鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中
，Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處於富鋰狀態；放電時則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現代高性能電池的代表。

 

鋰離子電池的工作原理

 

鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)以(yi)碳(tan)素(su)材(cai)料(liao)為(wei)負(fu)極(ji)，以(yi)含(han)鋰(li)的(de)化(hua)合(he)物(wu)作(zuo)正(zheng)極(ji)，沒(mei)有(you)金(jin)屬(shu)鋰(li)存(cun)在(zai)
，隻(zhi)有(you)鋰(li)離(li)子(zi)，這(zhe)就(jiu)是(shi)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)。鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)是(shi)指(zhi)以(yi)鋰(li)離(li)子(zi)嵌(qian)入(ru)化(hua)合(he)物(wu)為(wei)正(zheng)極(ji)材(cai)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)總(zong)稱(cheng)。鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)過(guo)程(cheng)，就(jiu)是(shi)鋰(li)離(li)子(zi)的(de)嵌(qian)入(ru)和(he)脫(tuo)嵌(qian)過(guo)程(cheng)。在(zai)鋰(li)離(li)子(zi)的(de)嵌(qian)入(ru)和(he)脫(tuo)嵌(qian)過(guo)程(cheng)中(zhong)，同(tong)時(shi)伴(ban)隨(sui)著(zhe)與(yu)鋰(li)離(li)子(zi)等(deng)當(dang)量(liang)電(dian)子(zi)的(de)嵌(qian)入(ru)和(he)脫(tuo)嵌(qian)（習慣上正極用嵌入或脫嵌表示
，而負極用插入或脫插表示）。在充放電過程中
，鋰離子在正
、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。

 

 

當(dang)對(dui)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)時(shi)，電(dian)池(chi)的(de)正(zheng)極(ji)上(shang)有(you)鋰(li)離(li)子(zi)生(sheng)成(cheng)，生(sheng)成(cheng)的(de)鋰(li)離(li)子(zi)經(jing)過(guo)電(dian)解(jie)液(ye)運(yun)動(dong)到(dao)負(fu)極(ji)。而(er)作(zuo)為(wei)負(fu)極(ji)的(de)碳(tan)呈(cheng)層(ceng)狀(zhuang)結(jie)構(gou)，它(ta)有(you)很(hen)多(duo)微(wei)孔(kong)，達(da)到(dao)負(fu)極(ji)的(de)鋰(li)離(li)子(zi)就(jiu)嵌(qian)入(ru)到(dao)碳(tan)層(ceng)的(de)微(wei)孔(kong)中(zhong)，嵌(qian)入(ru)的(de)鋰(li)離(li)子(zi)越(yue)多(duo)，充(chong)電(dian)容(rong)量(liang)越(yue)高(gao)。同(tong)樣(yang)
，當(dang)對(dui)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)放(fang)電(dian)時(shi)（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多
，放電容量越高。

 

一般鋰電池充電電流設定在0.2C至1C之zhi間jian，電dian流liu越yue大da，充chong電dian越yue快kuai

，同tong時shi電dian池chi發fa熱re也ye越yue大da。而er且qie
，過guo大da的de電dian流liu充chong電dian

，容rong量liang不bu夠gou滿man
，因yin為wei電dian池chi內nei部bu的de電dian化hua學xue反fan應ying需xu要yao時shi間jian。就jiu跟gen倒dao啤pi酒jiu一yi樣yang，倒dao太tai快kuai的de話hua會hui產chan生sheng泡pao沫mo，反fan而er不bu滿man。

 

對電池來說
，正常使用就是放電的過程。

 

鋰電池放電需要注意幾點：

 

第di一yi
，放fang電dian電dian流liu不bu能neng過guo大da，過guo大da的de電dian流liu導dao致zhi電dian池chi內nei部bu發fa熱re，有you可ke能neng會hui造zao成cheng永yong久jiu性xing的de損sun害hai。在zai手shou機ji上shang，這zhe個ge倒dao是shi沒mei有you問wen題ti的de，可ke以yi不bu考kao慮lv。

 

第二，絕對不能過放電！鋰電池最怕過放電，一旦放電電壓低於2.7V，將jiang可ke能neng導dao致zhi電dian池chi報bao廢fei。好hao在zai手shou機ji電dian池chi內nei部bu都dou已yi經jing裝zhuang了le保bao護hu電dian路lu，電dian壓ya還hai沒mei低di到dao損sun壞huai電dian池chi的de程cheng度du
，保bao護hu電dian路lu就jiu會hui起qi作zuo用yong，停ting止zhi放fang電dian。從cong圖tu上shang可ke以yi看kan出chu，電dian池chi放fang電dian電dian流liu越yue大da，放fang電dian容rong量liang越yue小xiao，電dian壓ya下xia降jiang更geng快kuai。

 

鋰離子電池結構

 

 

 

正極：活性物質，導電劑
、溶劑、粘合劑、基體。

 

 

電池放電時從外電路獲得電子的電極,此時電極發生還原反應。通常是電位高的電極。鋰離子電池中的鈷酸鋰、錳酸鋰電極等。

 

負極：活性物質（石墨、MCMB、CMS)，粘合劑、溶劑
、基體。

 

 

電池放電時向外電路輸送電子的電極
，此時電極發生氧化反應。通常是電位低的電極，鋰離子電池中石墨電極。

 

隔膜

 

隔(ge)膜(mo)是(shi)放(fang)置(zhi)於(yu)兩(liang)極(ji)之(zhi)間(jian)，作(zuo)為(wei)隔(ge)離(li)電(dian)極(ji)的(de)裝(zhuang)置(zhi)
，藉(ji)以(yi)避(bi)免(mian)兩(liang)極(ji)上(shang)的(de)活(huo)性(xing)物(wu)質(zhi)直(zhi)接(jie)接(jie)觸(chu)而(er)造(zao)成(cheng)電(dian)池(chi)內(nei)部(bu)的(de)短(duan)路(lu)。但(dan)隔(ge)膜(mo)仍(reng)需(xu)能(neng)讓(rang)帶(dai)電(dian)離(li)子(zi)通(tong)過(guo)
，以(yi)形(xing)成(cheng)通(tong)路(lu)。

 

 

隔膜要求：

 

1、離子透過度大

2、機械性強度適當

3
、本身為絕緣體

4、不與電解液及電極發生反應

 

材質：單層PE（聚乙烯）或者三層複合PP（聚丙烯） +PE+PP

 

厚度：單層一般為0.016～0.020mm，三層一般為0.020～0.025mm

 

電解液

 

外殼五金件（鋼殼
、鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片、絕緣膠帶）

 

鋰離子電池電芯原材料

 

正極材料

 

正極材料在鋰電池中市場容量最大、附加值較高，大約占鋰電池成本30%，毛利率低則15%
，高則70%以上。

 

目前已批量應用於鋰電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰
、鎳酸鋰、鈷鎳錳酸鋰以及磷酸鐵鋰。

 

鎳酸鋰電池安全性最差（過充易起火），高溫耐受度最低（高溫分解）
，合成難度最高。

 

鈷酸鋰最早實現商業化應用
，技術發展至今已經很成熟，並已廣泛應用在小型低功率的便攜式電子產品上，如手機、筆記本電腦和數碼電子產品等。

 

磷酸鐵鋰作為鋰離子電池用正極材料具有良好的電化學性能，充放電平台十分平穩，充放電過程中結構穩定。同時，該材料無毒、無汙染、安全性能好
、可在高溫環境下使用、原材料來源廣泛等優點
，是目前電池界競相開發研究的熱點。

 

 

負極材料

 

負極材料占鋰電成本比例較低，主要有碳負極材料和非碳負極材料。

 

碳負極材料：被目前商品鋰離子電池廣泛采用。

 

優點：安全
、循環壽命較長，價格低廉、無毒。

 

缺點：質量比能量比較低。

 

非碳負極材料：按組成分為鋰過渡金屬氮化物、過渡金屬氧化物和納米合金材料。

 

優點：有很高的體積能量密度。

 

缺點：循環穩定性差，不可逆容量較大，製備成本較高，尚未產業化。

 

負極材料未來以提高容量和循環穩定性為目標，將碳材料與各種高容量非碳負極材料複合以開發高容量、非碳複合負極材料。

 

隔膜材料

 

市場化的隔膜材料主要是以聚乙烯（polyethylene
，PE）
、聚丙烯（polypropylene，PP）為主的聚烯烴（Polyolefin）類隔膜，其中PE 產品主要由濕法工藝製得
，PP 產品主要由幹法工藝製得。

 

 

PE產品與PP產品的特征比較：

 

1、PP 相對更耐高溫，PE 相對耐低溫
；

2、PP 密度比PE 小；

3、PP 熔點和閉孔溫度比PE高；

4、PP 製品比PE 脆；

5
、PE 對環境應力更敏感。

 

主要的隔膜材料產品有單層PP、單層PE、PP+陶瓷塗覆
、PE+陶瓷塗覆、雙層PP/PE
、雙層PP/PP 和三層PP/PE/PP 等，其中前兩類產品主要用於3C 小電池領域，後幾類產品主要用於動力鋰電池領域。

 

在動力鋰電池用隔膜材料產品中，雙層PP/PP 隔膜材料主要由中國企業生產，在中國大陸使用，這主要是因為目前階段還沒有中國企業能將PP 與PE 製成雙層複合膜的技術和能力。而全球汽車動力鋰電池使用的隔膜以三層PP/PE/PP
、雙層PP/PE以及PP+陶瓷塗覆、PE+taocitufudenggemocailiaochanpinweizhu。yucitongshi，qitayixiexinxinggemocailiaochanpinyezaibuduanyongxianbingkaishishixianyingyong，buguo，yinliangshaojiagao
，zhuyaohaishiyongzaidonglilidianchizhizaolingyu。zhexiechanpinzhuyaoyou：塗層處理的聚酯膜（PET
，Polyethylene Terephthalate）、纖維素膜
、聚酰亞胺膜（PI）、聚酰胺膜（PA），氨綸或芳綸膜等等。這些隔膜的優點是耐高溫
，且具有低溫輸出、充電循環壽命長、機械強度適中的特點。總的來看
，鋰電池隔膜材料產品呈現出明顯的多樣化發展趨勢。

 

電解液

 

鋰離子電池電解液材料重點在於高安全性
、高環境適應性，主要發展將集中在：新型溶劑（工作溫度範圍拓寬）、離子液體、新型鋰鹽（提高環境適應性）、添加劑（阻燃、氧化還原穿梭、保護正負極成膜等）等方麵，與新型正、負極材料相匹配，提高安全性、功率和容量

，最終安全方便地應用於電動車、儲能、航天以及更廣泛的領域。

 

鋰離子電池的製造工藝流程

 

 

鋰離子電池生產用的主要設備

 

真空行星攪拌機

 

 

用途：將各種電池材料均勻的攪拌成漿狀。

 

電極塗布機

 

用途：攪拌後的漿料均勻塗膜在金屬箔片 上。對漿料的塗布厚度精確到3微米以下。

 

 

輥壓機

 

 

用途：塗布後的極片進一步壓實，提高電池的能量密度。

 

極片分切設備

 

 

超聲焊接導電柄設備

 

 

卷繞機

 

 

用途：將製造好的極片卷繞成電池

 

手套箱

 

用途：保證在低濕度環境下將電解液與卷芯封裝在一起

 

 

注液機

 

用途：保證高精度的流水化將電解液真空注入電池包裝材料內

 

 

化成測試設備

 

用途：將做好的電池充電活化
，產生電壓，同時測試電池的容量。

 

本文轉載自傳感器技術。
 

 

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