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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, 让电池容量产生永久性的下降。 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,放电时最好不要放到 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,介绍一下国内唯一一家在市场上推广,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