鋰電池原理以及工藝控制(已修改)
2025-05-14 18:23 本頁面
【正文】 鋰電池原理以及工藝控制 焦天宇 前言 ? 電池是個(gè)比較復(fù)雜的電化學(xué)體系，涉及到電化學(xué)、材料、機(jī)械、物理等學(xué)科。所以在學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮。 ? 鋰離子電池生產(chǎn)流程較長，每個(gè)質(zhì)量控制點(diǎn)都非常重要，尤其對(duì)于關(guān)鍵的步驟更要嚴(yán)格控制。 大綱提要 ? 電池定義及分類 ? 鋰離子電池反應(yīng)原理 ? 鋰離子電池所用原材料及指標(biāo) ? 鋰離子電池設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu) ? 鋰離子電池工藝流程及控制 ? 鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備 ? 鋰離子電池主要性能指標(biāo) ? 動(dòng)力鋰離子電池展望 電池定義 ? 電池是一種能量轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存的裝置，它主要通過化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能或物理能轉(zhuǎn)化為電能。電池是一種化學(xué)電源，它由兩種不同成分的電化學(xué)活性電極分別組成正負(fù)極，兩電極浸泡在能提供媒體傳導(dǎo)作用的電解質(zhì)中，當(dāng)連接在某一外部載體上時(shí)，通過轉(zhuǎn)換其內(nèi)部的化學(xué)能來提供電能。 ? 每種電池都具有電化學(xué)轉(zhuǎn)換的能力，即將儲(chǔ)存的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能，就二次電子（也叫蓄電池）而言，在放電過程中，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能；而在充電過程中，又將電能重新轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。 能量轉(zhuǎn)換 ? 熱力學(xué)和電化學(xué)的聯(lián)系 ? 非膨脹功 DG = Wf ? ，非膨脹功只有電功一項(xiàng)，所以化學(xué)反應(yīng)的吉布斯自由能變轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? DG = zEF ? ，電池的電動(dòng)勢(shì)就是標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì) Eq。 DGq = zEqF 原電池原理 ? 較活潑的金屬 失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從較活潑金屬（ 負(fù)極 ）通過外電路流向較不活潑的金屬（正極） 。 電池分類 ? 一次電池 ? 小型二次電池：鎳鎘、鎳氫、鋰離子 ? 鉛酸電池 ? 燃料電池 ? 太陽能電池 地面光伏發(fā)電 ? 其他新型電池 我國電池的發(fā)展史 ? 自五十年代以來，我國二次電池工業(yè)，從無到有，從弱到強(qiáng)，已形成了比較完備的工業(yè)體系，其發(fā)展歷程大致可分為三個(gè)時(shí)期，首先是五十年代興起的鉛酸蓄電池。第二個(gè)時(shí)期是指六十年代開發(fā)成功鎘鎳堿性蓄電池時(shí)期，該系列電池由于高功率、高壽命以及良好的低溫性能，廣泛地應(yīng)用于航海、通訊、電力、鐵路、通訊、電動(dòng)工具、辦工自動(dòng)化等諸多部門。第三個(gè)時(shí)期指進(jìn)入九十年代至今，九十年代初期，中國已有了研制鋰電池的初級(jí)產(chǎn)品，主要是用于電子計(jì)算器上的二氧化錳扣式電池，以及少量的鋰、碘和卷邊封口的鋰、二氧化硫電池，隨后又研制出小型碳包式的鋰、亞硫氯電池。此外90年代初，中國才開始由自己規(guī)?；a(chǎn)的，可供軍方使用的安全可靠的鋰電池。到了 90年代末期，我國對(duì)鋰離子電池的研究有了突破性的進(jìn)展，比亞迪、邦凱和比克等公司都在大規(guī)模生產(chǎn)液態(tài)鋰離子電池，產(chǎn)品的技術(shù)水平已達(dá)到或 接近日本同類電池的水平。 各類電池比較 鋰電池發(fā)展 ? 鋰原電池 枝晶通過充放電的循環(huán)反復(fù)形成，枝晶鋰可能穿透隔膜，造成電池內(nèi)部短路，從而發(fā)生爆炸 ， 無法使鋰蓄電池實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)。 ? 1990年日本的索尼 (Sony)公司率先研制成功鋰離子電池，它是把鋰離子嵌入碳中形成負(fù)極，取代傳統(tǒng)鋰原電池的金屬鋰或鋰合金作負(fù)極。 1992年，鋰離子蓄電池實(shí)現(xiàn)商品化， 1999年，聚合物鋰離子電池實(shí)現(xiàn)商品化。 鋰電池原理 ? RCB鋰離子電池是建立在 RCB 理論的基礎(chǔ)上的。鋰離子電池的正負(fù)極均采用可供鋰離子（ Li+）自由脫嵌的活性物質(zhì)，充電時(shí) Li+從正極脫嵌通過聚合物電解質(zhì)到達(dá)負(fù)極，得到電子后與碳材料結(jié)合變?yōu)?Li C6，放電時(shí)，鋰離子自負(fù)極析出，通過電解質(zhì)，到達(dá)正極，重新回到 磷酸鐵鋰 的骨架中，恢復(fù)到充電前的狀態(tài)。充放電時(shí)離子的往返的嵌入、脫嵌正像搖椅一樣搖來搖去，故有人又稱鋰離子電池為 “搖椅電池 ”，又叫 RCB電池（英文 Rocking Chair Batteries的縮寫）。 鋰電池原理 ? 鋰離子電池是指 Li+ 嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。 ? 正極采用鋰化合物 LiCoO LiNiO2 、LiMnO2 、 LiFePO4 ? 負(fù)極采用鋰 碳層間化合物 LiXC6。 ? 電解質(zhì)為溶解有鋰鹽 LiPF6 、 LiAsF6等有機(jī)溶液。 鋰電池原理
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