文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 锂离子电池的三大特性分析

锂离子电池的三大特性分析

锂离子电池的三大特性分析

时间:2014-11-12 11:12:47来源:本站原创浏览次数:9697

一、电池的容量特性

容量测试得到电池在不同倍率下的放电电压与容量关系曲线如图3所示。

图3 不同倍率下的放电电压与容量的关系曲线

从图中可以看出,在整个放电过程中锂离子电池的电压曲线可以分为3个阶段:1)电池在初始阶段端电压快速下降,放电倍率越大,电压下降的越快;

2)电池电压进入一个缓慢变化的阶段,这段时间称为电池的平台区,放电倍率越小,平台区持续的时间越长,平台电压越高,电压下降越缓慢。在锂离子电池的实际使用过程中,尽可能希望电池工作在平台区;

3)在电池电量接近放完时,电池负载电压开始急剧下降直至达到放电截止电压。从容量测试的结果中,同时还可以得到放电电流与容量的曲线关系,如图4所示。

图4 不同放电电流与容量的关系曲线

从图中可以看出,电池放电电流的大小,会直接影响到电池的实际容量。放电电流越大,电池容量相应减小,这表明放电电流越大,到达终止电压经历的时间越短。所以谈到电池容量时,应指明其放电电流(放电倍率)。

二、电池开路电压特性

开路电压测试[6]得到锂离子电池开路电压与电池SOC的关系曲线如图5所示。

图5 电池充电与放电时的OCV-SOC曲线

从图中可以看出,电池的OCV-SOC曲线与电池放电电压曲线趋势基本相同。在SOC的中间区间(20%<SOC<80%)内,电池的OCV变化极小,电池处于平台区;而在SOC的两端区间(SOC<10%和SOC>90%),OCV 的变化率较大,整个磷酸铁锂电池的OCV-SOC曲线呈现中间区域平坦,头尾两端陡峭的样子,开路电压法即是利用这一稳定的对应关系进行SOC估计。

锂离子电池OCV-SOC关系曲线受温度、放电倍率、老化程度因素影响较小[7],但在充放电2种状态下,两条特性曲线之间会存在一定差异。

三、电池内阻特性

图6表示磷酸铁锂电池在充电和放电时的欧姆内阻。

图6 电池内阻变化曲线

磷酸铁锂电池的欧姆内阻曲线呈现以下的特点:在图6中较宽广的SOC围内,即SOC=[10%,100%]的区间内,电池的欧姆内阻变化很小,而在较低的SOC区间内,随SOC的降低欧姆内阻出现较大幅度的增长,这是因为电池放电末期,电池内部化学物质活性降低;在整个SOC范围内,充电欧姆内阻总体大于放电欧姆内阻,这是因为锂离子电池放电属于自发反应,较容易;充电是由外部电源作用,使锂离子嵌入负极,较困难。需要说明的是,电池的内阻变化非常复杂,受温度、放电深度、充放电倍率、循环次数等因素影响。同一类型的不同电池单体,还与电池出厂不一致性和工作环境的不同相关。

混合动力汽车用锂离子电池的研究

作者简介: 余章华(1968-),男,湖北人,武汉大学化学与分子科学学院博士生,研究方向:电化学; 汪 莉(1978-),女,湖北人,武汉力兴电源股份有限公司工程师,研究方向:化学电源; 周运鸿(1940-),男,湖北人,武汉大学化学与分子科学学院教授,博士生导师,研究方向:电化学。?科研论文? 混合动力汽车用锂离子电池的研究 余章华1,2,汪 莉2,周运鸿1 (11武汉大学化学与分子科学学院,湖北武汉 430072; 21武汉力兴电源股份有限公司,湖北武汉 430074) 摘要:混合动力汽车电池主要特点之一是能以15C 以上的大电流放电。用扣式电池测试极片厚度、材料粒度和导电剂含量对电池放电倍率的影响;运用优化的实验参数,做成8Ah 动力电池,并测试电池性能;对8Ah 电池的功率特性进行了讨论。关键词:锂离子电池; 混合动力汽车; 高倍率 中图分类号:TM91219 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2005)04-0248-02 Study on Li 2ion battery for HEV YU Zhang 2hua 1,2,WAN G Li 2,ZHOU Yun 2hong 1 (11College of Chemist ry and Molecular Sciences ,W uhan U niversity ,W uhan ,Hubei 430072,China ; 21W uhan L ixing Power Sources Co 1,L td 1,W uhan ,Hubei 430074,China ) Abstract :HEV battery should be discharged at above 15C high current 1The effects of the thickness of the electrode ,the parti 2 cle sizes of the materials and the amount of the conductive carbon on the dischar ge rate were studied with the coin cell 1The 8Ah power battery was manufactured with optimized experimental parameters 1The performance of the battery was tested 1The power characteristic of the 8Ah power battery was discussed 1 K ey w ords :Li 2ion battery ; hybrid electric vehicles (HEV ); high rate 混合动力汽车主要动力源是内燃机,在启动加速和爬坡时用电池辅助,减速时通过电池回收能量,从而可以使内燃机始终在其最佳负载下工作,因此可以提高燃油的燃烧效率,同时降低油耗和减少污染气体的排放。这样,对电池的容量要求大幅度降低,但功率要求却相应提高[1]。 一般锂离子电池的最大放电倍率为3~5C ,而目前要将放电倍率提高到15C 以上,难免会有发热的问题。为了研究方便,本文作者首先采用扣式电池来研究配方和工艺对大幅减少电池发热的影响,待各方面条件优化后,再测试8Ah 电池。 1 实验 将LiCoO 2、碳黑、PVDF 按质量比93∶3∶4均匀混合,根据不同的涂覆量涂在厚度为0102mm 的铝箔上,正、反面涂覆厚度相同。将负极材料石墨、SBR (丁苯橡胶)、CMC 按质量比95∶3∶ 2混合均匀,涂覆在厚度为0102mm 的铜箔上,正、反面涂覆厚 度相同。将涂好的正、负极片放在真空干燥箱内120℃干燥8 h 。将正、负极片以卷绕方式组装成L IR2430扣式电池,注液后 封口。单体8Ah 电池壳为方形不锈钢,正、负极片按叠片方式装配。采用程控测试仪(武汉产)进行测试,环境温度为20~25℃。2 结果与讨论 211 极片厚度、导电剂和粒径的影响 将用不同厚度的极片做成的扣式电池,用20C 电流进行放电,放电曲线如图1a 。由图1a 看出:以20C 放电时,正极厚度为0106mm 的电池可放出额定容量(25mAh )的76%;正极厚度为0112mm 的电池可放出额定容量的6%;而正极厚度为0116mm 的电池基本放不出电。由此可知:极片的厚度对电池在大倍率放电时的容量有很大影响。减小极片厚度,可改善电池高倍率放电的性能。 在正极中加入不同量的导电剂(石墨)后,做成电池进行放电,放电曲线如图1b 。由此可知:在正极粉中加大导电剂的量,对大电流放电影响不大。 用不同粒径的正极材料按相同的配方和极片厚度做成扣式电池,进行放电,其放电曲线如图1c 。由图1c 可以看出:正极材料LiCoO 2的粒径为11μm 和6μm 时,电池放电容量基本相同。6μm 的放电平台稍高。212 8Ah 电池的性能 选择粒径为6μm 的LiCoO 2,导电剂含量为3%,做成厚度为0106mm 的正极片;负极采用人造石墨,电极厚度也为0106mm ,用叠片方法做成8Ah 的电池;分别用715C 和15C 倍率放电,放电结果如图2a 。电池表面温度变化如图2b 。 第35卷 第4期2005年 8月电 池 BA TTER Y BIMON THL Y Vol 135,No 14 Aug 1,2005

锂离子特性标准

锂离子电池特性 锂是化学周期表上直径最小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高,广受消费者与工程师欢迎。但是,化学特性太活泼,则带来了极高的危险性。锂金属暴露在空气中时,会与氧气产生激烈的氧化反应而爆炸。为了提升安全性及电压,科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构,形成了奈米等级的细小储存格子,可用来储存锂原子。这样一来,即使是电池外壳破裂,氧气进入,也会因氧分子太大,进不了这些细小的储存格,使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。锂离子电池的这种原理,使得人们在获得它高容量密度的同时,也达到安全的目的。 锂离子电池充电时,正极的锂原子会丧失电子,氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去,进入负极的储存格,并获得一个电子,还原为锂原子。放电时,整个程序倒过来。为了防止电池的正负极直接碰触而短路,电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸,来防止短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时,自动关闭细孔,让锂离子无法穿越,以自废武功,防止危险发生。 保护措施 锂电池芯过充到电压高于4.2V后,会开始产生副作用。过充电压愈高,危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后,正极材料内剩下的锂原子数量不到一半,此时储存格常会垮掉,让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电,由于负极的储存格已经装满了锂原子,后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜 纸,使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸,这是因为在过充过程,电解液等材料会裂解产生气体,使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂,让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应,进而爆炸。因此,锂电池充电时,一定要设定电压上限,才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。 锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时,部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电,放愈久电压会愈低,因此,放电时最好不要放到2.4V才停止。锂电池从3.0V放电到2.4V这段期间,所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此,3.0V是一个理想的放电截止电压。 充放电时,除了电压的限制,电流的限制也有其必要。电流过大时,锂离子来不及进入储存格,会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后,会在材料表面产生锂原子结晶,这与过充一样,会造成危险性。万一电池外壳破裂,就会爆炸。 因此,对锂离子电池的保护,至少要包含:充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电池组内,除了锂电池芯外,都会有一片保护板,这片保护板主要就是提供这三项保护。但是,保护板的这三项保护显然是不够的,全球锂电池爆炸事件还是频传。要确保电池系统的安全性,必须对电池爆炸的原因,进行更仔细的分析。 爆炸类型分析 电池芯爆炸的类形可归纳为外部短路、内部短路、及过充三种。此处的外部系指电芯的外部,包含了电池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。 当电芯外部发生短路,电子组件又未能切断回路时,电芯内部会产生高热,造成部分电解液汽化,将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135摄氏度时,质量好的隔膜纸,会将细孔关闭,电化学反应终止或近乎终止,电流骤降,温度也慢慢下降,进而避免了爆炸发生。但是,细孔关闭率太差,或是细孔根本不会关闭的隔膜纸,会让电池温度继续升高,更多的电解液汽化,最后将电池外壳撑破,甚至将电池温度提高到使材料燃烧并爆炸。

锂电池特点和结构介绍

东莞市钜大电子有限公司 锂电池特点和结构介绍 笔者:I_know_i_ask 锂离子电池的介绍 (2) 锂电池的特点 (2) 锂电池的内部结构 (3) 锂电池的充放电要求 (4) 锂电池的保护电路 (5) 简易充电电路 (6) 单节锂电池的应用举例 (7)

紧随社会的进步,数码产品的普遍,锂电池也逐步被人们所重视广泛应用于数码产品和高端的仪器产品中作为重要的电能供能源;认识锂电池也不可少,笔者归纳了一下几点与大家共分享 锂离子电池的介绍 锂电池的特点 1、具有更高的重量能量比、体积能量比; 2、电压高,单节锂电池电压为3.6V,等于3只镍镉或镍氢充电电 池的串联电压; 3、自放电小可长时间存放,这是该电池最突出的优越性;

4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应,所以锂电池充电前无需放电; 5、寿命长。正常工作条件下,锂电池充/放电循环次数远大于500次; 6、可以快速充电。锂电池通常可以采用0.5~1倍容量的电流充电,使充电时间缩短至1~2小时; 7、可以随意并联使用; 8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素,对环境无污染,是当代最先进的绿色电池; 9、成本高。与其它可充电池相比,锂电池价格较贵。 锂电池的内部结构 锂电池通常有两种外型:圆柱型和长方型。 电池内部采用螺旋绕制结构,用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件,以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。 单节锂电池的电压为3.6V,容量也不可能无限大,因此,常常将单节锂电池进行串、并联处理,以满足不同场合的要求。

锂离子电池研究进展

华东理工大学2013—2014学年第1学期 《新能源与新材料》课程论文 2013.11 班级___复材101__ 学号__10103638__ 姓名____温乐斐_____ 开课学院材料学院任课教师张衍成绩__________

锂离子电池研究进展 温乐斐 (华东理工大学) 摘要 二次锂电池的优点是高体积、高质量比容量、长循环寿命、低放电速率,是环保型电源的理想备选之一。本文简单介绍了锂离子电池的正极材料、负极材料及电解质的种类和发展概况,并对当今锂离子电池发展所面临的问题和发展前景进行阐述。最后说明了一下其发展前途和产业化趋势。 关键词:锂电池;正极材料;负极材料;电解质;发展进程 The Research and Development of Rechargeable Lithium-ion Battery Wen Lefei (East China University of Science and Technology) Abstract The rechargeable lithium-ion battery has been extensively used in mobile communication and portable instruments due to many advantages, such as high volumetric and gravimetric energy density, long cycle life, and low self-discharge rate. In addition, it is one of the promising alternatives as the power sources. The development of researches on materials of lithium-ion battery for cathode, abode and electrolyte are introduced in this paper, at the same time lithium-ion existing problems is battery and prospects are also outlined. At last, the strategic position and some future investigating trends are also presented. Key words: Li-ion battery; cathode materials; anode materials; electrode materials; research and development; progress

锂离子电池的特点

锂离子电池的特点 锂离子电池发展迅速?应用广泛,这与其固有的特点是密切相关的?与其他可充式电池相比,锂离子电池的比能量现已提高到 110W·h/kg和270W·h/L,是铅酸电池的6倍,是Cd-Ni电池的近2.5倍,是MH-Ni电池的1.8倍?锂离子电池的月自放电率已降低到6%,远比Cd-Ni电池(月自放电率25%~30%)和MH-Ni电池(月自放电率30%~40%)低得多?在可充式电池中,锂离子电池的工作电压最高,一般为3.6V,而铅酸电池为2.0V,Cd-Ni电池和MH-Ni电池均为1.2V左右?另外,锂离子电池没有记忆效应,而Cd-Ni?MH-Ni等可充式电池有记忆效应,对比数据详见下表: 目前,锂离子动力电池的市场价格已经在逐步下降,每千瓦单价为600元左右,远低于超级电容和燃料电池的价格,已经具备较强的市场竞争能力?从上表可以看出,锂离子电池与其他可充式电池相比具有优异的特性,在便携式计算机?移动通信?摄像机?电动工具?医用电子

器件?不停电电源?家用电器?电动汽车及航空航天仪器设备等民用及军用领域显示了广泛的应用前景? 如今,其应用除了向小体积?轻质量的微型装置领域发展外,也逐渐开始向大型电动设备等领域延伸?高能?轻量?低成本?使用寿命长及无污染是锂离子电池巨大的优势,它将是继镍氢?镍镉电池之后,在今后相当长一段时间内市场前景最好?发展最快的一种绿色二次化学能源,也是现阶段世界上公认的综合性能最为优异的新型二次电池?要使锂离子动力电池在安全的条件下,提供强大而持久的电能,主要应该解决以下三大关键技术: (1)活化技术; (2)热控及阻燃技术; (3)控制及管理技术? 解决第一条核心技术的方法主要是通过掺杂改性去实现?解决第二条核心技术的方法主要是通过改进所需材料的结构及性能去实现?而解决第三条核心技术的方法主要是通过传感技术?电子控制技术等去实现?通过以上三方面的技术改进,就能使锂离子动力电池的性能得到很大提高?

一、锂离子电池简介

一、锂离子电池简介 锂离子电池是一种二次电池,俗称“锂电”,其发展最早始于十九世纪60~70 年代的世界石油危机时期,在1990年由日本Sony 能源公司和意大利Moli 能源公司率先开发出以碳材料为负极、以钴酸锂为正极的锂离子电池。这种电池分别用能够可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负电极材料,依靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作,因其独特的机理而被形象地称为“摇椅式电池”。 图1 锂离子电池工作原理 为了满足便携电子设备小型化、轻量化发展需求,锂离子电池自大规模商用化以来,凭借其放电电压高、能量密度高和循环寿命长等优势,近年来逐渐取代了铅酸、镍镉、镍氢等传统二次电池,担负着电子设备用小型二次电池的主要角色。随着市场的多元化,使其市场容纳量越来越扩大,而且期待其大规模应用于电动汽车、储能电站等用途方面,其应用领域主要有以下三个方面: (1)便携电源 作为用电器上的便携式电源已被广泛的应用于摄像机、录音机、随身听、移动电话、笔记本电脑、便携式测量仪器、小型医疗仪器、机器人等小型轻量化电子装置以及电动玩具、电动剃须刀、小手电等日用电器中,正在逐步地替代传统电源。这些小型用电器的品种在不断的出现、用户在不断地增加,有专家认为:锂离子电池技术将成为21世纪具有战略意义的军、民两用技术。 (2)动力电源 随着世界能源紧张、传统能源(油、煤)使用所造成的环境污染

加重,而急需“环保型能源”代替;于是,太阳能、风能、潮汐能的开发相继问世,这些清洁能源有一个共同特点,即为其动力来源在时间上不连续,因而必须在其高峰期将所产生的电能储存下来,以便低峰时使用。因此大容量的二次电池便成为清洁能源的重要组件;大容量的二次电池也成为电动汽车的理想动力源,并且在航空、航天、航海中有广泛的用处。 (3)军用电源 战争由机械化→自动化→信息化→向信息中心战的方向发展,军用电源的便携性、功率性能、能量密度、使用寿命、可靠性等方面,是军事通讯设备、观察与侦察设备、制导兵器、军用计算机及模拟演练系统所用电源必须的要求。目前,锂离子电池除了用在军事通讯外,也用在一些武器系统中,如∶美国、德国、英国研制的单兵系统中、日本正在建造电动潜艇中均采用了锂离子电池。 作为军用电池,除其环境适应性有苛刻的要求外,还要有尽可能简单地进行后勤补给。锂离子电池及其向前发展的产品在军事应用方面具有无可比拟的优越性。 图2 全球锂电池产值增长趋势(来源于IIT) 二、锂离子电池正极材料 锂离子电池的输入输出性能主要取决于电池内部材料的结构和 性能。这些电池内部材料包括负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正负极材料的选择和质量直接决定了电化学体系特性与电池性能。因此高性能、高安全的正负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。负极材料一般选用碳材料,目前的发展比较成熟。正极材料是锂电池中最为关键的原材料,它决定了电池的安全性能和电池

锂离子电池的正极材料的分析研究综述

锂离子电池的正极材料的研究综述 班级:********* 姓名: ******** 学号:********* 课程老师:***** 日期: *******

锂离子电池的正极材料的研究综述 摘要:本文简要介绍了锂离子电池的发展简况,并对锂离子电池的工作原理进行分析。重点综述了各类锂离子电池正极材料的研究状况和性能表征,通过比较各类材料的优缺点,对今后的进一步研究分析,提供了一个思路和纲领。最后,介绍了正极材料的近期一些研究进展,并对锂离子电池的今后发展进行了展望。希望,锂离子电池材料能够有个更大的突破。 关键词:锂离子电池;正极材料;工作原理;制备方法 1 引言 过去半个世纪内,可充电电池作为一种高效储能装置得到了迅猛的发展。而科学技术的进步则对这种储能装置的电化学性能提出了越来越多的要求。比如:集成电路技术的发展使电子仪器日趋小型化、便携化,相应地要求电池具有体积小、重量轻、比能量高的特点;空间探索技术和国防、军事装备技术的不断发展要求电池具有高的比能量和长储存寿命;环境保护意识的加强使人们对电动机车的发展日益关注,而这种电池则应有大的比能量和比功率。在众多的电池体系中,锂离子电池以其工作电压高、能量密度大和质量轻等优点倍受全球该领域的科研工作者的关注。 自1980年Goodenough等提出钻酸锂(LICoO2>作为锂充电电池的正极材料,揭开了锂离子电池发展的雏形后,锂离子电池在其后得到了飞速的发展。1990年,日本SONY公司的新型锂离子二次电池研制成功并实现商品化,进入90年代以后锂离子电池作为新一代的高效便携式能源,在无线电通讯、笔记本电脑、摄录一体化及空间技术等方面显示出广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益,并被认为是21世纪最有潜力的新型能源。 2 锂离子电池的发展简况 2.1锂原电池 20世纪60年代发生的能源危机促进了锂原电池的的商品化。锂原电池是以Li或Li-Al合金作为负极材料的一系列电池,包括Li/MnO2、Li/I2、 Li/SOC12、Li/FeS2等。与一般的原电池相比,它具有电压高、比能量高、工作温度范围宽和放电平稳的优点,因此先后在便携式电器、心脏起搏器、军事设备、及航空航天领域得到应用。 2.2锂二次电池

锂离子电池简介

锂离子电池简介 2017-02 1.锂离子电池原理 充电的时候,在外加电场的影响下,正极材料LiCoO2中的锂元素脱离出来,变成带正电荷的锂离子(Li+),在电场力的作用下,从正极移动到负极,与负极的碳原子发生化学反应,生成LiC6,于是从正极跑出来的锂离子就很“稳定”的嵌入到负极的石墨层状结构当中。从正极跑出来转移到负极的锂离子越多,电池可以存储的能量就越多。 放电的时候刚好相反,内部电场转向,锂离子(Li+)从负极脱离出来,顺着电场的方向,又跑回到正极,重新变成钴酸锂分子(LiCoO2)。从负极跑出来转移到正极的锂离子越多,这个电池可以释放的能量就越多。 在每一次充放电循环过程中,锂离子(Li+)充当了电能的搬运载体,周而复始的从正极→负极→正极来回的移动,与正、负极材料发生化学反应,将化学能和电能相互转换,实现了电荷的转移,这就是“锂离子电池”的基本原理。由于电解质、隔离膜等都是电子的绝缘体,所以这个循环过程中,并没有电子在正负极之间的来回移动,它们只参与电极的化学反应。

2.锂离子电池构成 锂离子电池内部需要包含几种基本材料:正极活性物质、负极活性物质、隔离膜、电解质。 正负极需要活性物质,是为了更容易参与化学反应,从而实现能量转换。正负极材料不但要活泼,还需要具有非常稳定的结构,才能实现有序的、可控的化学反应。一般选用锂的金属氧化物,如钴酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元等材料。负极通常选择石墨或其他碳材料做活性物质。 电解质是锂离子传导的介质,要求锂离子电导率要高,电子电导率要小(绝缘),化学稳定性要好,热稳定性要好,电位窗口要宽。人们找到了由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、和必要的添加剂等原料,在一定条件下、按一定比例配制而成的电解质。有机溶剂有PC(碳酸丙烯酯),EC(碳酸乙烯酯),DMC(碳酸二甲酯),DEC (碳酸二乙酯),EMC(碳酸甲乙酯)等材料。电解质锂盐有LiPF6,LiBF4等材料。 隔离膜则是为了阻止正负极材料直接接触,防止内短路。隔离膜需要具有良好的离子通过性,让锂离子可以自由通过,同时又是电子的绝缘体,以实现正负极之间的绝缘。目前市场上的隔膜主要有单层PP,单层PE,双层PP/PE,三层PP/PE/PP 复合膜等。 除了以上材料外,一个完整的锂离子电池还包括绝缘片、盖板、泄压阀、壳体(铝,钢,复合膜等),以及其他一些辅助材料。 3.锂离子电池参数 1)容量 电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量,容量分为额定容量、实际容量,容量的单位为mAh或Ah。额定容量是指满充的锂离子电池在实验室条件下(比较理想的温湿度环境),以某一特定的放电倍率(C-rate)放电到截止电压时,所能够提供的总的电量。实际容量一般都不等于额定容量,它与温度、湿度、充放电倍率等直接相关。一般情况下,实际容量比额定容量小一些。

锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究

云南大学学报(自然科学版),2007,29(S1):237~242CN53-1045/N ISSN0258-7971 Journal of Yunnan U niversity Ξ锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究 王晋鹏,胡欲立 (西北工业大学航海学院,陕西西安 710072) 摘要:如何提高锂离子电池的性能已经成为锂离子电池开发研究中的一个热点问题.介绍分析了影响锂离子电池性能的几种因素,讨论了几种改善锂离子电池性能的方法,有助于采取相应措施来提高锂离子电池的性 能. 关键词:锂离子电池;性能;影响因素;改进方法 中图分类号:TM912.9 文献标识码:A 文章编号:0258-7971(2007)S1-0237-06 锂离子电池是继镍氢电池之后的新一代绿色高能可充电电池,具有电压高、体积小、比能量高、循环性能好、自放电小、无记忆效应、无污染等突出优点,近10a来得到了飞速的发展,已在二次电池市场中与镍镉电池,镍氢电池呈三足鼎立之势,并且其市场份额仍在不断扩大.锂离子电池以其卓越的性价比优势在笔记本电脑、移动电话、武器装备等领域占据了主导地位,被认为是21世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高科技产品[1]. 随着锂离子电池在各个领域的大量应用,对锂离子电池的性能要求越来越高,如何提高锂离子电池的性能已经成为锂离子电池开发研究中的一个热点问题[2].影响锂离子电池性能的因素是多种多样的,本文分析介绍了影响锂离子电池性能的主要因素,并介绍了改善锂离子电池性能的几种方法. 1 影响锂离子电池性能的主要因素 影响锂离子电池性能的主要因素包括:正负极材料的选择、电解质的选择、隔膜的选择以及电池的结构和尺寸. 1.1 正极材料的选择 正极材料是锂离子电池中Li+的“贮存库”.在充电时锂离子从正极脱出嵌入负极,放电时锂离子从负极脱出插入正极材料中.作为锂离子电池正极材料要求具有以下性能[3]: (1)具有较高的氧化还原电位,从而使电池的输出电压高; (2)电极中大量的锂能够发生可逆嵌入和脱嵌以得到高容量; (3)在整个嵌入/脱嵌过程中,锂的嵌入和脱嵌应可逆且主体结构没有或很少发生变化,这样可确保良好的循环性能; (4)氧化还原电位的变化应尽可能少,这样电池的电压不会发生显著变化,可保持平稳的充电和放电; (5)具有较好的电子导电率和离子导电率,这样可减少极化,并能进行大电流充放电; (6)电极在整个电压范围内化学稳定性好,不与电解质等发生反应; (7)锂离子在电极材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电; (8)具有良好的热稳定性; (9)从实用角度而言,电极材料应该便宜,对环境无污染. 理论上具有层状结构和尖晶石结构的材料都可用作锂离子电池的正极材料,但由于制备工艺上存在困难,目前所应用的正极材料仍然是钴、镍、锰、钒和铁的氧化物,如:LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 Ξ收稿日期:2007-03-20  作者简介:王晋鹏(1982- ),男,山西人,硕士生,主要从事锂离子电池的热分析方面的研究.

锂电池的特点与特性

锂电池的特点与特性(聚合物) 根据锂离子电池所用电解质材料的不同,锂离子电池分为液态锂离子电池(Liquified Lithium-Ion Battery,简称为LIB)和聚合物锂离子电池(Polymer Lithium-Ion Battery, 简称为PLB)或塑料锂离子电池(Plastic Lithium Ion Batteries, 简称为PLB)。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,正极材料分为钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂材料,负极为石墨,电池工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同,液态锂离子电池使用液体电解质,聚合物锂离子电池则以固体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凝胶电解质。那聚合物锂电池的特性有哪些?下面和中美通用电池公司一起来了解下。 1、单体电池的工作电压高 聚合物锂电池的工作电压在3.6V,是镍镉和镍氢电池工作电压的三倍。 2、比能量高。 聚合物电池比能量目前已达140Wh/kg,是镍镉电池的3倍,镍氢电池的1.5倍。 3、自放电小,在放置很长时间后其容量损失也很小。 4、循环寿命长。 目前聚合物锂电池循环寿命已达1000次以上,在低放电深度下可达几万次,超过了其他几种二次电池。 5、重量轻 聚合物锂电池重量较同等容量规格的钢壳锂电池轻40%,较铝壳锂电池轻20%。 6、形状可定制 制造商不用局限于标准外形,能够经济地做成合适的大小。聚合物电池可根据客户的需求增加或减少电芯厚度,开发新的电芯型号,价格便宜,开模周期短,有的甚至可以根据手机形状量身定做,以充分利用电池外壳空间,提升电池容量。 7、内阻小 聚合物电芯的内阻较一般液态电芯小,目前国产聚合物电芯的内阻甚至可以做到35mΩ以下,极大的减低了电池的自耗电。

锂电池性能测试简介

锂电池性能测试简介 充电及低公害。 各种先进电池中最被重视的商品化电池。所以在此以介绍锂离子电池为主。 可从 压 例。 止电压)又有[CV]的精准。 2.C-V曲线 C-V曲线是描充电池在充电、放电过程中电压及电容量间的关系。充电曲线能让工程师了解如何设计电池充电器,而放电曲线能使工程师在设计电路时正确的掌握电池的特性。例如最佳的工作电压、不同温度C-rate下的电池电容量。

我们也可从电池目前的电压对照C-V曲线:以斜率大小负值概略估算电池的残存容量(Residual Capacity)。因此C-V曲线是了解电池的重要工具。 2、分电池(Cell)性能测试 已组装之分电池,俗称单位电池(以下简称电池)。 在组装后静置8-12小时后为让电解液充份浸润极板,即依下列程序进行测试作 2.) 锂离子电池的化成:除了是使电池作用物质藉第一次充电转成正常电化学作用 钝化膜在锂离子电池的电化 商除将材 料及制程列为机密外化成条件也被列为该公司电池制造的重要机密。 相同于极板测试:将电池实际活化物总量换算理论电容量,以低C-rate C N。因此充、放电电流可以C-rate即C N的系数来表示其大小,关系如下式: I=M* C N I:充、放电电流大小(mA) M:倍率C-rate(hr-1) C N:N小时内完全放电的额定电容量(mAhr)

例如:电池之5小时率容量C5=300mAhr,则C-rate为0.5之充、放电电流大小 将是: I=M* C5=(0.5 hr-1)*(300mAhr)=150mA 电池化成过程中会有大量的能量耗损,最可能是用于钝化膜的形成。 3.电池电容量测试 再依下列步骤 容量在初期会有减少的情形。电池的放电电容量自0.753mA向下减少。待电池电化 有些化成程序亦包含了数十次的充放电 4. 3到520 5.自放电率测试 选取化2到37日放电一 采取积分记录。 于第28

影响锂离子电池循环性能的七大因素

影响锂离子电池循环性能的七大因素 我们最关注的电池莫过于锂离子电池,因为我们的手机、pad、笔记本的电池就是锂离子电池,它的续航能力也一直是企业研究的一个重点方向。循环性能对锂离子电池的重要程度无需多言,就宏观来讲,更长的循环寿命意味着更少的资源消耗,因而,影响锂离子电池循环性能的因素,是每一个与锂电行业相关的人员都不得不考虑的问题。 1、水分 过多的水分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影响循环,同时水分过多也不利于SEI膜的形成,但在痕量的水分难以除去的同时,痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。 2、正负极压实 正负极压实过高,虽然可以提高电芯的能量密度,但是也会一定程度上降低材料的循环性能,从理论来分析,压实越大,相当于对材料的结构破坏越大,而材料的结构是保证锂离子电池可以循环使用的基础;此外,正负极压实较高的电芯难以保证较高的保液量,而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。 3、测试的客观条件 测试过程中的充放电倍率、截止电压、充电截止电流、测试中的过充过放、测试房温度、测试过程中的突然中断、测试点与电芯的接触内阻等外界因素,都会或多或少影响循环性能测试结果,另外,不同的材料对上述客观因素的敏感程度各不相同,统一测试标准并且了解共性及重要材料的特性应该就足够日常工作使用了。 4、负极过量 负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外,对循环性能的影响也是一个考量,对于钴酸锂加石墨体系而言,负极石墨成为循环过程中的“短板”一方较为常见,若负极过量不充足,电芯可能在循环前并不析锂,但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂,造成容量过早下降。 5、涂布膜密度 单一变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个不可能的任务,膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异,对同型号同容量同材料的电芯而言,降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数,对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环,考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些,当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制,活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响,更多的层数意味着更多的箔材和隔膜,进而意味着更高的成本和更低的能量密度,所以,评估时也需要均衡考量。 6、材料种类 材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素,选择了循环性能较差的材料,工艺再合理、制成再完善,电芯的循环也必然无法保证;选择了较好的材料,即使后续制成有些许问题,循环性能也可能不会差的过于离谱,从材料角度来看,一个全电池的循环性能,是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中,较差的一者来决定的,材料的循环性能较差,一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂,一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时,若一极确认选用循环性能较差的材料,则另一极无需选择循环性能较好的材料,浪费。

锂离子电池的三大特性分析

锂离子电池的三大特性分析 时间:2014-11-12 11:12:47来源:本站原创浏览次数:9697 一、电池的容量特性 容量测试得到电池在不同倍率下的放电电压与容量关系曲线如图3所示。 图3 不同倍率下的放电电压与容量的关系曲线 从图中可以看出,在整个放电过程中锂离子电池的电压曲线可以分为3个阶段:1)电池在初始阶段端电压快速下降,放电倍率越大,电压下降的越快; 2)电池电压进入一个缓慢变化的阶段,这段时间称为电池的平台区,放电倍率越小,平台区持续的时间越长,平台电压越高,电压下降越缓慢。在锂离子电池的实际使用过程中,尽可能希望电池工作在平台区; 3)在电池电量接近放完时,电池负载电压开始急剧下降直至达到放电截止电压。从容量测试的结果中,同时还可以得到放电电流与容量的曲线关系,如图4所示。

图4 不同放电电流与容量的关系曲线 从图中可以看出,电池放电电流的大小,会直接影响到电池的实际容量。放电电流越大,电池容量相应减小,这表明放电电流越大,到达终止电压经历的时间越短。所以谈到电池容量时,应指明其放电电流(放电倍率)。 二、电池开路电压特性 开路电压测试[6]得到锂离子电池开路电压与电池SOC的关系曲线如图5所示。 图5 电池充电与放电时的OCV-SOC曲线

从图中可以看出,电池的OCV-SOC曲线与电池放电电压曲线趋势基本相同。在SOC的中间区间(20%<SOC<80%)内,电池的OCV变化极小,电池处于平台区;而在SOC的两端区间(SOC<10%和SOC>90%),OCV 的变化率较大,整个磷酸铁锂电池的OCV-SOC曲线呈现中间区域平坦,头尾两端陡峭的样子,开路电压法即是利用这一稳定的对应关系进行SOC估计。 锂离子电池OCV-SOC关系曲线受温度、放电倍率、老化程度因素影响较小[7],但在充放电2种状态下,两条特性曲线之间会存在一定差异。 三、电池内阻特性 图6表示磷酸铁锂电池在充电和放电时的欧姆内阻。 图6 电池内阻变化曲线

锂离子电池高倍率放电性能研究

图1 双极耳电池电极片示意图 Fig.1Schematicdiagramofelectrodepatch 收稿日期:2005-08-21 作者简介:唐致远(1946—),男,安徽省人,教授,博士生导师,主要研究方向为应用电化学。 Biography:TANGZhi-yuan(1946—),male,professor. 锂离子电池高倍率放电性能研究 唐致远1,谭才渊1,陈玉红1,崔燕1,薛建军2 (1.天津大学化工学院应用化学系,天津300072;2.广州鹏辉电池有限公司,广东广州511483) 摘要:对锂离子电池高倍率放电性能进行了研究。发现电池设计对锂离子电池放电性能具有较大的影响,设计了一种新型的锂离子电池的电极。研究了电极活性物质与导电剂、粘结剂的配比,电极片的面密度、压实密度对锂离子电池高倍率放电性能的影响,通过实验研究得到了一种高倍率放电性能良好的锂离子电池,该电池放电容量高,放电平台平滑,平台电压较高,循环性能较好,且电池放电时表面温度不高。分析锂离子电池高倍率放电循环曲线时发现了放电容量变化的一个规律,给出了针对锂离子电池高倍率放电的一种充、放电制度。关键词:锂离子电池;高倍率;放电;极耳中图分类号: TM912.9文献标识码:A 文章编号:1002-087X(2006)05-05 Researchonhighratedischargeforlithiumionbattery TANGZhi-yuan1,TANCai-yuan1,CHENYu-hong1,CUIYan1,XUEJian-jun2 (1.DepartmentofAppliedChemistry,SchoolofChemicalEngineeringandTechnologyTianjinUniversity,Tianjin300072,China; 2.GreatPowerBatteryCo.Ltd,GuangzhouGuangdong511483,China) Abstract:Thispaperresearchedonhighratedischargeperformanceinlithiumionbattery.Batterydesigninfluencedon thehighratedischargeperformancesincerely,thenanewdesignaboutlithiumionbatterycameforth.Theelectrodematerialingredient,surfacedensityandthicknessofelectrodewereresearched.Thispaperfoundafavorablehighratedischargeperformancelithi-umionbattery,whichhadhighdischargecapacity,flatvoltage,preferablecycleperformanceandlowtemperaturewhendis-charging.Aruleondischargecapacitywasfound,andachargeanddischargesystemforhighratedischargelithiumionbatterywasrecommended. Keywords:lithiumionbattery;highrate;discharge;lead 当前,锂离子电池行业发展迅速,随着电子产品的发展,对锂离子电池也提出了更高的要求。电动汽车市场展现出蓬勃的发展势头[1 ̄4],需要放电电流较大、功率较高的锂离子电池,许多小型电器也要求能够高倍率放电,小电流放电锂离子电池已不能完全满足市场的需求。虽然,氢镍电池高倍率放电研究发展较早,但是其电压较低,质量比容量及体积比容量与锂离子电池相比均较低,因此,在一些对电池电压、质量、体积等要求严格的电器中,都对锂离子电池寄予厚望。 1实验 1.1电极制备 正极活性物质LiCoO2,与鳞片石墨、碳黑、乙炔黑混合,以 聚偏氟乙烯(PVDF)作为粘结剂配制成浆料。负极活性材料为石墨,添加乙炔黑,以羧甲基纤维素钠(CMC)为粘结剂,混合制成浆料。将正、负极浆料分别涂布于铝箔、铜箔上,然后干燥辊压制成正、负极片。电解液为1.0mol/LLiPF6/碳酸乙烯酯(EC)-碳酸二甲酯(DMC)(1∶1)(广州市天赐高新材料科技有限公司),隔膜为聚丙烯微孔膜(Celgard2400),厚度为0.025mm。 1.2电极及电池设计 以063465软包装液态锂离子电池为研究对象,制作两类电池:(1)正、负极片分别焊接一个极耳(本文称为单极耳电池)。(2)正、负极片分别焊接两个极耳(本文称为双极耳电池)。(如图1所示)。单极耳和双极耳电池的封口处侧视图如图2所示。 a.极耳;b.极耳胶 A.极耳胶1;a.极耳1; B.极耳胶2;b.极耳2 图2两种设计电池封口处侧视图 Fig.2Sideviewofbatteryseal

【开题报告】锂离子电池固态电解质制备及性能研究

开题报告 应用化学 锂离子电池固态电解质制备及性能研究 一、选题的背景与意义 锂无机固态电解质(ion conductor )又称锂快离子导体(super ion conductor ),按其晶体结构分为晶态电解质和非晶态电解质。晶态电解质又称导电陶瓷,目前已研究的有钙钛矿(ABO 3)型结构锂离子电解质、NASICON 型结构锂离子电解质、LISICON 型结构锂离子电解质等;非晶态电解质又称玻璃态电解质,目前已研究的有氧化物玻璃态锂离子电解质、硫化物玻璃态锂离子电解质等[1-5]。其导电机制是,锂无机固态电解质具有载流子,在导电过程中伴随着Li +的迁移,并且导电能力跟温度有密切关系。图1.列举了部分重要的晶态和非晶态无机固态电解质的离子电导率[3]。 图1. 部分重要的晶态和非晶态无机固态电解质的离子电导率的Arrhenius 曲线 Fig. 1. Arrhenius plot of ionic conductivity of important crystalline and amorphous inorganic solid lithium ion conductor. NASICON 晶体结构 (A =Ge, Ti and Zr)发现于1968年。这个结构被描述成AO 6IV 243NaA (PO )正八面体和PO 4正四面体组成的共价键结构[A 2P 3O 12]-,形成3D 相互联系通道和两种分布导电离子间隙位置(M ·和M ··)。导电离子越过瓶颈从一个位置移动到另一个位置,瓶颈的大小取决于两种间隙位置(M ·和M ··)的骨架离子性质和载体浓度。结果是,NASICON 类型化合物的结构和电化学性质随着骨架组成的不同而变化。比如,在化学通式为LiA ’IV 2-x A ’’IV x (PO 4)3的化合物,晶胞参数a 和c 取决于A ’IV 和A ’’IV 阳离子大小。已获得的最小晶胞是。通过三价阳离子(Al, Cr, 243LiGe (PO )Ga, Fe, Sc, In, Lu, Y, La)取代八面体中的Ti 4+位置,可以提高陶瓷的烧结性能,降低晶粒边界电阻,

锂离子电池基础知识

电池基础知识培训资料 一、锂离子电池工作原理与性能简介: 1、电池的定义:电池是一种能量转化与储存的装置,它通过反应将化学能或物理能转化为电能,电池即是一种化学电源,它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极,两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中,当连接在某一外部载体上时,通过转换其内部的化学能来提供能源。 2、锂离子电池的工作原理:即充放电原理。Li-ion的正极材料是氧化钴锂,负极是碳。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion就象一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象运动员一样在摇椅两端来回奔跑。所以,Li-ion又叫摇椅式电池。 通俗来说电池在放电过程中,负极发生氧化反应,向外提供电子;在正极上进行还原反应,从外电路接收电子,电子从负极流到正极,而电流方向正好与电子流动方向相反,故电流经外电路从正极流向负极。电解质是离子导体,离子在电池内部的正负极之间定向移动而导电,阳离子流向正极,阴离子流向负极。整个电池形成了一个由外电路的电子体系和电解质的离子体系构成的完整放电体系,从而产生电能。 正极反应:LiCoO2==== Li1-x CoO2 + xLi+ + xe 负极反应:6C + xLi+ + xe- === Li x C6 电池总反应:LiCoO2 + 6C ==== Li1-xCoO2 + LixC6

相关文档
相关文档 最新文档