鋰電池基本原理設(shè)計(jì)性能培訓(xùn)講義-資料下載頁
2025-07-29 15:33本頁面
【導(dǎo)讀】B.以下幾個(gè)方面的應(yīng)用是發(fā)展高性能電池的推動力。DVD/VCD和MP3播放機(jī)等。6．備用電源：公用事業(yè)的電話設(shè)備需要為其系統(tǒng)配備備用電源。LiMn2O4可以用作電池材料。二次電池的危險(xiǎn)性。電池的概念，用石墨代替金屬鋰作為負(fù)極。電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。這個(gè)轉(zhuǎn)化是直接通過電化學(xué)氧化和還原反應(yīng)來完成的。電子通過內(nèi)電路傳輸并可以用于做功?；倦姵貑卧M成包括：負(fù)電極、正電極、電解質(zhì)、隔膜、外殼。聚合物鋰電池用鋁復(fù)合膜。電子經(jīng)過外電路和充電機(jī)被輸送到負(fù)電極，與此同時(shí)，離子在負(fù)電極的晶體結(jié)構(gòu)中形成電池中性。因此，負(fù)電極中的鋰離子數(shù)量逐漸減少，而正電極中的鋰離子。但是，電解液中的鋰離子數(shù)量沒有改變。電解質(zhì)通常是液體，但也可以是固體或者膠體，離子導(dǎo)電材料。從鋰電池的結(jié)構(gòu)元件來看，活性成分是正極、負(fù)極和電解質(zhì)。陽極、陰極需選擇高理論
【正文】 ’ 是電池的直流電阻， Z” 是電池的交流阻抗。在電池行業(yè)中，電池的內(nèi)阻是指在 1KHz 交流頻率下所測量到的電池的直流電阻。但是，電池的交 流阻抗對電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)與缺陷的分析有十分重要的意義。因此，有必要對交流阻抗和電池內(nèi)阻所以下分析。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 鎳氫 0 200 400 600 800 20176。C 0176。C 25176。C 22 ③ 正負(fù)電極片的幾何面積，以及比表面積 ④ 金屬基片 (銅箔和鋁箔 ) ⑤ 電解液與正負(fù)電極片界面狀態(tài) ⑥ 溫度 ⑦ 充電狀態(tài) (電池的開路電壓 ) ⑧ 測量頻率高低 ⑨ 電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 各種不同規(guī)格電池典型的電池內(nèi)阻 電池容量 (mAh) 160 250 500 650 750 800 900 1KHz 電池內(nèi)阻 (mΩ ) 140 110 80 60 50 40 30 1化成 鋰電池被裝配完畢和離開生產(chǎn)線之后，必須經(jīng)過一道被稱作 ” 化成 ” 的工序之后才能出廠進(jìn)入市場銷售。化成二字是從英文單詞 Formation0 Z” Z’ R0 R1 R2 典型的電池復(fù)阻抗圖 1KHz 電 池內(nèi)阻 23 翻譯而來，其意思是化學(xué)形成保護(hù)膜。由于負(fù)電極的主要成分是石墨，其導(dǎo)電率非常高，盡管在正負(fù)電極之間有隔膜作絕緣體，但是，高導(dǎo)電性的石墨仍有可能穿透隔膜而造成正負(fù)電極短路。因此，在產(chǎn)品到達(dá)使用者手中之前，必須在石墨表面通過化學(xué)方法形成一層絕緣保護(hù)膜。這樣可以使電池 的安全性能大大提高。 六、鋰電池的安全性能 鋰電池的安全性能是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，因?yàn)殡姵卦谑褂玫倪^程中，往往與人體非常靠近。因此，鋰電池的任何事故都會對人體和財(cái)產(chǎn)造成不同程度的損害。在世界上目前普遍采用的安全標(biāo)準(zhǔn)有美國的UL(Underwriter Laboratories) 和 歐 洲 共 同 體 的 IEC(International Electronic Commission) 。各個(gè)手機(jī)廠家可能有參照上述國際標(biāo)準(zhǔn)而自行制定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。中國也有自己的國標(biāo)。因此，本公司生產(chǎn)的產(chǎn)品在安全性能的測試方面將要參照中國 國標(biāo)、 UL、 IEC 和產(chǎn)品使用廠家自行頒布的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，還有日本標(biāo)準(zhǔn) SBA(Japan Storage Battery Association) ，國際航空組織標(biāo)準(zhǔn) ICAO(International Civil Aviation Organization) 和美國運(yùn)輸部標(biāo)準(zhǔn) (Department of Transport) 。這些標(biāo)準(zhǔn)尚未普遍采用，因此只作參考。 不論以上四種安全測試標(biāo)準(zhǔn)如何變化，其內(nèi)容基本上可以概括為以下幾點(diǎn)： ① 過充、 ② 過放、 ③ 過熱、 ④ 短路、 ⑤ 針刺和 ⑥ 沖擊。 電池的安全性能主要來源于 材料的安全性能。鎳氫電池的正負(fù)電極具有承受過充電的能力，正電極在過充電時(shí)所產(chǎn)生的氧氣，會自動地被負(fù)電極吸收： 正電極 負(fù)電極 過充電 4OH 2H2O + O2 + 4e 2H2O + O2 + 4e 4OH 24 因此，鎳氫電池中沒有氧氣的積累，不會產(chǎn)生內(nèi)壓力。與鎳氫電池不同，鋰電池不具有承受過充電的能力，而且在充電末期 (接近 時(shí) ) 對任何過電壓都非常的敏感。在鋰電池三大元件中，正電極中活性材料所放出的能量最大，因此，正電極中活性材料的安全性最為引人注目。材料的安 全性能可以用 DSC(Differential Scanning Calorimeter)儀器進(jìn)行測試和評定。該儀器是對被測試材料從室溫逐步加熱到高溫 (例如 400176。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 。反應(yīng)溫度越低和放熱能量越大，該材料就越不安全。 四種常用正極材料的 DSC 數(shù)據(jù)曲線顯示如下： 四種常用正極材料的脫氧溫度和放熱能量 正極材料 LiNiO2 LiCoO2 LiNiCoO2 LiMn2O4 脫氧溫度 (176。C) 210 240 225 355 放熱能量 (J/g) 1100 650 780 150 鋰電池爆炸的可能機(jī)理：有許多可能的因素造成鋰電池爆炸，例如0102030405060708090100140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400Temp er ature (176。 C)Heat Flow (W/g)LiNiO2LiNi Co O2LiCoO2LiMn2O4Prec harged t o 4. 5VSc an rat e at 10176。 C/min 25 鋰電池內(nèi)部的短路或其他副反應(yīng)。但 是歸根結(jié)底，都是使溫度驟然升高，電解液在高溫和電化學(xué)催化條件下與正負(fù)電極發(fā)生氧化反應(yīng)，發(fā)生氣化和驟然膨脹，當(dāng) 內(nèi)壓超過 650psi 鋼殼的最高耐壓時(shí)，該電池即發(fā)生爆炸。從電池的結(jié)構(gòu)和元件來看，與一個(gè)炸彈相比較，負(fù)極石墨粉是引信，電解液 +正極材料是炸藥，鋼殼是彈片。 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。鋼殼鋰電池的內(nèi)部空隙只有 毫升，因此，電解液在發(fā)生氣化和驟然膨脹時(shí)所產(chǎn)生的能量將是巨大。 鋰電池正極材料的溫度寬容度與該材料的過充電寬容度相聯(lián)系。以下數(shù)據(jù)圖表示了這種關(guān)系： 26 100110120130140150160170180190200210220 電池電壓 (V)電池溫度(C) LiCoO2 LiMn2O4
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