鋰離子電池基礎知識
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時(shí)間：2012-04-27
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
現已廣泛被大家使用的鋰離子電池是由鋰電池發(fā)展而來(lái)的。所以在認識鋰離子電池之前，我們先來(lái)介紹一下鋰電池。
舉例來(lái)講，以前照相機里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的負極材料是鋰金屬，正極材料是碳材。按照大家習慣上的命名規律，我們稱(chēng)這種電池為鋰電池。
鋰離子電池的正極材料是氧化鈷鋰，負極材料是碳材。電池通過(guò)正極產(chǎn)生的鋰離子在負極碳材中的嵌入與遷出來(lái)實(shí)現電池的充放電過(guò)程，為了區別于傳統意義上的鋰電池，所以人們稱(chēng)之為鋰離子電池。
二、鋰離子電池的廣泛用途
發(fā)展高科技的目的是為了使其更好的服務(wù)于人類(lèi)。鋰離子電池自1990年問(wèn)世以來(lái)，因其卓越的性能得到了迅猛的發(fā)展，并廣泛地應用于社會(huì )。鋰離子電池以其它電池所不可比擬的優(yōu)勢迅速占領(lǐng)了許多領(lǐng)域，象大家熟知的移動(dòng)電話(huà)、筆記本電腦、小型攝像機等等，且越來(lái)越多的國家將該電池應用于軍事用途。應用表明，鋰離子電池是一種理想的小型綠色電源。
三、鋰離子電池的主要構成
?。?）電池蓋
?。?）正極----活性物質(zhì)為氧化鈷鋰
?。?）隔膜----一種特殊的復合膜
?。?）負極----活性物質(zhì)為碳
?。?）有機電解液
?。?）電池殼
四、鋰離子電池的優(yōu)越性能
我們經(jīng)常說(shuō)的鋰離子電池的優(yōu)越性是針對于傳統的鎳鎘電池（Ni/Cd）和鎳氫電池（Ni/MH）來(lái)講的。那么，鋰離子電池究竟好在哪里呢？
?。?）工作電壓高
?。?）比能量大
?。?）循環(huán)壽命長(cháng)
?。?）自放電率低
?。?）無(wú)記憶效應
?。?）無(wú)污染
以下是鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池性能的對比：
技術(shù)參數鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池
工作電壓（V）1.21.23.6
重量比能量(Wh/Kg)5065105-140
體積比能量(Wh/l)150200300
充放電壽命(次)5005001000
自放電率（%/月）25-3030-356-9
有無(wú)記憶效應有有無(wú)
有無(wú)污染有無(wú)無(wú)
（注：充電速率均為1C）
五、鋰離子電池的工作原理
大家都已知道，鋰離子電池的正極材料是氧化鈷鋰，負極是碳。
鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當對電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運動(dòng)到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。
同樣道理，當對電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過(guò)程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動(dòng)回到正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。
不難看出，在鋰離子電池的充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動(dòng)狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動(dòng)健將，在搖椅的兩端來(lái)回奔跑。所以，專(zhuān)家們又給了鋰離子電池一個(gè)可愛(ài)的名字搖椅式電池。
六、鋰離子電池的組裝過(guò)程
鋰離子電池的工藝技術(shù)非常嚴格、復雜，這里只能簡(jiǎn)單介紹一下其中的幾個(gè)主要工序。
?。?）制漿
用專(zhuān)門(mén)的溶劑和粘接劑分別與粉末狀的正負極活性物質(zhì)混合，經(jīng)高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負極物質(zhì)。
?。?）涂膜
將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面，烘干，分別制成正負極極片。
?。?）裝配
按正極片--隔膜--負極片--隔膜自上而下的順序放好，經(jīng)卷繞制成電池極芯，再經(jīng)注入電解液、封口等工藝過(guò)程，即完成電池的裝配過(guò)程，制成成品電池。
?。?）化成
用專(zhuān)用的電池充放電設備對成品電池進(jìn)行充放電測試，對每一只電池都進(jìn)行檢測，篩選出合格的成品電池，待出廠(chǎng)。
七、鋰離子電池的安全特性
鋰離子電池已非常廣泛的應用于人們的日常生活中，所以它的安全性能絕對應該是鋰離子電池的第一項考核指標。對于鋰離子電池安全性能的考核指標，國際上規定了非常嚴格的標準，一只合格的鋰離子電池在安全性能上應該滿(mǎn)足以下條件。
?。?）短路：不起火，不爆炸
?。?）過(guò)充電：不起火，不爆炸
?。?）熱箱試驗：不起火，不爆炸（150℃恒溫10min）
?。?）針剌：不爆炸（用Ф3mm釘穿透電池）
?。?）平板沖擊：不起火，不爆炸（10kg重物自1M高處砸向電池）
?。?）焚燒：不爆炸（煤氣火焰燒烤電池）
八、鋰離子電池安全特性是如何實(shí)現的？
為了確保鋰離子電池安全可靠的使用，專(zhuān)家們進(jìn)行了非常嚴格、周密的電池安全設計，以達到電池安全考核指標。
?。?）隔膜135℃自動(dòng)關(guān)斷保護
采用國際先進(jìn)的Celgard2300PE-PP-PE三層復合膜。在電池升溫達到120℃的情況下，復合膜兩側的PE膜孔閉合，電池內阻增大，電池內部升溫減緩，電池升溫達到135℃時(shí)，PP膜孔閉合，電池內部斷路，電池不再升溫，確保電池安全可靠。
?。?）向電液中加入添加劑
在電池過(guò)充，電池電壓高于4.2v的條件下，電液添加劑與電液中其他物質(zhì)聚合，電池內阻大副增加，電池內部形成大面積斷路，電池不再升溫。
?。?）電池蓋復合結構
電池蓋采用刻痕防爆結構，電池升溫時(shí)，電池內部活化過(guò)程中所產(chǎn)生的部分氣體膨脹，電池內壓加大，壓力達到一定程度刻痕破裂、放氣。
?。?）各種環(huán)境濫用試驗
進(jìn)行各項濫用試驗，如外部短路、過(guò)充、針刺、平板沖擊、焚燒等，考察電池的安全性能。同時(shí)對電池進(jìn)行溫度沖擊試驗和振動(dòng)、跌落、沖擊等力學(xué)性能試驗，考察電池在實(shí)際使用環(huán)境下的性能情況。
九、鋰離子電池是一種新型綠色環(huán)保電池
“愛(ài)護環(huán)境，保護地球”是我們每一個(gè)人義不容辭的責任。如何把我們的環(huán)境理念在行動(dòng)上反應出來(lái)呢？
作為電池消費者，應該購買(mǎi)、使用新型綠色環(huán)保電池；作為電池制造商，應該生產(chǎn)新型綠色環(huán)保電池。只有經(jīng)過(guò)大家的共同努力，才能創(chuàng )建、保護我們美麗和諧的自然環(huán)境。
新型綠色環(huán)保電池是指近年來(lái)已投入使用或正在研制開(kāi)發(fā)的一類(lèi)高
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