1、鋰離子電池工作原理，2013年4月8日，鋰離子電池工作原理，理論容量的計算，石墨理論容量的計算(例如):充滿電時，LiC6 6C李娥- 6碳原子發(fā)射1個電子，6摩爾原子發(fā)射1摩爾電子， 6摩爾原子質(zhì)量=6 * 12=72克1摩爾電子=1.60217733*10-19攝氏度基本電荷*6.0221367* 1023安培伏特伽達(dá)萊常數(shù)=96485.309攝氏度=96485.309/3600安培=26.80174安培=26802毫安時石墨克容量=26802毫安時/72克=372毫安時/克實際材料容量288 ？石墨(碳)上的有效覆蓋膜，能很好地保護其長期電化學(xué)穩(wěn)定性，良好的SEI應(yīng)為： 1)。高鋰電導(dǎo)率

2、和無電子電導(dǎo)率2)。穩(wěn)定性好3)低電阻4)薄而密，主要由負(fù)極表面的電解液還原分解而成，其成分包括無機物質(zhì)如鋰：鈷、鋰鐵、有機物質(zhì)如鋰：鋰、鋰鐵和一些聚合物。一般認(rèn)為，高溫會降低SEI膜的穩(wěn)定性和電極循環(huán)性能，因為SEI膜的溶解和溶劑分子的共包埋在高溫下會增強，而SEI膜在低溫下趨于穩(wěn)定。當(dāng)優(yōu)化低溫處理條件時，石川21發(fā)現(xiàn)在-20形成的SEI膜具有最好的循環(huán)性能，因為在低溫下形成的SEI膜致密、穩(wěn)定且具有低阻抗。Andersson22認(rèn)為，在高溫條件下，原始SEI膜會受到嚴(yán)重破壞，在原始膜上形成新的“宏觀層”。宏觀膜不能像SEI膜那樣覆蓋碳顆粒的整個表面，并且其結(jié)構(gòu)不完整，因此其穩(wěn)定性變差。在他

3、的另一篇文獻15中，據(jù)信在高溫條件下，原始膜經(jīng)歷結(jié)構(gòu)重整，并且膜的溶解和再沉積使得新膜具有多孔結(jié)構(gòu)，使得電解質(zhì)與電極進一步接觸并繼續(xù)減少。目前，鋰離子電池制造商廣泛采用在成型后保持30 60的溫度來提高電池的循環(huán)性能和優(yōu)化其儲存性能，這是基于在較高溫度下對SEI膜進行結(jié)構(gòu)改造。軟包裝鋰電池：聚合物鋰離子電池芯充氣原因采用鋁塑復(fù)合膜包裝技術(shù)。當(dāng)電池芯由于異常的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生氣體時，口袋會膨脹，電池芯會膨脹(輕微膨脹和嚴(yán)重膨脹)，無論外觀、使用性能(容量、循環(huán)壽命、倍率等)如何。)的電池芯將嚴(yán)重失效，導(dǎo)致電池芯不可用。通貨膨脹將發(fā)生在生產(chǎn)過程中，并將在客戶甚至最終用戶手中。當(dāng)然，在開始形成或烘烤的

4、過程中，通常會產(chǎn)生一定量(通常很少)的氣體，這取決于所用的原材料，并且該氣體將在脫氣過程中被抽出。目前，一些模型(一次性封裝的電池單元)通過添加V18溶劑消除了形成SEI層時產(chǎn)生的氣體，相界面穩(wěn)定。但是，異常過程產(chǎn)生的氣體在脫氣前表面非常明顯，或者脫氣后不能消除，或者加入V18不能消除。本文簡要介紹了該過程中產(chǎn)生異常氣體的原因：1 .包裝不良，這大大降低了充氣電池的比例。已經(jīng)介紹了頂部密封、側(cè)面密封和脫氣包裝不良的原因。任何一面包裝不良都會導(dǎo)致電池失效，最主要的是頂部密封和脫氣。頂部密封主要是由于拉環(huán)位置密封不良，脫氣主要是由于分層(包括由于電解液和凝膠的影響，聚丙烯與鋁分離)。包裝不當(dāng)會導(dǎo)致

5、空氣中的水分進入電池芯，從而導(dǎo)致電解液分解并產(chǎn)生氣體。2.口袋表面損壞。在拉絲過程中，由于不正常的損壞或人為的環(huán)破損(如針孔)，導(dǎo)致口袋損壞，水分進入電池芯內(nèi)部。3.角度位置損壞。由于折疊角處鋁的特殊變形，安全氣囊的晃動會扭曲角位置并導(dǎo)致變形可以在拐角處添加抗皺膠或熱熔膠來緩解皺紋。此外，頂部密封后，各工序嚴(yán)禁帶氣囊移動電池，應(yīng)注意操作方式，防止老化板上的電池池擺動。4.電池芯中的水含量超標(biāo)。我們已經(jīng)介紹過，對電池芯的含水量有一定的要求。一旦水含量超過標(biāo)準(zhǔn)，電解液將失效，并在形成或脫氣后產(chǎn)生氣體。電池含水量過高的主要原因是：電解液含水量過高，烘烤后裸電池含水量過高，干燥室內(nèi)濕度過高。如果懷疑水

6、含量超標(biāo)并引起脹氣，可以對過程進行回顧性檢查。5.形成過程異常，錯誤的形成過程將導(dǎo)致電池芯膨脹。6.6號。SEI膜不穩(wěn)定，在容量測試的充放電過程中，電池芯的發(fā)射功能略有膨脹。7.過度充電和過度放電。由于工藝、機器或保護板的異常，電池芯被過度充電或過度放電，電池芯將嚴(yán)重膨脹。8.短路，由于操作失誤，充電后的電池芯的兩個極耳之間的觸點會短路，電池芯會爆炸，電壓會迅速下降，極耳會被燒黑。9.內(nèi)部短路，電池內(nèi)部陰極和陽極的短路導(dǎo)致電池快速放電和加熱，以及嚴(yán)重的吹氣。內(nèi)部短路的原因有很多：設(shè)計問題；隔離膜收縮、卷曲和損壞；雙胞位錯；毛刺刺穿隔離膜；夾鉗壓力過大；熨平機擠壓過度等。例如，有一次，由于寬度不

7、夠，熨燙機過度擠壓電池芯體，導(dǎo)致陰極和陽極短路膨脹。10.腐蝕，電池芯被腐蝕，鋁層被反應(yīng)消耗掉，失去對水的阻隔作用，引起脹氣。11.抽真空不正常，系統(tǒng)或機器導(dǎo)致真空度不正常，抽氣不完全；真空密封的熱輻射面積過大，導(dǎo)致脫氣抽氣卡口不能有效刺破口袋袋，導(dǎo)致抽氣不干凈。鋰離子電池爆炸機理分析，結(jié)論：有機電解液中的雜質(zhì)主要包括三種物質(zhì)：水和氫氟酸；分子中含有活性氫原子的有機酸、醇、醛、酮、胺和酰胺；鐵、鎳、鈉、鋁等金屬雜質(zhì)離子，鋰離子電池電解液中雜質(zhì)的影響及其去除，有機溶劑主要包括鏈狀和環(huán)狀碳酸酯如EC(碳酸乙烯酯)、PC(碳酸丙烯酯)、DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸甲乙酯)

8、等。有機電解液中微量水和氟化氫的存在對SEI膜有一定的影響，隨著有機電解液中水和氟化氫含量的增加，鋰離子電池的充放電性能和循環(huán)效率會明顯降低。當(dāng)內(nèi)容超過0時。1%，鋰離子電池將在實際鋰離子電池中被完全破壞。通常要求有機電解質(zhì)中水和氟化氫的含量至少小于60ppm，這是影響有機電解質(zhì)性能的最重要因素。水和氟化氫含量對鋰離子電池性能的影響可以分為兩個方面：對電極表面SEI膜的影響和對電解液本身穩(wěn)定性的影響。痕量水和氟化氫將與電極表面的還原產(chǎn)物烷基碳酸鋰反應(yīng)，生成碳酸鋰和氟化鋰，或者與金屬鋰反應(yīng)生成氧化鋰、碳酸鋰和氟化鋰，作為SEI膜的組分覆蓋電極表面。碳酸鋰不溶于有機溶劑，具有良好的鋰離子可追溯性，

9、是形成具有優(yōu)異性能的SEI膜的重要成分。氧化鋰和氟化鋰是熱力學(xué)穩(wěn)定的SEI膜組分，對穩(wěn)定碳酸鋰等其他SEI膜組分具有重要意義。一些研究工作表明，在碳酸二甲酯基電解液中微量水分的出現(xiàn)不僅對電池性能沒有損害隨著有機電解液中水和氟化氫含量的增加，鋰離子電池的充放電性能和循環(huán)效率將明顯降低。當(dāng)內(nèi)容超過0時。1%，鋰離子電池將被徹底摧毀。因此，在實際的鋰離子電池中，通常要求有機電解液中水和氟化氫的含量至少小于0。006%。有機電解質(zhì)中含有活性氫原子的雜質(zhì)越少，電池的性能越好。通常，這些雜質(zhì)的含量應(yīng)至少小于0。008%。低濃度的金屬雜質(zhì)離子對電池性能影響不大，因此一般要求有機電解液中金屬雜質(zhì)離子的含量應(yīng)小

10、于0。007%。圖1是電池在55下存放10天前后的照片，可以看出電池在100荷電狀態(tài)下存放后嚴(yán)重膨脹，但在50和00C狀態(tài)下存放后不明顯。這可能是由于電池在高溫和高充電狀態(tài)下儲存后發(fā)生了嚴(yán)重的副反應(yīng)，產(chǎn)生了大量氣體。電池的充電狀態(tài)越高，正極的氧化性和負(fù)極的還原性越強，與電解液的反應(yīng)性越強，這表明電池嚴(yán)重膨脹，如圖1所示。因此，在電池以高電荷狀態(tài)儲存之后，電極表面上的鈍化膜變得更厚。儲存后，對鋰離子電池的性能進行了研究。電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體使電池內(nèi)部壓力增加，電池膨脹，電極疊層結(jié)構(gòu)分離，活性物質(zhì)分離，導(dǎo)致安全隱患。通過改變烘烤時間，研究了水分對電池充氣的影響。實驗表明，電池的膨脹程度隨著濕度的增加

11、而增加。交流阻抗譜表明，水分含量大的電池第一次成型過程中形成的SEI膜較厚，穩(wěn)定性差，界面阻抗大。充放電曲線和循環(huán)曲線表明，嚴(yán)格控制水分有利于電池的電性能。用不同的電流形成電池，結(jié)果表明電流密度會影響SEI膜的組成。比較了三種成膜體系對電池性能的影響，結(jié)果表明減少成膜過程中的脫氣反應(yīng)可以減少電池容量的不可逆損失。通過分析充氣電池在儲存過程中的氣體類型和循環(huán)性能。我們認(rèn)為SEI膜的損壞是電池膨脹的直接原因。為了確保在第一次形成過程中形成良好的SEI膜，并且在隨后的儲存或循環(huán)過程中不會被損壞，改進了電池的烘烤和形成過程。經(jīng)過工藝改進后，電池的充氣現(xiàn)象明顯減少，滿足了生產(chǎn)要求，電池的內(nèi)阻隨著溫度的升

12、高而降低。當(dāng)溫度低于10時，電池的內(nèi)阻隨著溫度的升高而明顯降低，當(dāng)溫度高于25時，電池的內(nèi)阻基本趨于穩(wěn)定。在圖1(b)中，電池的內(nèi)阻隨著荷電狀態(tài)的增加而降低。當(dāng)荷電狀態(tài)小于40%時，電池內(nèi)阻隨荷電狀態(tài)的增加而明顯降低。當(dāng)荷電狀態(tài)大于40%時，電池內(nèi)阻基本趨于穩(wěn)定。內(nèi)阻變化對鋰離子電池溫升的影響分析，效應(yīng)(問題)，機器，人，大自然，材料，方法，過放電，聚合物鋰離子電池膨脹原因初探，實驗表明，電池在形成階段和儲存階段產(chǎn)生的氣體成分有很大差異。在形成階段產(chǎn)生的氣體主要是烴類氣體，而在儲存階段產(chǎn)生的氣體中CO2、O2和N2的含量顯著增加。(1)在電池形成過程中產(chǎn)生氣體的主要原因是在初始放電期間在電解質(zhì)

13、和電極表面上形成SEI層，并且電解質(zhì)溶劑系統(tǒng)被分解以產(chǎn)生烴氣體，并且氣體的類型與電解質(zhì)成分有關(guān)。(2)在儲存階段，一些電池充氣，這可能是由：引起的。首先，由于電池的密封性能差，因此選用循環(huán)性能差的材料，工藝合理，制作完美，電池芯的循環(huán)無法保證；選擇較好的材料，即使在后續(xù)制造中有一些問題，循環(huán)性能也不會太差(一個鈷酸鋰只有135.5毫安/克左右，鋰電池是分開的，雖然有100多種1C，但0.5C，500多倍90%；一次電池芯拆卸后，負(fù)極帶有黑色石墨顆粒的電池芯具有正常的循環(huán)性能)。從材料的角度來看，整個電池的循環(huán)性能是由正極與電解液匹配后的循環(huán)性能和負(fù)極與電解液匹配后的循環(huán)性能中較差的一個決定的。

14、材料的循環(huán)性能差。一方面，晶體結(jié)構(gòu)在循環(huán)過程中變化太快，這使得不可能完成鋰嵌入和鋰去除。另一方面，活性物質(zhì)和相應(yīng)的電解質(zhì)可能不能形成致密和均勻的SEI膜，這導(dǎo)致活性物質(zhì)和電解質(zhì)之間過早的副反應(yīng)，這導(dǎo)致電解質(zhì)消耗過快，從而影響循環(huán)。在電池單元的設(shè)計中，如果一極確定選擇循環(huán)性能差的材料，另一極不需要選擇循環(huán)性能好的材料，這是浪費。2.正負(fù)壓實：過度的正負(fù)壓實可以提高電池的能量密度，但也會在一定程度上降低材料的循環(huán)性能。從理論上講，壓實越大，對材料結(jié)構(gòu)的破壞越大，材料的結(jié)構(gòu)是保證鋰離子電池可回收利用的基礎(chǔ)；此外，具有較高的正極和負(fù)極緊密度的電池難以確保較高的液體保持力，這是電池完成正常循環(huán)或更多循環(huán)

15、的基礎(chǔ)。3.水分：過多的水分會引起正負(fù)活性物質(zhì)的副反應(yīng)，破壞它們的結(jié)構(gòu)，進而影響循環(huán)。同時，過多的水分不利于SEI膜的形成。然而，雖然微量的水很難去除，但微量的水也能在一定程度上保證電池的性能。4.涂膜密度：在單一變量中幾乎不可能考慮涂膜密度對循環(huán)的影響。薄膜密度的不一致要么導(dǎo)致容量的差異，要么導(dǎo)致電池卷繞或?qū)訅簩訑?shù)的差異。對于相同型號、相同容量和相同材料的電池，降低膜密度相當(dāng)于增加一層或多層繞組或疊片，相應(yīng)地增加膜可以吸收更多的電解液以保證循環(huán)?？紤]到較薄的薄膜密度可以提高電池的倍率性能，并且極片和裸電池的烘干和脫水會更容易，當(dāng)然，薄膜密度太薄的涂覆過程中的誤差可能更難控制，并且活性物質(zhì)中的大顆粒也可能對涂覆和滾動產(chǎn)生負(fù)面影響。更多的層意味著更多的箔和隔膜，這反過來意味著更高的成本和更低的能量密度。因此，評價應(yīng)該是平衡的。5.負(fù)極過量：負(fù)極過量的原因不僅是第一不可逆容量和涂膜密度偏差的影響，也是對循