锂电池研发
时间:2018-08-04 09:15:55 来源:
“锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。
保护措施
锂电池芯过充到电压高于 4.2V 后,会开始产生副作用。过充电压愈高,危险性也跟着愈高。锂电芯电压 高于 4.2V 后, 正极材料内剩下的锂原子数量不到一半, 此时储存格常会垮掉, 让电池容量产生下降。 如果继续充电,由于负极的储存格已经装满了锂原子,后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会 由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸,使正负极短路。有时在短路 发生前电池就先爆炸,这是因为在过充过程,电解液等材料会裂解产生气体,使得电池外壳或压力阀鼓涨破 裂,让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应,进而爆炸。因此,锂电池充电时,一定要设定电压上限, 才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为 4.2V。 锂电芯放电时也要有电压下限。 当电芯电压低于 2.4V 时, 部分材料会开始被破坏。 又由于电池会自放电, 放愈久电压会愈低,因此,放电时不要放到 2.4V 才停止。锂电池从 3.0V 放电到 2.4V 这段期间,所释放 的能量只占电池容量的 3%左右。因此,3.0V 是一个理想的放电截止电压。 充放电时,除了电压的限制,电流的限制也有其必要。电流过大时,锂离子来不及进入储存格,会聚集 于材料表面。
这些锂离子获得电子后,会在材料表面产生锂原子结晶,这与过充一样,会造成危险性。万一 电池外壳破裂,就会爆炸。 因此,对锂离子电池的保护,至少要包含:充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电 池组内,除了锂电池芯外,都会有一片保护板,这片保护板主要就是提供这三项保护。但是,保护板的这三 项保护显然是不够的,全球锂电池爆炸事件还是频传。要确保电池系统的安全性,必须对电池爆炸的原因, 进行更仔细的分析。
爆炸原因
1、内部极化较大;2、极片吸水,与电解液发生反应气鼓;
3、电解液本身的质量、性能问题;
4、注液时候注液量达不到工艺要求;
5、装配制程中激光焊接密封性能差,测漏气时漏气;
6、粉尘、极片粉尘首先易导致微短路;
7、正负极片较工艺范围偏厚,入壳难;
8、注液封口问题,钢珠密封性能不好导致气鼓;
9、壳体来料存在壳壁偏厚,壳体变形影响厚度;
10、外面环境温度过高也是导致爆炸的主要原因。
导电图层:
导电涂层也称为预涂层,在锂电池行业内通常指涂覆于正极集流体——铝箔表面的一层导电涂层,涂覆导电涂层的铝箔称为预涂层铝箔或简称涂层铝箔,其最早在电池中的实验可以追溯到70年代,而随着新能源行业的发展,特别是磷酸铁锂电池的发展而风生水起,成为业内炙手可热的新技术或新材料。导电涂层在锂电池中能有效提高极片附着力,减少粘结剂的使用量,同时对于电池的电性能也有显著提升。国外的大公司产品就不介绍了,介绍一下国内一家在市场上推广,并拥有自主知识产权的产品——WX112,由中兴新旗下的上海中兴派能能源科技有限公司研发和生产,从拿到的样品看,满涂、留边、留间隙等技术要求都可以实现。性能如下:
1. 接触电阻下降40%
2. 胶黏剂用量降低50%
3. 同倍率下,电池电压平台提升20%
4. 材料与集流体附着力提高30%,经过长期循环不会有脱层现象
涂碳铝箔:
涂碳铝箔是由导电碳为主的复合型浆料与高纯度的电子铝箔,以转移式涂覆工艺制成。应用范围
细颗粒活性物质的功率型锂电池正极为磷酸亚铁锂
正极为细颗粒的三元/锰酸锂
用于超级电容器、锂一次电池(锂亚、锂锰、锂铁、扣式等)替代蚀刻铝箔
作用
抑制电池极化,减少热效应,提高倍率性能;降低电池内阻,并明显降低了循环过程的动态内阻增幅;
提高一致性,增加电池的循环寿命;
提高活性物质与集流体的粘附力,降低极片制造成本;
保护集流体不被电解液腐蚀;
提高磷酸铁锂电池的高、低温性能,改善磷酸铁锂、钛酸锂材料的加工性能