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火狐直播:锂离子电池概述、材料、工作原理及应用分析
来源:火狐app下载 作者:火狐体育在线 更新于:2023-11-15 10:57:46 阅读: 74

  在较高放电率下(1.0 C以上),虽然放电 电压会降低,但 截止到2.5V终止电 压时的放电容量却 降低很少。

  电池充电结束后,将电池放入 60±2 ℃ 的高温箱 中恒温 2h ,然后以 1C5A 电流恒流放电至 2.75V 。放 电时间不小于 54 分钟。后将电池取出在环境和温度 20±5 ℃ 的条件下搁置 2h, 电池外观无变形、无爆裂。

  按标准充满电后 完全放电态的电池 按标准充满电,放 1 小时后 按标准充满电后

  1 锂离子二次电池的概况 2 锂离子电池的原理和特性 3 锂离子电池应用与发展前途 4 锂离子电池材料

  锂是金属中最轻的元素,且标准电极电位为-3.045 V,是金 属元素中电位最负的一个元素。且锂离子可以在TiS2和 MoS2等嵌入化合物中嵌入或脱嵌。 锂离子电池:分别用二个 能可逆地嵌入与脱嵌锂离 子的化合物作为正负极构 成的二次电池。人们将这 种靠锂离子在正负极之间 的转移来完成电池充放电 工作的独特机理的锂离子 电池形象地称为“摇椅式 电池”,俗称“锂电”。

  当没电的电池插在这种充电器上 时,充电器即以最大的电流为电池 充电。如果在锂离子电池最虚弱的 低压时(低于2.5V)就以大电流冲 击,将会严重损害电池的寿命。 另外,这类的充电器均为直接 市电220V接入,转换为5V的低压 直流。因为转换效率低下,会产生 大量的热。热量直接叠加在了电池 上,使电池温度过高,这对电池有 很大损害。

  标准充电:在环境和温度 20±5 ℃ 的条件下,以 0.5C5A 恒 流充电,当电池端电压达到充电限制电压 4.20V 时,改为 恒压充电,直到充电电流小于 10mA ,停止充电。

  快速充电:在环境和温度 20±5 ℃ 的条件下,以 1C5A 恒流 充电,当电池端电压达到充电限制电压 4.2V 时,改为恒压 充电,直到充电电流小于 10mA ,停止充电。

  相同点:液态锂离子电池和聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂 离子都是相同的,电池的工作原理也基本一致。一般正极使用LiCoO2,负 极使用各种碳材料如石墨,同时使用铝、铜做集流体。 区别:主要不同之处在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚 合物锂离子电池则以聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态”的,也 可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。

  石油枯竭:现在已经探明的大概为1万1500亿 桶。 据美国能源部门估计,今后20年内,世界石 油还能供求平衡,但20年后就要面临缺油的 局面。

  汽车尾气排放的主要污染物为一氧化碳 (CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物 ( NOx )、铅(Pb )等。

  1、高单位体积内的包含的能量: 100 Wh/Kg以上,为镍镉电池的三倍,镍氢电池的两倍; 2、电压平台高:3.6 V,镍基电池为1.2 V; 3、低温下工作优:在-20~60℃的温度范围内工作,低温下的工作优于其它电 池; 4、低维护性:没有记忆效应,无需定期放电,最理想的保存方式,就是在 40%充电后冷藏保存,可以保存达十年之久 ;

  恒压充电阶段 当电池电压达到4.2V时,达到了 电池承受电压的极限。这时应以 4.2V的电压恒压充电。这时充电 电流逐渐降低。当充电电流小于 30mA时,电池即充满了。这时 要停止充电。否则,电池因过充 而降低寿命。恒压充电阶段要求 电压控制精度为1%。依国家标 准,锂离子电池要能在1C的充电 电流下,能循环充放电500次 以上。依一般的电池使用三天一 充。这样电池的寿命应在4年。

  电池充电结束后,将电池放入 -10±2 ℃ 的低温箱中 恒温 2h 后,以 0.5C5A 电流恒流放电至终止电压 2.75V 。 放电时间不小于 1.8h 。后将电池取出在环境和温度 20±5 ℃ 的条件下搁置 2h ,电池外观无变形、无爆裂。

  以LiCoO2体系的锂离子二次电池为例说 明其工作原理。一般,锂离子二次电池 是由正极、电解液、隔膜以及负极构成。 充电时,正极中的锂离子从LiCoO2层状 结构中脱出,Co元素的化合价由+Ⅲ升 高到+Ⅳ,正极材料发生氧化反应,同 时锂离子经过电解液迁移到电池的负极, 在负极碳材料的层状结构内和碳化合生 成LiCX。电池在接上负载时,则两电极 上所发生的反应分别为充电时发生反应 的逆反应。隔膜位于正负反应电极之间, 隔膜可以透过离子,但却不允许电子透 过,同时当电池正负极发生某些特定的程度的 微短路时,隔膜还起到阻断保护作用。

  预充电阶段 预充电阶段是在电池电 压低于3V时,电池不 能承受大电流的充电。 这时有必要以小电流对 电池进行浮充。

  恒流充电阶段 当电池电压达到3V时, 电池能承受大电流 的充电了。这时应以 恒定的大电流充电。 以使锂离子快速均匀 转移,这个电流值越 大,对电池的充满及 寿命越有利。

  利用恒定电流持续给电芯充电,设定固定电压上限。电芯内部在负极上产生锂离子枝 晶,刺穿隔膜是通过该试验最大的威胁。

  在环境温度 20±5 ℃ 的条件 下,以 1C5A 恒流充电,当 电池端电压达到充电限制电 压时,改为恒压充电,直到 充电电流为 10±5mA ,停止 充电;搁置 0.5h - 1h ,然 后以 1C5A 电流恒流放电至 终止电压 2.75V ,搁置 0.5h~1h ,再进行下一个充放 电循环。直至连续两次放电 容量小于 80% 的 1C5A 放电 容量,认为寿命终止,循环 寿命不小于 300 次。

  Iconst:恒流充电电流; Ipre:预充电电流; Ifull:充满判断电流; Vconst:恒压充电电压; Vmin:预充结束电压及短 路判断电压

  一般认为,锂离子电池起火爆炸是由于其内部化学原理和成分导致的。由于人 们想在单位密度中储存更多的能量,这就导致了锂离子电池中碳、氧和易燃液体的 含量持续不断的增加。与此同时除了正极、负极以及隔离膜之外,锂离子电池里面还充满 了一种非常易燃的液体—锂盐类电解质。电池充电时,负极的锂离子向正极移动, 电池在使用的过程中,锂离子又回到负极以提供能量。在充完电的状态下,失去大部 分离子的负极非常不稳定。这个温度足以使负极分解和释放氧。随着热量积蓄,电 池将会进入“热失控”状态。此时电池里面的温度将会极快地升高,最后到达电解 液的燃点而起火爆炸。在最近导致众多大厂笔记本电脑过热和起火的SONY锂电池 中,正是因为在电池制作的完整过程中混入了过多的金属颗粒,容易在电池使用的过程中发 生短路、产生火花。才导致了这些锂离子电池的不稳定。

  锂离子电池的工作原理 锂离子电池的额定电压为3.6V。电池充满时的电压(称 为终止充电电压)一般为4.2V;锂离子电池终止放电电压 为2.5V。如果锂离子电池在使用的过程中电压已降到2.5V后 还接着使用,则称为过放电,对电池有损害。 锂离子电池比较骄贵。如果不满足其充电及使用上的要求, 很容易出现爆炸,寿命下降等现象。因为锂离子电池对温 度、过压、过流及过放电很敏感,所以所有的电池里面均 集成了热敏电阻(监控充电温度)及防过压、过流、过放 电保护电路。

  6、长循环寿命(>1000次,100%DOD); 7、环保:无重金属,无污染。

  1、安全性能问题:需复杂的保护线、易于老化:存储的锂离子电池照样会容量衰竭;

  电子技术的发展,对高比能量的移动电源需求量加 剧。锂离子电池是一种理想的可移动电源,具有体积小, 重量轻,放电电压高,比能量大等优点。自从1990年 SONY公司推出世界上第一只锂离子电池,到2001年为 止,整个市场每年约4亿只该类电池用于纯消费类电子产 品。便携式摄像机、移动电线%以上使 用锂离子二次电池作为主要电源。

  锂离子电池的种类 由于聚合物锂离子电池使用了胶体电解质不会象液体 电液泄露,所以装配很容易,使得整体电池很轻、很薄。 也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题,因此能用 铝塑复合薄膜制造电池外壳,从而能够提高整个电池的比 容量;聚合物锂离子电池还能够使用高分子作正极材料, 其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50%以上。 此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方 面都比液态锂离子电池有所提高。基于以上优点,聚合物 锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。

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