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锂离子电池基础 锂电池的特点 锂电池轻薄短小且容量大，其阳极为二氧化钴锂(钴酸锂)，阴极为石墨晶体，在充放电反应中,锂以离子形态出现,这种电池称为锂离子电池。锂离子电池与镍氢、镍镉电池相比其单体电池工作电压为3.6V，是镍氢、镍镉电池的三倍，在相同容量下，体积可减少30%，重量可降低50%；寿命可达1200次以上；允许工作温度范围（－20℃～＋ 锂离子电池是一种高能量密度的电池，电池单体电压比较高，主要用于组装手提电脑等。锂离子电池具有容量高、重量轻、无记忆等特点，是目前性能最好的可充电电池，价格最贵。锂离子电池还是一种智能电池，它可以与专门原装智能充电器交换，达到最短的充电时间和最大的寿命周期及最大的容量。 充电电池的记忆效应 充电电池的记忆效应是指电池使用中电能经常未被用尽，又被充电，电池重复地不完全充电与放电，使电池内部物质产生结晶的一种效应。一般只会产生在镍镉电池，镍氢电池较少，锂电池则无此现象。记忆效应会使电池暂时性的容量减少，发生深度记忆效应的电池容量极小，需进行充放电活化，否则电池将报废。因此，充电电池每次应将电池的电能用尽（在电器上用尽即可），如果感觉电池容量下降，可将电池开机放置24小时完全放电后，再充饱电，如此循环充放电数次，可将电池的记忆效应消除，恢复电池容量。有条件可选用镍氢电池或锂离子电池，避免记忆效应。 充电电池识别及充电 镍氢、镍镉、锂离子电池在外壳上有标识，镍镉电池为“Ni-Cd”，镍氢电池为“Ni-MH”，锂离子电池为“Li-Ion”。使用时需选择与原配电池相同的充电电池。镍镉和镍氢电池注意鉴别真伪，这两种电池的标称电压为1.2V，购买时电池电压应在1.3V以下，若其电压是1.5V则是用干电池假冒的充电电池。 使用时要用同类型、同牌号电池，不要混用，尽量使用同种、同批的充电电池。 新的充电电池由于存放时间长，部分电池处于“休眠”状态，应预先循环充放电几次，以“唤醒”电池恢复容量，正常工作。 不同的充电电池，其充电特性是不同的，要用原厂或符合规格的充电器充电，电池的充电电流及时间，可参照充电电池商标说明书或充电器说明书，充电时间不要超过24小时。在充电过程中电池轻微发热属正常现象，如发热严重，应立即停止，检查充电器是否符合充电指标，以免损坏电池。从使用方便和环保的角度讲，应选择镍氢电池或锂离子电池。 一：锂离子电池形状 圆柱形、方形、扣式 （从包装材料分：钢壳、铝壳、软包装） 二：锂离子电池结构 二-1．正极 （1）LiCoO2做正极。特点:A.开路电压高B.比能量高C.循环寿命长D.可快速放电E.价格昂贵； （2）LiNiO2做正极。特点：LiNiO2与LiCoO2性能接近，但制备困难； （3）LiMnO4做正极。特点：价格低，制备比LiNiO2容易。 正极材料中，LiCoO2适合于Li+嵌入，制备工艺简单，电化学性能稳定；LiNiO2电化学性能不稳定，Ni3+氧化性强，能与电解液发生析氧反应，不耐过充；LiMnO4耐过充，安全性能好，但循环性能差，高温（ 2．正极材料的粉体特性 锂离子在正极中的表观化学扩散系数为5×10–9（㎡.S–1），扩散层厚度按（Dt）0.5计算，则在厚度为0.1㎝的正极中扩散需要几天时间，弥补这种扩散系数小的措施之一就是降低正极的厚度。正极活性物质的粒径和表面积对锂离子电池有很大的影响。当大电流放电时，处于细孔中的锂离子从孔壁进入正极活性物质中，使细孔中的锂离子浓度减少，极化增加，放电困难。如细孔的孔径大，孔的长度小，则锂离子扩散快，电池就可继续放电，所以，如能控制细孔大小和表面积，就可采用较粗粒径的粒子，如不能控制细孔大小和表面积，则可将活性物质粉碎到3～10um。Li+放电时，随着Li+嵌入活性物质中，也必然注入电子，电子在粒子内移动速率快，但在粒子间移动速率慢，因此，必须加入导电物质石墨或乙炔黑，提高电子移动速率。 3. 锂离子电池正极材料的选择要求 （1）相对Li的电极电位高，组成不随电位变化，离子和电子电导率高，有利于降低电池内阻； （2）Li+嵌入和脱嵌可逆行好，热稳定性好，有利于延长电池寿命和安全性能； （3）与有机电解质和粘结剂接触性能好，热稳定性好，有利于延长电池寿命和提高安全性能。 4．LiCoO2和LiNiO2是层状结构的过度金属氧化物，LiMnO4是尖晶石结构。 5．LiCoO2的合成方法 （1）将Co3O4和Li2CO3按Li/Co=1mol混合，加适量无水乙醇进行分散，球磨2小时，蒸发出无水乙醇，干燥，研细，在空气中于800～ (2)将Li2CO3和钴的氧化物按Li/Co=1mol混合，在空气中于700～ 2CoO3+3Co(OH)2.3H2O+2/5 Li2CO3=5LiCoO2+5/2CO+2CO2+6H2O 二-2负极 1．石炭材料（石墨）负极的充放电反应是锂离子在固相内的嵌入-脱嵌反应（C6+ Li+ + e→LiC6）； 碳的种类有：金刚石、石墨、乙炔黑、活性炭、碳纤维。 2．SEI膜—固体电解质界面 是有机溶液不可逆分解形成的，这层膜非常规则地覆盖在负极表面上，完全将石墨和电解液隔离开，阻止了电解液进一步分解；这层膜是良好的Li+导体，Li+通过而不带溶剂分子，使石墨成为稳定的可逆负极。 3．碳负极材料的选择应符合以下要求 （1）锂存储量高； （2）锂在碳中的嵌入-脱嵌反应快，即Li+在固相内的扩散系数大，在电极/电解液界面的移动阻抗小； （3）Li+在电极材料中的存在状态稳定； （4）在电池的充放电循环中，碳负极材料体积变化小； （5）电子导电性高； （6）在电解液中不溶解。 4．石墨在达到最大嵌锂限度时的体积只增加10%左右，所以电极尺寸稳定，使碳电极有良好的循环性能，但它对电解液的选择性强，一般在PC、BC、PC/DEC、BC/DEC溶剂中因电解液分解而不能充电，在EC、EC/PC、EC/BC、EC/DEC中稳定。 备注：EC：乙烯碳酸酯 PC：丙烯碳酸酯 BC：丁烯碳酸酯 DEC：二乙基碳酸酯 石墨电极的首次充电容量（嵌Li+过程）大于首次放电容量（Li+脱嵌过程），充放电容量之差称为不可逆容量。 二-3隔膜 电解液的离子导电性，通常与膜的孔隙率（P），孔的变形率（T），电解液的电阻，膜的厚度及电解液润湿膜孔的程度有关。 隔膜可分为半透膜（Φ5～10um）；微孔膜(Φ10um以上)。 （1） 隔膜应具备的基本特性 A电绝缘性好，B对电解质离子有很好的透过性、电阻低，C对电解质具有化学稳定性和电化学稳定性D对电解质润湿性好，E具有一定的机械强度，厚度尽可能小； （2） 隔膜性能项目包括 外观、厚度、紧度、电阻、干态及湿态抗拉强度、孔率、孔径、吸液率、吸液速度、保持电解液能力、耐电解液腐蚀能力、胀缩率。 A紧度：有密度计测量，是衡量隔膜致密程度饿指标，B抗拉强度：用纸张拉力机检测；C孔径：半透膜用电子显微镜测量，孔径大于10um的微孔膜用气泡法测量，D电阻：可用直流法或交流法测定，E吸液率：是反映隔膜吸收电解液的能力，把干的样品称重后浸泡在电解液中，直至吸收平衡，再取出湿隔膜称重n=m2-m1/m1×100%(PE膜≥200%；PP膜≥300%)，F耐电解液腐蚀能力：电解液加温到 二-4电解液 1．Li-ion的电压高达3～4V，电解液只能用有机溶剂，不能用水；水的分解电压是1.229V，既考虑到H和O的过电位，以水为溶剂的电解液电压最高也只有2V左右（如铅酸蓄电池）；电解液的电导率一般只有0.01s/cm，是铅酸蓄电池电解液或碱性电池电解液电导的百分之一，故Li-ion在大电流放电时，来不及从电解液中补充Li+，会发生电压突然下降现象。 2．1-2mol/L的LiPF6/EC+DMC是理想的电解液，在配制时各种溶剂需分别进行精溜纯化，分子筛处理，并加入Na片，除去杂质和水分，试剂级锂盐经真空干燥使配制成的电解液含水量低于10 ppm。 3．部分有机溶剂的分解电压（ EC/DEC=1：1时，4.25V；EC/DMC=1：1时，4.1V；PC/DEC=1；1时，4.35V。 4．LiPF6制法 PF5+LiF→LiPF6（LiF溶于HF溶液中，通入PF5气体） CaF+H2SO3→CaF（SO LiPF6在 1. 概念 电池是一种能量转化与储存的装置，它通过反应将化学能或物理能转化为电能。电池即是一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极。两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体时，通过转换其内部的化学能来提供能源。 聚合物锂离子电池是一种二次电池的，二次电池是可以多次充放电使用的。一次电池是使用后不能多次充放电使用的电池，最常见就有是电池。 2. 命名 一般聚合物锂电池外包装标识包括：公司代码、电池厚、宽、长 例如 GRPLP502030 其中: GRP表示公司名称GREPOW LP表示Li-Polymer（锂聚合物）的缩写 50表示电池的厚度为 20表示电池的宽度为 30表示电池的长度为 3. 组成 聚合物锂离子电池组成有：电极（正负极）、电解液（LiPF6）、极耳（正负极耳）、隔膜、铝塑膜等。 电极是电池的核心部分，由活性物质和导电骨架组成。活性物质是指正负极中参加成流反应的物质，是决定化学电源基本特性的重要部分。一般锂电厂的正极活性物质都是钴酸锂；负极用的是碳材料：活性碳或石墨。 电解液是在电池内部正负极之间担负传递电荷的作用。电解液有下列特性： ① 遇水产生强酸HF，HF具有腐蚀性，能腐蚀皮肤、包装膜及一些金属物品。 ② 电解液在空气中会结晶，导致电解液性能下降，导电率降低，内阻增大。 ③ 电解液是有机溶剂，易燃。 极耳是导电柄，正负极耳分别连接电池内部的金属集流体（铝箔、铜箔）。 隔膜的作用是将电池正、负极隔开，防止两极直接短路。隔膜本身是不导电的，但电解质离子可以通过。因此要求隔膜必须具备以下性能： ① 电绝缘性好； ② 对电解质离子有很好的透过性，电阻低； ③ 对电解质具有化学稳定性和电化学稳定性； ④ 对电解质润湿性好； ⑤ 具有一定的机械强度，厚度尽可能小。 铝塑膜是聚合物电池的包装材料 4. 制作流程 投料制浆 涂布 裁片 焊接极耳 卷绕 压芯 / 叠片 封装 烘烤 注液 封口 化一 抽气封口 折边 化二（分容） 点焊镍片 检测（电压内阻外观） 入库 5. 性能 电池性能包括：电压、内阻、容量、自放电率、循环寿命、密封性能、安全性能、贮存性能、外观等。 电压：聚合物电池的工作电压范围为2.8-4.2V，额定电压为3.6V 内阻：是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。 容量：指在一定放电条件下，电池放电至截至电压时，放出的电量。即是电流与时间的积。一般用Ah或mAh表示。它直接影响到电池的最大工作电流和工作时间。 自放电率：电池在储存过程中，蓄电容量会逐渐减少，这种现象就叫自放电。 循环寿命：二次电池在按照一定的 6. 优点 1.安全性能好
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