鋰電池基本原理設計性能培訓講義-全文預覽
【正文】 圖 鋰電池結構示意圖 正極 隔膜 負極 外殼 電解質 鋰離子 基片 基片 + LiCoO2 C 引線 引線 4 圖 充電時鋰電池結構示意圖 正極 隔膜 負極 外殼 電解質 鋰離子 Li+ 基片 基片 + 充電機 e e e e Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ 正極反應 : LiCoO2 LixCoO2 + xLi+ + xe 負極反應 : C6 + xLi+ + xe LixC6 Li+ Li+ 3V 0V 時間 △ V=鋰電池電 壓 正極電壓曲線 負極電壓曲線 引線 引線 5 圖 放電時鋰電池結構示意圖 正極 隔膜 負極 外殼 電解質 鋰離子 Li+ 基片 基片 + 用電器 e e e e Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ 正極反應 : LixCoO2 + xLi+ + xe LiCoO2 負極反應 : LixC6 C6 + xLi+ + xe 3V 0V 時間 △ V=鋰電池電壓 正極電壓曲線 負極電壓曲線 引線 引線 6 充、放電時的電化學反應描述： 1．充電時 正電極（陰極）：氧化反應，向外電路釋放出電子和向內電路釋放出鋰離子。隔膜紙是電子的絕緣體，離子的透明體。電子經過外電路和用電器被輸送到正電極，與此同時，鋰離子則經過內電路中的電解液和穿過隔膜紙，回到正電極的晶體結構。電子和鋰離子經過內外電路，回到正電極的晶體結構中形成電池中性。 1． 正極成分 活性材料：鈷酸鋰 (LiCoO2)，鈷鎳酸鋰 (LiNiCoO2)，錳酸鋰 (LiMn2O4) 非活性材料：鋁基片，導電碳粉，樹脂粘結劑 (PVDF)，溶劑 (DMF) 2． 負極成分 活性材料：石墨 (C)，鋰合金 (LiAl)，碳纖維 非活性材料：銅基片，導電碳粉，樹脂粘結劑 (PVDF)，溶劑 (DMF) 3． 電解液 活性材料：鋰鹽 (LiPF6) 非活性材料：碳化物溶劑 (DMC, EC, EMC, PC, DEC) 4． 隔膜紙：聚乙烯 (PE)和聚丙烯 (PP)多孔膜 5． 引線：鋁、鎳 7 6． 外殼：不銹鋼、鋁外殼 對活性材料的要求： ? 陽極、陰極需選擇高理論能量密度的材料。以上所有組成在工作電壓和溫度范圍內是穩(wěn)定的。 ? 典型的 18650 圓柱型電池活性材料（鈷酸鋰和碳）有 克，而非活性組成部分的重量卻有 克之多。小時 ) (A) (h) (V) = (Ah) (V) = Wh (mA) (h) (V) = (mAh) (V) = mWh 重量比能量密度 = 能量容量 / 質量 = 瓦小時 /毫升 ) 為提高能量密度，就必須提高電容量 (Ah)，或者提高電壓 (V)： *單位重量和體積要有高的電容量：新型正極和負極材料 *高電壓：正負極材料要有相差大的電極電位，即選擇較大電勢差的電化學氧化 /還原電對 以鋅 氧電池和鋰 氧電池為例 1. 電容量 電容量 = 1 法拉第 /摩爾 對單電子傳遞反應 = 1 法拉第 / 克當量 = 96487 庫侖 /克當量 = 96487 安培 例 1： Zn+2 + 2e = Zn 對鋅，其摩爾質量是 克，也就是 克 /當量。 2. 電壓 (或稱為電勢差、電動勢 ) 例如正極： 1/2O2 + H2O+2e = 2OH E176。 ? 氧電極的質量比容量是 安培小時 /8 克，既是 安培小時 /克。 4. 鋅 氧電池平衡電動勢為 。 3. 鋰 氧電池需要 + = 1安培小時的電量，反過來說，每克活性材料可以產生 安培小時的電量。 以鋰離子電池為例 1. 電容量 鋰電池中常用的正極和負極材料，其理論和實際容量列表如下： 材料名稱 理論容量 (mAh/g) 實際容量 (mAh/g) 晶體結構 用途 LiCoO2 274 145 二維層狀 正極 LiNiO2 274 210 二維層狀 正極 LiNiCoO2 274 198 二維層狀 正極 LiMn2O4 148 123 三維通道 正極 天然石墨 372 300~350 二維層狀 負極 人造石墨 372 300~360 二維層狀 負極 2. 電壓 (或稱為電勢差、電位差 ) 電極材料的電壓是相對于鋰金屬而言的，當鋰金屬的電位被設定為０時，其他電極材料的電位將以此為基礎。 6eV 5eV 4eV 3eV 2eV 1eV 0eV 鋰金屬 LixC 石墨 LixC 石油焦
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