过去十年, 锂离子电池已成为几乎所有行业的主导充电电池化学材料. 相比之前流行的化工材料 (铅酸电池, 镍镉电池, 和碱性电池), 锂离子电池在很多方面都具有优越性. 锂是目前使用的能量密度最高的化学材料, 以及一些附加功能, 它可以成为最安全的化工材料. 锂能源是一个活跃的研究领域, 因此每年都会开发出新的化学材料.

锂离子电池的概念最早于20世纪70年代提出, 英国化学家斯坦利·惠廷厄姆发明了一种可以随时间自行充电的电池. 他尝试使用二硫化钛和锂金属作为电极, 但这导致电池短路并爆炸.
锂金属电池的安全问题促使锂离子电池的发展. 虽然锂金属电池具有更高的能量密度, 使用特定的安全准则进行充电和放电时，锂离子电池非常安全.
20世纪80年代, 约翰·古迪纳夫和吉野彰进一步进行实验，使电池更安全. 锂离子电池的研发由此开始.

20世纪90年代, 锂离子技术开始受到青睐并迅速普及. 当时, 索尼生产出第一批商用电池, 标志着锂离子电池商业化的开始. 同时, 便携式电子设备市场正在快速增长, 需要轻型可充电电池为其供电. 锂离子电池, 作为安全且强大的电池, 都成为了最好的选择.

过去十年, 锂离子电池已成为几乎所有行业的主导充电电池化学材料. 相比之前流行的化工材料 (铅酸电池, 镍镉电池, 和碱性电池), 锂离子电池在很多方面都具有优越性. 锂是目前使用的能量密度最高的化学材料, 以及一些附加功能, 它可以成为最安全的化工材料. 锂能源是一个活跃的研究领域, 因此每年都会开发出新的化学材料.
现在, 这 全球锂离子电池应用企业前五名 是:
catl (中国)
LG Chem (韩国)
比亚迪 (中国)
松下 (日本)
三星SDI (韩国)

2. 锂离子电池结构

2.1 什么是锂离子电池

简单地说, 一个锂离子电池指的是带有负极的电池 (阳极) 和正极 (阴极), 锂离子在两种材料之间传输. 锂离子电池的工作原理与任何其他可充电电池相同.

放电期间, 锂离子从阳极移动到阴极并沉积 (嵌入) 进入由锂和其他金属组成的正极. 充电时, 这个过程是相反的.
每个锂离子电池都有一个可以安全运行的电压范围. 范围取决于电池中使用的电解质的化学成分. 例如, LFP 电池的电压为 2.5V 0% 充电状态 (SOC) 和3.6V 100% SOC. 这通常被认为是磷酸铁锂电池的安全工作范围, 低于规定范围则视为过量放电, 并且超过规定的 100% SOC被认为是过度充电.

2.2 锂离子电池结构

2.2.1 阳极

阳极是电池中的负极. 在锂离子电池中, 阳极通常由锂和碳组成 (通常是石墨粉). 纯度, 粒径, 负极材料的均匀分布都会影响其容量和老化速度.

2.2.2 阴极

阴极是正极. 这就是不同化学物质发挥作用的地方. 正极决定了锂能源的整体化学性质. 就像阳极一样, 集电极与材料结合，促进电子反应活性. 它们之间的主要区别在于不同化学物质与电解质反应的温度 (热失控) 以及它们产生的电压的大小.

2.2.3 电解质

电解质允许锂离子在两块板之间转移和移动. 通常, 它由不同的有机碳酸酯组成, 例如碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯. 不同的混合及比例取决于电池的应用环境.
例如, 适用于低温应用, 电解质溶液的粘度会低于室温下电解质溶液的粘度. 在锂电池中, 六氟磷酸锂 (六氟化锂) 是最常见的锂盐. 可以说，锂离子电池中应用最广泛的电解液是六氟磷酸锂 (六氟化锂), 其品质决定充放电性能, 使用寿命, 锂离子电池的安全性和安全性.

因为LiPF6的综合综合性能最好, 具有优良的环保性, 正极集流体钝化，防止电极腐蚀, 当与水混合时, 它产生氢氟酸 (高频), 有利于负极SEI膜的形成.
SEI是锂金属与电解液之间的化学反应, 在锂金属表面形成固体电解质层. 起到锂金属与电解液之间的隔离和保护作用.
正常情况下, 电池制造商通常缓慢充电，以在碳阳极上形成均匀的 SEI.

2.2.4 隔膜

锂离子电池的隔膜是一种多孔塑料薄膜，有利于防止阳极和阴极之间的直接接触. 这些薄膜通常是 20 微米厚，具有小孔，可让锂离子在充电和放电过程中通过. 一旦电池超出温度范围或发生短路, 该隔膜将封闭孔隙并防止锂离子通过, 从而停止化学反应.

3. 锂离子电池的优点

3.1 锂离子电池结构优点

1. 高倍率放电, 容量稳定

2.快速充电

锂离子电池 – 内充电 1 小时

铅酸电池 – 结束 9 小时

3.占地面积小，承载能力强

4.多次循环，使用寿命长

锂离子电池 – 循环寿命通常为 5000 次, 并且完全放电不影响循环寿命

铅酸电池 -300 到 500 次, 完全放电会影响其寿命

5.高能效率

锂离子电池 -96% 输出, 4% 热量损失

铅酸电池 -15% 热损失为 85% 输出

6.充电电压范围宽

无需电压补偿

7.降低热管理成本

锂离子电池——可接受的空气流通

铅酸电池——需要空调

8.无气体排放

锂离子电池 – 在密封容器中运行

铅酸电池——需要氢气通风

9.无毒, 无回收限制

绿色新能源, 使用安全可靠.

更多锂电池和铅酸电池的比较, 点击查看: 锂电池对比. 铅酸蓄电池 以获得更详细和具体的内容.

3.2 选择锂离子电池替代铅酸电池的原因

3.2.1 提高效率

得益于 BMS 和充电技术的进步, 锂离子电池供电设备有助于提高效率并减少因需要对电池供电设备充电而导致的停机时间.

3.2.2 提高生产力

运营商无需担心设备充电问题, 锂离子电池技术允许公司投资自动化解决方案, 降低企业成本.

3.2.3 更简单的充电和存储方式

锂离子电池可随时充电, 这意味着您可以在方便时为它们充电. 锂离子电池也不需要自己的充电或存储空间, 因为它们不会像铅酸电池那样造成环境风险.

3.2.4 无需维护

与铅酸电池不同, 锂离子电池不需要繁琐的检查和维护方法.

3.2.5 提高操作安全性

锂离子电池通过多种手段提高设施运行安全, 由于过热风险较低，它们也更加环保, 爆炸, 或有害气体或液体的排放.

4.1 平衡充电

在高于正常电压的完整充电周期后对电池过度充电. 此步骤对于帮助去除累积的硫酸盐并平衡铅酸电池中每个电池的电压是必要的.

4.2 电池退化

减少电池可存储能量的过程. 温度, 充放电电压, 充电和放电深度会影响电池容量随时间下降的程度.

4.3 电池循环次数

如果电池完成一次充放电为一个循环, 累计充放电次数. 电池循环包括 100% 放电和充电.

4.4 电池寿命

电池在其使用寿命内可以使用多长时间. 寿命是通过充电和放电的完整循环次数来衡量的.

4.5 工作温度

电池工作周围环境可接受的温度. 如果工作温度超出范围, 电池可能会失效.

4.6 UL 列名/认证

UL 列名/认证意味着 UL 已评估产品样品以确保其满足特定要求. 这包括涵盖锂离子电池结构的功能安全和用例的测试样本.

5. 为什么选择锂离子- 从锂离子电池结构角度分析

5.1 品质优良

锂离子电池的高能量密度和广泛的放电循环是最重要的因素, 使它们在许多设备中不可或缺. 它们在许多其他方面也优于传统电池化学. 除了电池能量密度高之外, 它们还可以高功率放电并快速充电. 这使它们比铅酸电池具有更大的操作灵活性.
充电功率或时间紧张的应用场景, 例如太阳能光伏系统, 部分充电状态下连续工作不会对锂离子电池造成伤害.

5.2 环保

锂离子电池与环境的相互作用非常温和. 充电时无有害气体排放, 并且热损失非常低. 这意味着锂离子电池可以在封闭空间内使用, 与周围环境完全隔离. 废旧电池的回收再利用也很方便, 因为它们不含镉等有毒物质, 汞, 并领导.

5.3 多种结构类型

放电期间, 电荷通过电池电极之间的外部电路移动. 为了平衡电池内的电荷转移, 带正电的锂离子穿过正极和负极之间的内部电解质电路. 充电时, 该过程是相反的, 锂离子通过电解质返回.
多种类型的化学品可用作阴极 (阴极) 制造携带锂离子的电极材料. 电解质材料也是一个研究方向, 而固体、液体等物质的状态也是一个研究课题. 这是一个非常活跃的研究和开发领域, 正在推动锂离子电池在越来越多的市场应用中的发展.

结论

现在你已经了解了这么多的分析和数据, 你应该对锂电池有一定的了解: 他们的历史, 优点, 及发展方向.
电动产品的未来已经到来. 传统能源向新能源转型需求不容忽视. 随着越来越多的行业和企业认识到锂离子电池技术的优势, 做出转移业务重点的决策变得更加容易.

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常问问题

1. 锂电池可以代替碱性电池吗?

虽然锂电池采用了更昂贵的电池技术, 它们保持高电压的能力意味着它们是碱性电池的绝佳替代品.

2.锂电池会漏液吗?

锂电池不漏液, 所以它们储存起来非常安全.
锂与空气或水接触时会着火. 它们不太可能泄漏，因为液体电解质, 废气处理技术已经非常成熟.

3.锂离子电池在什么温度下会爆炸?

锂电池在以下情况下可能会爆炸 538 摄氏度.
如果锂电池长时间受热, 它可能. 因为锂离子电池具有非常高的能量, 当它们变热时, 它们释放出作用于电解质的有机溶剂; 这种热量可能会导致它们爆炸.
电池端子与金属接触时发生的短路也会引起爆炸.

消息

锂离子电池结构介绍 2024

概述

1. 锂离子电池的发展历史