

1、 聚合物锂电池基础知识聚合物锂电池基础知识锂离子电池基本知识锂离子电池基本知识v锂离子电池的分类及优点锂离子电池的分类及优点v电池行业的常见术语电池行业的常见术语v锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理v锂离子电池的基本结构锂离子电池的基本结构1 锂离子电池的分类及优点锂离子电池的分类及优点v锂离子电池的分类锂离子电池的分类v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液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为简称为lib)和聚合物和聚合物锂离子电池锂离子电池(polymer lithium io

2、n battery, 简称为简称为lip)两大两大类。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是类。聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于相同的，电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂而聚合物锂离子电池则以凝胶聚合物电解质来代替离子电池则以凝胶聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是这种聚合物可以是“干态干态”的的,也可以是也可以是“胶态胶态”的的,目前大部分采用聚合物胶目前大部分采用聚合物胶体电解质。体电解质。v聚合物锂离子

3、电池可分为三类：聚合物锂离子电池可分为三类： 1.固体聚合物电解质锂离子电池。电解质为聚合物与盐的混固体聚合物电解质锂离子电池。电解质为聚合物与盐的混合物，这种电池在常温下的离子电导率低，适于高温使合物，这种电池在常温下的离子电导率低，适于高温使用。用。2.凝胶聚合物电解质锂离子电池。即在固体聚合物电解质中凝胶聚合物电解质锂离子电池。即在固体聚合物电解质中加入增塑剂等添加剂，从而提高离子电导率，使电池可加入增塑剂等添加剂，从而提高离子电导率，使电池可在常温下使用。在常温下使用。3. 聚合物正极材料的锂离子电池。采用导电聚合物作为正聚合物正极材料的锂离子电池。采用导电聚合物作为正极材料，其比能量

4、是现有锂离子电池的极材料，其比能量是现有锂离子电池的3倍，是最新一代倍，是最新一代的锂离子电池。的锂离子电池。锂离子电池的优点锂离子电池的优点v理论上，与一般的电池相比，锂离子电池有明显的优点：理论上，与一般的电池相比，锂离子电池有明显的优点：v1）高电压，锂离子电池使用高电负性的含元素锂电极，使）高电压，锂离子电池使用高电负性的含元素锂电极，使其端电压高达其端电压高达3.7v， 而而ni-cd和和ni-mh 电池的电压只有电池的电压只有1.2v左右左右v2）高能量密度，与同等容量的）高能量密度，与同等容量的ni-cd和和ni-mh电池相比，锂电池相比，锂离子电池的重量轻，其体积比能量是这两类

5、电池的离子电池的重量轻，其体积比能量是这两类电池的1.52倍倍v3）循环寿命长，循环寿命超过）循环寿命长，循环寿命超过500次次v4）安全性高，锂离子充放电过程中没有金属锂的存在，避）安全性高，锂离子充放电过程中没有金属锂的存在，避免了锂电池中金属锂造成的安全问题免了锂电池中金属锂造成的安全问题v5）自放电率低，锂离子电池在首次充电（化成）过程中在碳负极材料）自放电率低，锂离子电池在首次充电（化成）过程中在碳负极材料表面形成一层具有锂离子导电性而对电子绝缘的固体电解质中间相膜表面形成一层具有锂离子导电性而对电子绝缘的固体电解质中间相膜（sei），可较好的阻止自放电的发生，），可较好的阻止自放电

6、的发生，v6）无记忆效应）无记忆效应v7）无污染，环保）无污染，环保v由于用固体电解质代替了液体电解质由于用固体电解质代替了液体电解质,与液态锂离子电池相比，与液态锂离子电池相比，聚合物锂聚合物锂电池还有以下优势：电池还有以下优势：va 形状可以任意定制，厚度薄，聚合物电池可根据客户的需求增加或减形状可以任意定制，厚度薄，聚合物电池可根据客户的需求增加或减少电芯厚度，开发新的电芯型号有的甚至可以根据手机形状量身定做，少电芯厚度，开发新的电芯型号有的甚至可以根据手机形状量身定做，以充分利用电池外壳空间，提升电池容量。以充分利用电池外壳空间，提升电池容量。 vb重量轻，聚合物电池重量较同等容量规格

7、的钢壳锂电轻重量轻，聚合物电池重量较同等容量规格的钢壳锂电轻40%40%，较铝壳电，较铝壳电池轻池轻20%20%。 vc.容量大。聚合物电池较同等尺寸规格的钢壳电池容量高容量大。聚合物电池较同等尺寸规格的钢壳电池容量高1015%，较，较铝壳电池高铝壳电池高510% 2 电池行业中一些常见的术语电池行业中一些常见的术语v一次电池一次电池: 只能进行一次放电的电池，不能进行充电而再利用。只能进行一次放电的电池，不能进行充电而再利用。v二次电池二次电池: 可反复进行充电、放电而多次使用的电池，也叫蓄电池或充可反复进行充电、放电而多次使用的电池，也叫蓄电池或充电电池。电电池。v标称电压标称电压: 电池

8、电池0.2 c放电时全过程的平均电压，是一个近似数值。锂电放电时全过程的平均电压，是一个近似数值。锂电的标称电压是的标称电压是3.7vv额定容量额定容量: 生产厂家标明的电池容量，即充满电的电池在生产厂家标明的电池容量，即充满电的电池在20下以下以0.2c的标准实验电流放电到终止电压时所能放出的电量值，用的标准实验电流放电到终止电压时所能放出的电量值，用c5表示，表示，单位是单位是ah或者或者mah v倍率：是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它倍率：是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母在数据值上等于电池额定容量

9、的倍数，通常以字母c表示。如电池的标表示。如电池的标称额定容量为称额定容量为600mah为为1c（1倍率），倍率），300mah则为则为0.5c,6a(600mah)为为10c.以此类推以此类推.v循环寿命循环寿命: 电池在一定条件下（电池在一定条件下（200.2 c5）,反复充放电，当电池容量反复充放电，当电池容量等性能达到规定的要求以下时所发生的充放电次数。等性能达到规定的要求以下时所发生的充放电次数。v内阻内阻: 电池正极与负极之间的电阻，是集流体、电极活性物质、隔膜、电电池正极与负极之间的电阻，是集流体、电极活性物质、隔膜、电解液的电阻之和，理论上，其值越小性能越好。电池内阻是锂离子电

10、池解液的电阻之和，理论上，其值越小性能越好。电池内阻是锂离子电池性能的重要参数。电池内阻的数值不仅影响了电池的功率特性、电池的性能的重要参数。电池内阻的数值不仅影响了电池的功率特性、电池的放电倍率，同时也是电池内部结构特性的一个重要表征。放电倍率，同时也是电池内部结构特性的一个重要表征。 v放电平台放电平台: 放电平台是电池放电曲线的一个直接的表征。即电池完全充电放电平台是电池放电曲线的一个直接的表征。即电池完全充电后，以一定速率的电流放电时，电压下降相对缓慢的那段时间。通常以后，以一定速率的电流放电时，电压下降相对缓慢的那段时间。通常以1c放电至放电至3.6v的时间表示放电平台。是衡量电池好

11、坏的重要标准的时间表示放电平台。是衡量电池好坏的重要标准v终止电压：电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压终止电压：电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压v自放电：又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，其自身内部物质自放电：又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，其自身内部物质发生化学反应而致使电池能量（容量）损失的现象。如自放电较大的电发生化学反应而致使电池能量（容量）损失的现象。如自放电较大的电池往往表现为储存一段时间后出现低电压（或零电压）的现象。池往往表现为储存一段时间后出现低电压（或零电压）的现象。 3 锂离子电池的基本结构锂离子电池的基本结构负极负极 隔膜隔膜电解液电解液铝塑膜铝

12、塑膜铝镍复合带铝镍复合带正极正极锂离子电池锂离子电池 同所有的化学电源一样，锂离子电池也由正极、负极、隔膜纸、同所有的化学电源一样，锂离子电池也由正极、负极、隔膜纸、电解液和外壳等组成。电解液和外壳等组成。1 1、正极、正极: :电池反应的主体，主要反应活性物质为电池反应的主体，主要反应活性物质为licoo2，电池反应过程，电池反应过程中中li+的提供者，正极片是由的提供者，正极片是由licoo2粉末调成膏状涂覆在铝箔上烘干粉末调成膏状涂覆在铝箔上烘干压制而成。压制而成。 2 2、负极、负极: :与正极匹配成为电池反应的另一个主体，主要反应活性物质为与正极匹配成为电池反应的另一个主体，主要反应

13、活性物质为 c，电池反应过程中，电池反应过程中li+的接收者，负极片是由石墨粉末调成膏状涂的接收者，负极片是由石墨粉末调成膏状涂覆在铜箔上烘干压制而成。覆在铜箔上烘干压制而成。3、隔膜、隔膜:置于正极与负极之间起隔离作用，主要是防止正极与负极直接置于正极与负极之间起隔离作用，主要是防止正极与负极直接接触而导致电池内部短路。它可以让电解液中的锂离子自由穿过，但接触而导致电池内部短路。它可以让电解液中的锂离子自由穿过，但具有良好的电子绝缘性。具有良好的电子绝缘性。4、电解液、电解液:电池反应过程中，作电池反应过程中，作li+来回移动的载体，一般采用来回移动的载体，一般采用lif6作作 电解质溶解于

14、电解质溶解于ec/dmc/emc等混合酯类物质中而形成有机电解液。等混合酯类物质中而形成有机电解液。5、铝塑膜、铝塑膜:起包装的作用，具要求有良好的耐冲压，电绝缘，耐电解液起包装的作用，具要求有良好的耐冲压，电绝缘，耐电解液腐蚀，耐热封腐蚀，耐热封6、铝镍复合带、铝镍复合带:用作正负极极耳，起到与外电路导通的作用用作正负极极耳，起到与外电路导通的作用 4 锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理v锂离子电池是以锂离子电池是以li+嵌入化合物为正负极的二次电池，实际嵌入化合物为正负极的二次电池，实际上是一个锂离子浓差电池，正负极由两种不同的锂离子嵌入上是一个锂离子浓差电池，正负极由两种不同的锂离

15、子嵌入化合物组成化合物组成v 通常正极采用锂化合物，负极采用锂通常正极采用锂化合物，负极采用锂-碳层间化合物，电解碳层间化合物，电解质为锂盐的有机电解液质为锂盐的有机电解液v在充放电过程中，在充放电过程中， li+在两个电极间往返嵌入和脱出，被形在两个电极间往返嵌入和脱出，被形象的成为象的成为“摇椅式电池摇椅式电池”v锂离子电池正极主要成分为含锂化合物，负极主要为碳材料锂离子电池正极主要成分为含锂化合物，负极主要为碳材料,充电时充电时v正极反应：正极反应：licoo2 li1-xcoo2 + xli+ + xe- v负极反应：负极反应：c + xli+ + xe- clix v电池总反应：电池

16、总反应：licoo2 + c li1-xcoo2 + clix v放电时发生上述反应的逆反应。放电时发生上述反应的逆反应。 锂离子电池的电化学原理锂离子电池的电化学原理v锂电池的正极材料是含锂化合物，且该化合物能可逆地嵌入锂电池的正极材料是含锂化合物，且该化合物能可逆地嵌入与脱嵌锂离子负极是碳。当对电池进行充电时，电池的正极与脱嵌锂离子负极是碳。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。同上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。同时电子的补偿从外电路供给碳负极，保证负极的电荷平衡，时电子的补偿从外电路供给碳负极，保证负极的电荷平衡，而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电