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聚合物锂电池的详细工作原理

发布者:【蓝狮平台资讯】   发布时间:2021-09-07 09:09:42   点击量:1338

聚合物锂电池">聚合物锂电池一般指锂聚合物电池,又称高分子锂电池,是一种化学性质的电池.相对以前的电池来说,具有能量高、小型化、轻量化的特点.


所谓的锂聚合物电池是指在三要素中至少有一个或一个以上采用高分子材料的电池系统.在锂聚合物电池系统中,高分子材料大多数被用在了正极和电解质上.正极材料使用的是导电高分子聚合物或一般锂离子电池">锂离子电池所使用的无机化合物,负极常应用锂金属或锂碳层间化合物,电解质是采用固态或者胶态高分子电解质或者有机电解液.由于锂聚合物中没有多余的电解液,因此它更可靠更稳定.

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聚合物锂电池的工作原理



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一、锂离子电池电池组成部分如下:


(1)正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂,镍钴锰酸锂材料,电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂(俗称三元)或者三元+少量锰酸锂,纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电极流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。


(2)隔膜——种经特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔结构,可以让锂离子自由通过,而电子不能通过。


(3)负极——活性物质为石墨,或近似石墨结构的碳,导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。


(4)有机电解液——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂,聚合物的则使用凝胶状电解液。


(5)电池外壳——分为钢壳(方型很少使用)、铝壳、镀镍铁壳(圆柱电池使用)、铝塑膜(软包装)等,还有电池的盖帽,也是电池的正负极引出端。


二、锂电池工作原理


下面从锂电池充电过程、放电过程和电池保护板三大部分给大家介绍其工作原理:


1、锂电池充电过程


锂电池工作原理


电池的正极由锂离子生成,生成的锂离子从正极“跳进”电解液里,通过电解液“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,运动到负极,与早就通过外部电路跑到负极的电子结合在一起。●正极上发生的反应为:LiCoO2==充电==Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)●负极上发生的反应为:6C+XLi++Xe=====LixC6在充电的过程中,Li+从正极LiCoO2中脱出,进入电解液,在充电器附加的外电场作用下向负极移动,依次进入石墨或焦炭C组成的负极,在负极形成LiC化合物。2、锂电池放电过程


放电时电子和Li+都是同时行动的,方向相同但路径不同,电子从负极通过外部电路跑到正极;锂离子Li+从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。


锂离子电池有液态锂离子电池(LIB)和锂聚合物电池(PLIB)两类.其中,液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池.正极采用锂化合物LiCoO2,LiNiO2或LiMn2O4,负极采用锂—碳层间化合物LixC6,典型的电池体系为:


(-)C|LiPF6—EC+DEC|LiCoO2(+)


正极反应:LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe-


负极反应:6C+xLi++xe-=LixC6


电池总反应:LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6


锂聚合物电池的原理与液态锂相同,主要区别是电解液与液态锂不同.电池主要的构造包括有正极、负极与电解质三项要素.所谓的锂聚合物电池是说在这三种主要构造中至少有一项或一项以上使用高分子材料作为主要的电池系统.而在所开发的锂聚合物电池系统中,高分子材料主要是被应用于正极及电解质.


正极材料包括导电高分子聚合物或一般锂离子电池所采用的无机化合物,电解质则可以使用固态或胶态高分子电解质或是有机电解液,一般锂离子技术使用液体或胶体电解液,因此需要坚固的二次包装来容纳可燃的活性成分,这就增加了重量,另外也限制了尺寸的灵活性.


3、电池保护板


顾名思义,电池保护板主要是针对可充电电池(一般指锂电池)起保护作用的集成电路板。锂电池(可充型)之所以需要保护,是由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电,因此锂电池总会有保护板和一片电流保险器出现。下图为电池板保护电路。PTC:正温度系数热敏电阻;NTC:负温度系数热敏电阻,在环境温度升高时,其阻值降低,使用电设备或充电设备能够及时反应,控制内部中断而停止充放电;U1为电路保护芯片,U2为两个反接的MOSFET开关。正常状态下电池板U1的CO和DO都输出高电压,两个MOSFET都处于打开状态,电池可以自由充放电。


充电保护简化原理图


过充电保护:当U1检测到电池电压达到过充保护门限,CO管脚输出低电平,MOS管开关2由导通转为关闭,充电回路关断,充电器无法再对电池充电,从而实现过充保护。


过放电保护:在电池放电过程中,当U1检测到电池电压低于过放保护门限时,DO脚由高电平转变为低电平,MOS管开关1关闭,使电池无法再放电;过放电保护状态下电池电压不能再降低,要求保护电路的电流极小,控制电路进入低功耗。过流保护:正常情况下,电池对负载进行放电,电流经过两个串联的MOS管开关,VM管脚检测到两个MOS管的压降电压为U。若负载因某种原因导致U异常,使回路电流增大,当U大于一定值时,DO管脚由高电压转变为低电压,MOS管开关1关闭,从而使放电回路电流为零,达到过电流保护作用。


我们日常使用的手机和笔记本电池其实是锂离子电池,锂系电池分为锂电池和锂离子电池,但大家俗称为锂电池。真正的锂电池由于危险性大,很少应用于日常电子产品。今天详解锂电池工作原理和结构,让大家全方位的了解锂电池。

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  • 高性能

    能量密度:125-160Wh/kg
    充放电能力:5-10C(20-80%DOD)
    温度范围:-40℃—65℃
    自耗电:≤3%/月

  • 高安全

    过充电、过放电、针刺、 挤压、短路、
    撞击、高温、枪击时电池不燃烧、爆炸。

  • 高可靠

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    80%容量保持率;
    电池管理系统可靠、稳定、适应性 强,
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