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锂离子电池原理及工艺流程

2018-4-22 08:00| 发布者: dymodel| 查看: 94| 评论: 0|原作者: baby

摘要: 一、 原理  1.0 正极构造  LiCoO2(钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔) 正极  2.0 负极构造  石墨+导电剂(乙炔黑)+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体(铜箔) 负极  3.0工作原理  3.1 充 ...
一、    原理
  1.0 正极构造
  LiCoO2(钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔)                      正极
  2.0 负极构造
  石墨+导电剂(乙炔黑)+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体(铜箔)                           负极
  3.0工作原理
  3.1 充电过程
  如上图一个电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达负极,与早就跑过来的电子结合在一起。
  正极上发生的反应为
  LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)
  负极上发生的反应为
  6C+XLi++Xe=====LixC6
  3.2 电池放电过程
  放电有恒流放电和恒阻放电,恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可变电阻,恒阻放电的实质都是在电池正负极加一个电阻让电子通过。由此可知,只要负极上的电子不能从负极跑到正极,电池就不会放电。电子和Li+都是同时行动的,方向相同但路不同,放电时,电子从负极经过电子导体跑到正极,锂离子Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。
  二、电池不良项目及成因:
  1.容量低
  产生原因:
  a. 附料量偏少; b. 极片两面附料量相差较大; c. 极片断裂;
  d. 电解液少; e. 电解液电导率低; f. 正极与负极配片未配好;
  g. 隔膜孔隙率小; h. 胶粘剂老化→附料脱落; i.卷芯超厚(未烘干或电解液未渗透)
  j. 分容时未充满电; k. 正负极材料比容量小。
  2.内阻高
  产生原因:
  a. 负极片与极耳虚焊; b. 正极片与极耳虚焊; c. 正极耳与盖帽虚焊;
  d. 负极耳与壳虚焊; e. 铆钉与压板接触内阻大; f. 正极未加导电剂;
  g. 电解液没有锂盐; h. 电池曾经发生短路; i. 隔膜纸孔隙率小。
  3.电压低
  产生原因:
  a. 副反应(电解液分解;正极有杂质;有水); b. 未化成好(SEI膜未形成安全);
  c. 客户的线路板漏电(指客户加工后送回的电芯); d. 客户未按要求点焊(客户加工后的电芯);
  e. 毛刺; f. 微短路; g. 负极产生枝晶。
  4.超厚
  产生超厚的原因有以下几点:
  a. 焊缝漏气; b. 电解液分解; c. 未烘干水分;
  d. 盖帽密封性差; e. 壳壁太厚; f. 壳太厚;
  g. 卷芯太厚(附料太多;极片未压实;隔膜太厚)。
  5.成因有以下几点
  a. 未化成好(SEI膜不完整、致密); b. 烘烤温度过高→粘合剂老化→脱料; c. 负极比容量低;
  d. 正极附料多而负极附料少; e. 盖帽漏气,焊缝漏气; f. 电解液分解,电导率降低。 
  6.爆炸
  a. 分容柜有故障(造成过充); b. 隔膜闭合效应差; c. 内部短路
  7.短路
  a. 料尘; b. 装壳时装破; c. 尺刮(小隔膜纸太小或未垫好);
  d. 卷绕不齐; e. 没包好; f. 隔膜有洞; g. 毛刺
  8.断路 
  a) 极耳与铆钉未焊好,或者有效焊点面积小;
  b) 连接片断裂(连接片太短或与极片点焊时焊得太靠下) 
化学电源的组成 化学电源在实现能量的转换过程中,必须具有两个必要的条件: 
  一.    组成化学电源的两个电极上进行的氧化还原过程,必须分别在两个分开的区域进行,这一点区别于一般的氧化还原反应。 
  二.    两电极的活性物质进行氧化还原反应时所需电子必须由外线路传递,这一点区别于金属腐蚀过程的微电池反应。
  为了满足以上的条件,任何一种化学电源均由以下四部分组成:
  1、    电极电池的核心部分,它是由活性物质和导电骨架所组成。活性物质是指正、负极中参加成流反应的物质,是化学电源产生电能的源泉,是决定化学电源基本特性的重要部分。对活性物质的要求是:
  1)    组成电池的电动势高;
  2)    电化学活性高,即自发进行反应的能力强;
  3)    重量比容量和体积比容量大;
  4)    在电解液中的化学稳定性高;
  5)    具有高的电子导电性;
  6)    资源丰富,价格便宜。
  2、    电解质电池的主要组成之一,在电池内部担负着传递正负极之间电荷的作用,所以势一些具有高离子导电性的物质。对电解质的要求是:
  1)    稳定性强,因为电解质长期保存在电池内部,所以必须具有稳定的化学性质,使储藏期间电解质与活性物质界面的电化学反应速率小,从而使电池的自放电容量损失减小;
  2)    比电导高,溶液的欧姆压降小,使电池的放电特性得以改善。对于固体电解质,则要求它只具有离子导电性,而不具有电子导电性。 
  3、    隔膜也叫隔离物。置于电池两极之间。隔膜的形状有薄膜、板材、棒材等。其作用是防止正负极活性物质直接接触,造成电池内部短路。对于隔膜的要求是:
  1)    在电解液中具有良好的化学稳定性和一定的机械强度,并能承受电极活性物质的氧化还原作用;
  2)    离子通过隔膜的能力要大,也就是说隔膜对电解质离子运动的阻力要小。这样,电池内阻就相应减小,电池在大电流放电时的能量损耗减小;
  3)    应是电子的良好绝缘体,并能阻挡从电极上脱落活性物质微粒和枝晶的生长;
  4)    材料来源丰富,价格低廉。常用的隔膜材料有棉纸、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维、水化纤维素、接枝膜、尼龙、石棉等。可根据化学电源不同系列的要求而选取。

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