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1 单体电池基本组成
2 单体电池封装形式
3 电池充放电过程
4 不同电池材料性能差异 1 单体电池基本组成
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1 单体电池基本组成
2 单体电池封装形式
3 电池充放电过程
4 不同电池材料性能差异 1 单体电池基本组成
单体电池其基本组成包括以下几个关键部分 正极正极材料通常由锂的金属氧化物构成如锂钴氧化物LiCoO2、锂锰氧化物LiMn2O4、锂铁磷酸盐LiFePO4或锂镍锰钴氧化物NMC。正极材料在充放电过程中参与锂离子的嵌入和脱出。
负极通常由石墨或其衍生物构成这些材料具有层状结构可以嵌入锂离子。在一些新型电池中负极材料可能会使用硅或锡等其他材料。
电解液由锂盐如六氟磷酸锂LiPF6溶解在有机溶剂如碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC等中组成。电解液的作用是传导锂离子同时在电池内部形成离子通道。
隔膜一种多孔的绝缘材料如聚乙烯PE或聚丙烯PP它允许锂离子通过但阻止电子通过从而防止电池内部短路。
极耳包括正极耳和负极耳是电池内部电极与外部电路连接的部分。通过极耳电池可以对外输出电能或者接受外部充电电流。
外壳电池的外壳可以是钢壳、铝壳或软包形式它的作用是保护电池内部结构同时在一定程度上提供机械强度。
安全阀在某些电池设计中安全阀用于在电池内部压力过高时释放压力防止电池破裂或爆炸。
2 单体电池封装形式
圆柱标准化较好只有1865、2170、4680三种形式。
方形工艺较简单对电芯有保护成组难度小能量密度比圆柱高。但是没有标准化型号太多、工艺难统一。以前方形主要是用卷绕现在比如说刀片电池开始用叠片工艺。
软包纤薄的形式使能量密度更大但强度低、制造工艺要求高对成组的要求也高一些。 3 电池充放电过程
如下图锂离子电池在放电和充电过程中的基本工作原理。 在锂电池放电时整个过程就像一场井然有序的 “离子大迁徙”。负极由锂插层石墨构成此时负极中的锂离子会从石墨中脱离出来成为自由的锂离子。这些锂离子通过电解液作为 “通道”朝着正极方向移动。与此同时电子从负极的铜制集电器出发沿着外部电路奔向正极的铝制集电器为外部设备提供电能。在正极锂离子和电子与锂 - 金属氧化物发生反应使得正极材料得到电子和锂离子完成整个放电过程。这一过程中化学能被转化为电能驱动外部设备工作。
锂电池充电过程与放电过程恰好相反。当外部电源接入时电子从电源流入负极的铜制集电器。正极的锂 - 金属氧化物在外部电源的作用下失去电子和锂离子。失去的锂离子通过电解液向负极移动就像归家的游子最终嵌入到负极的锂插层石墨中。在这个过程中电能被转化为化学能储存起来。随着充电的进行越来越多的锂离子回到负极直到电池充满电为下一次的放电过程做好准备。整个充放电过程是一个可逆的化学反应这也是锂电池能够反复使用的关键所在。
4 不同电池材料性能差异
三元锂电池正极材料采用镍钴锰酸锂NCM或镍钴铝酸锂NCA三元材料。其中镍、钴和锰或铝是主要的活性元素而锂则是离子迁移的主要载体。
优势三元锂电池具有较高的能量密度能够提供更长的续航里程。较好的高温性能三元锂电池在高温环境下性能相对稳定。
劣势三元锂电池在高温或短路等异常情况下可能发生热失控存在安全隐患。成本较高由于使用了较昂贵的镍、钴等元素三元锂电池的成本相对较高。
磷酸铁锂电池正极材料是磷酸铁锂LiFePO4其由锂离子、铁离子和磷酸根离子组成。
优势磷酸铁锂电池的热稳定性较高不易发生热失控等安全问题。磷酸铁锂电池具有较长的循环寿命能够支持电动汽车的长期使用。磷酸铁锂电池的成本相对较低不含贵重金属元素。
劣势相对于三元锂电池磷酸铁锂电池的能量密度较低限制了电动汽车的续航里程。磷酸铁锂电池在高温环境下的性能相对较差。
