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锂离子电芯的组成及作用介绍

2023-04-15 819
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一、 电芯的种类

① 圆柱形;②方形;③软包

二、 材料组成

锂离子电池是新能源汽车目前使用最普遍的动力电池,其电芯主要有正极材料、负极材料和隔膜构成。

① 正极材料:正极材料在锂电池中的总成本占据40%以上的比例,并且其性能直接影响了锂电池的各项性能指标,所以正极材料在锂电池中占据核心地位,正极材料的性能和价格等是制约锂电池进一步向高能量长寿命和低成本发展的瓶颈,发展高能锂离子电池的关键技术之一是正极材料的开发。锂离子正极材料主要由一下几种材料构成:锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂铁氧化物。

② 负极材料:负极材料在充电过程中,锂离子和电子的载体,起着鞥能量的储存与释放的作用。在电池成本中,负极材料约占5%~15%,是锂离子电池的重要原材料之一。锂离子负极材料由一下几种材料组成:石墨类负极、硅、钛酸锂。

③ 隔膜:隔膜在正负极之间起电子绝缘、提供锂离子迁移微孔通道的作用,是保证电池体系安全、影响电池性能的关键材料。尽管隔膜不直接参与电极反应,单它影响电池动力学过程,决定着电池的充放电、循环寿命、倍率等性能。隔膜必须具有出众的绝缘性、机械强度、、化学稳定性、电化学稳定性和热稳定性。因此,制造隔膜的材料只能从绝缘性好、具有良好的成膜性能、力学性能和易加工的聚合物及其复合材料中选择。目前已商品化的的主流材料是聚丙烯微孔膜和聚乙烯微孔膜。

④ 集流体材料(极耳):锂离子电池集流体的主要材料是金属箔(铜箔和铝箔),主要作用是为了电化学反应提供电子通道,加快电荷转移,较少电化学极化,提供充放电效率;通俗来说其作用是讲电池活性物质产生的电流汇集起来,以便形成较大的电流输出,因此集流体与活性物质充分接触,并且内阻应尽可能小。铜箔具有良好的导电性、柔韧性和适中的电位,耐卷绕和碾压,生产技术较成熟,因而成为锂离子电池负集流体的首选材料。

三、 锂离子充放电过程

锂离子电池实质上是一种锂离子浓度差电池,经过锂离子在正负极件的往返嵌入和脱嵌形成充电和放电过程

① 充电过程:锂离子正极脱嵌后经过电解质与隔膜嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿从外电路供给到碳负极,保持负极的电平衡。

② 放电过程:放电过程与充电过程相反,锂离子从负极脱嵌,经过电解质和隔膜回到正极,正极处于富锂态,而此时电子从负极流出,通过铜箔汇集成电流供外电路使用。

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