鋰離子電池原理及工藝流程
一、 原理 1.0 正極構造
LiCoO2(鈷酸鋰)+導電劑(乙炔黑)+粘合劑(PVDF)+集流體(鋁箔) 正極 2.0 負極構造
石墨+導電劑(乙炔黑)+增稠劑(CMC)+粘結劑(SBR)+ 集流體(銅箔) 負極 3.0工作原理 3.1 充電過程
如上圖一個電源給電池充電,此時正極上的電子e從通過外部電路跑到負極上,正鋰離子Li+從正極“跳進”電解液裏,“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞,“游泳”到達負極,與早就跑過來的電子結合在一起。 正極上發生的反應為
LiCoO2=充電=Li1-xCoO2+Xli++Xe(電子) 負極上發生的反應為 6C+XLi++Xe=====LixC6 3.2 電池放電過程
放電有恆流放電和恒阻放電,恒流放電其實是在外電路加一個可以隨電壓變化而變化的可變電阻,恒阻放電的實質都是在電池正負極加一個電阻讓電子通過。由此可知,只要負極上的電子不能從負極跑到正極,電池就不會放電。電子和Li+都是同時行動的,方向相同但路不同,放電時,電子從負極經過電子導體跑到正極,鋰離子Li+從負極“跳進”電解液裏,“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞,“游泳”到達正極,與早就跑過來的電子結合在一起。 二、 工藝流程
三、 電池不良項目及成因: 1.容量低 產生原因:
a. 附料量偏少; b. 極片兩面附料量相差較大; c. 極片斷裂; d. 電解液少; e. 電解液電導率低; f. 正極與負極配片未配好;
g. 隔膜孔隙率小; h. 膠粘劑老化→附料脫落; i.卷芯超厚(未烘乾或電解液未滲透) j. 分容時未充滿電; k. 正負極材料比容量小。
2.內阻高 產生原因:
a. 負極片與極耳虛焊; b. 正極片與極耳虛焊; c. 正極耳與蓋帽虛焊; d. 負極耳與殼虛焊; e. 鉚釘與壓板接觸內阻大; f. 正極未加導電劑; g. 電解液沒有鋰鹽; h. 電池曾經發生短路; i. 隔膜紙孔隙率小。 3.電壓低 產生原因:
a. 副反應(電解液分解;正極有雜質;有水); b. 未化成好(SEI膜未形成安全); c. 客戶的線路板漏電(指客戶加工後送回的電芯); d. 客戶未按要求點焊(客戶加工後的電芯); e. 毛刺; f. 微短路; g. 負極產生枝晶。
4.超厚
產生超厚的原因有以下幾點:
a. 焊縫漏氣; b. 電解液分解; c. 未烘乾水分; d. 蓋帽密封性差; e. 殼壁太厚; f. 殼太厚;
g. 卷芯太厚(附料太多;極片未壓實;隔膜太厚)。 5.成因有以下幾點
a. 未化成好(SEI膜不完整、緻密); b. 烘烤溫度過高→粘合劑老化→脫料; c. 負極比容量低; d. 正極附料多而負極附料少; e. 蓋帽漏氣,焊縫漏氣; f. 電解液分解,電導率降低。 6.爆炸
a. 分容櫃有故障(造成過充); b. 隔膜閉合效應差; c. 內部短路 7.短路
a. 料塵; b. 裝殼時裝破; c. 尺刮(小隔膜紙太小或未墊好); d. 捲繞不齊; e. 沒包好; f. 隔膜有洞; g. 毛刺
8.斷路
a) 極耳與鉚釘未焊好,或者有效焊點面積小;
b) 連接片斷裂(連接片太短或與極片點焊時焊得太靠下) 1、 基本工作原理 1)、正極反應: LiCoO2 ===== Li1-xCoO2 + x Li+ + xe- 2)、負極反應: 6C + x Li+ + xe- ===== LixC6
3)、電池反應:LiCoO2 + 6C ====== Li1-xCoO2 + LixC6 4)、電池的電動勢: (1)、定義:在沒有電流的情況下,電池正、負極兩端的電位差。 (2)、影響因素:由電極材料決定,不受其他任何輔助材料影響。
2、 電壓特性 1)、開路電壓:用電壓表直接測量的正、負極兩端的電壓。
E = V – I R 2)、工作電壓範圍:2.75 ~ 4.2 volt。 3)、額定電壓:3.6 volt。 4)、平均工作電壓: 3.72 volt。 5)、影響電壓特性的基本因素 (1)、電極材料;(2)、電極配方;(3)、電池設計; 4、 工作電流: 1)、電極的極化:由於電池電極上有電流通過,導致電極電位偏離平衡狀態。 a、歐姆極化:電池材料的電阻影響。
b、電化學極化:得失電子的難易,導致電極電位偏離平衡狀態。 c、濃差極化:由於離子遷移速度慢,導致電極電位偏離平衡狀態。
2)、極化與電流的關係:ie < ir < ic 3)、工作電流的確定: 《 ic; 2-3 mA/cm2; 4)、影響工作電流的因素 (1)、電極配方,導電材料性能、用量、粘合劑用量。 (2)、極片的面積; (3)、極片壓實密度; (4)、鈍化膜的厚度;
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