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鋰離子電池是如何工作的?鋰電池隔膜的功能

來源:存能電氣  日期:2019-08-15 11:04  瀏覽量:

  鋰離子電池是如何工作的?鋰電池隔膜的功能。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。鋰電池的結構中,隔膜是關鍵的內層組件之一。隔膜的主要功能是隔離正負極并阻止電子穿過,同時能允許離子通過,從而完成在充放電過程中鋰離子在正負極之間的快速傳輸。

鋰離子電池.jpg

  鋰離子電池是如何工作的?

  鋰離子是采用含有鋰元素的材料作為電極的電池,它是現代高性能電池的代表。目前,我們用的手機、筆記本電腦、數碼攝像機等都是使用的鋰離子電池。鋰離子電池是一種可以充電的電池,它主要依靠鋰離子在正極和負極之間的移動來工作。通常人們把鋰離子進入正極材料的過程叫嵌入,離開的過程叫脫嵌;鋰離子進入負極材料的過程叫插入,離開的過程叫脫插。鋰離子電池是由鋰電池發展而來。

  很多人的誤區是鋰離子電池中有金屬鋰的存在,但其實只是鋰離子的化合物,這種在正極上使用的化合物能夠在充電時會分解出鋰離子,以碳素材料為負極的蓄電池。鋰離子嵌入和脫離正極化合物的過程就是蓄電池充電和放電的過程,這個過程同時伴隨著與鋰離子等量電子的嵌入和脫離。

  鋰電池是如何進行充電放電工作的?

  鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當對電池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到負極。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。

  充電過程中鋰離子無法插入;過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結構,而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來。

  在鋰離子電池的充放電過程中,鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態。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,而鋰離子就象優秀的運動健將,在搖椅的兩端來回奔跑。所以,專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。

  鋰離子電池放電:放電的過程與充電的過程相反,負極的鋰離子脫離碳素材料的小孔,返回正極。回到正極的鋰離子的數量越多,電池的電量使用的就越多,剩余電量就越少。

  鋰離子電池充電:充電的過程就是鋰離子生成和運動的過程,電池正極的化合物產生大量的鋰離子,進過電解液之后,鋰離子由正極運動到負極。而鋰離子電池的負極是由碳素材料構成的,到達負極的鋰離子會嵌入在碳素材料的小孔中,碳素材料能夠容納的鋰離子越多,電池能夠容納的電量就越大,也就是常說的容量(mAh)。

  鋰離子電池隔膜的功能

  隔膜性能的優劣直接影響著鋰電池內阻、放電容量、循環使用壽命以及電池安全性能的好壞。隔膜越薄、孔隙率越高,電池的內阻越小,高倍率放電性能就越好。在鋰電池的結構中,隔膜是關鍵的內層組件之一。對于鋰電池系列,由于電解液為有機溶劑體系,因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料,一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

  隔膜是鋰離子電池的重要組成部分,它位于電池內部正負極之間,保證鋰離子通過的同時,阻礙電子傳輸。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等,直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性,性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。

  近年來,鋰離子電池技術發展迅速,隔膜作為電池中的核心材料之一,決定著鋰離子電池的性能,因此隔膜材料及制備技術急需被深入研究。目前,商業化的鋰電池隔膜以聚烯烴隔膜為主,制備工藝正從干法向濕法過渡,但是近幾年已經發展出了不同材料體系,不同制備工藝的隔膜。

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