鋰電池基本原理設(shè)計(jì)性能培訓(xùn)講義-免費(fèi)閱讀
【正文】 電解液在高溫和電化學(xué)催化條件下發(fā)生氣化和驟然膨脹的體積變化可以用理想氣體公式進(jìn)行估算： PV = nRT 大約 1 毫升電解液 可以產(chǎn)生 10 毫升氣體。C) ，在此 過程中測試材料與電解液的反應(yīng)溫度 (脫氧溫度 )和放熱能量 。這些標(biāo)準(zhǔn)尚未普遍采用，因此只作參考。這樣可以使電池 的安全性能大大提高。電池內(nèi)阻的影響因素為： ① 電解液的成分 ② 正負(fù)電極片中的成分配方，例如導(dǎo)電碳粉的含量 在 C/5 條件下 40176。C 時(shí)，電解液會(huì)發(fā)生副反應(yīng)而產(chǎn)生大量的氣體，電極片中的樹酯粘接劑也會(huì)發(fā)生變質(zhì)，從而導(dǎo)致整個(gè)電池逐漸老化和衰退，甚至在短期內(nèi)失效。下圖中顯示了電池的剩余能量與電池的開路電壓之間的關(guān)系。例如： DOD = x 100% = % 自放電率 電池充滿電之后，在與外電路沒有接觸和常溫放置的條件下，其電容量會(huì)自然衰減。 = = = 160mA, 即放電電流 I=160mA, 放電時(shí)間 t=5h 小時(shí) 3V 時(shí)間 中點(diǎn)電壓，或稱平均電壓 1h (小時(shí) ) I=800mA 50% C 5 800 5 16 = = = 400mA, 即放電電流 I=400mA, 放電時(shí)間 t=2h 小時(shí) 2C = = = 1600mA, 即放電電流 I=1600mA, 放電時(shí)間 t= 小時(shí) 5C = = = 4000mA, 即放電電流 I=4000mA, 放電時(shí)間 t= 小時(shí) 容量： 充電容量 = 充電電流 x 充電時(shí)間 = Ah 或者 mAh 放電容量 = 放電電流 x 放電時(shí)間 = Ah 或者 mAh 由于充放電是在一定的 C倍率條件下進(jìn)行的，因此電池的容量與C倍率直接相關(guān)。 正負(fù)電極片寬度 增加寬度可以提高容量，但是，增加制作難度。 以鋰離子電池為例 1. 電容量 鋰電池中常用的正極和負(fù)極材料，其理論和實(shí)際容量列表如下： 材料名稱 理論容量 (mAh/g) 實(shí)際容量 (mAh/g) 晶體結(jié)構(gòu) 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(fù)極 人造石墨 372 300~360 二維層狀 負(fù)極 2. 電壓 (或稱為電勢差、電位差 ) 電極材料的電壓是相對(duì)于鋰金屬而言的，當(dāng)鋰金屬的電位被設(shè)定為０時(shí)，其他電極材料的電位將以此為基礎(chǔ)。 4. 鋅 氧電池平衡電動(dòng)勢為 。 2. 電壓 (或稱為電勢差、電動(dòng)勢 ) 例如正極： 1/2O2 + H2O+2e = 2OH E176。小時(shí) /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(fù)極材料 *高電壓：正負(fù)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(xué)氧化 /還原電對(duì) 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(duì)單電子傳遞反應(yīng) = 1 法拉第 / 克當(dāng)量 = 96487 庫侖 /克當(dāng)量 = 96487 安培 ? 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。 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(dǎo)電碳粉，樹脂粘結(jié)劑 (PVDF)，溶劑 (DMF) 2． 負(fù)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(dǎo)電碳粉，樹脂粘結(jié)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(duì)活性材料的要求： ? 陽極、陰極需選擇高理論能量密度的材料。電子經(jīng)過外電路和用電器被輸送到正電極，與此同時(shí)，鋰離子則經(jīng)過內(nèi)電路中的電解液和穿過隔膜紙，回到正電極的晶體結(jié)構(gòu)。 圖 鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖 正極 隔膜 負(fù)極 外殼 電解質(zhì) 鋰離子 基片 基片 + LiCoO2 C 引線 引線 4 圖 充電時(shí)鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖 正極 隔膜 負(fù)極 外殼 電解質(zhì) 鋰離子 Li+ 基片 基片 + 充電機(jī) e e e e Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ 正極反應(yīng) : LiCoO2 LixCoO2 + xLi+ + xe 負(fù)極反應(yīng) : C6 + xLi+ + xe LixC6 Li+ Li+ 3V 0V 時(shí)間 △ V
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