鋰電池鼓包是怎么回事，鋰電池鼓氣成分及原理分析
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-14 10:37
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在試驗(yàn)過(guò)程中，兩組之間各自采用這種方式均衡，當(dāng)兩組之間出現(xiàn)偏差的時(shí)候，就可以采用雙向DC-DC進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換了，這樣采用的模塊數(shù)量較少，設(shè)計(jì)比較方面，我當(dāng)時(shí)沒(méi)有采用雙向DC-DC，而是簡(jiǎn)單的采用的能量消耗性做兩組之間電池的均衡。從最終的試驗(yàn)效果來(lái)看，電池均衡還是比較不錯(cuò)的。
示意圖已經(jīng)補(bǔ)充完了，這就是截止目前為止，我試驗(yàn)過(guò)的四種電池均衡的方式，均衡的電池從2AH到1000AH，串聯(lián)的節(jié)數(shù)從7串到120串，個(gè)人感覺(jué)如下：
1、對(duì)于10AH以內(nèi)的電池組，采用能量消耗型可能是比較好的選擇，控制簡(jiǎn)單。
2、對(duì)于幾十AH的電池組來(lái)說(shuō)，采用一拖多的反激變壓器，結(jié)合電池采樣部分來(lái)做電池均衡應(yīng)該是可行的。
3、對(duì)于上百AH的電池組來(lái)說(shuō)，可能采用獨(dú)立的充電模塊會(huì)好一些，因?yàn)樯习貯H的電池，均衡電流都在10多A左右，如果串聯(lián)節(jié)數(shù)再多一些，均衡功率都很大，引線到電池外，采用外部DC-DC或AC-DC均衡也許更安全。
目前的均衡都是以電池電壓一致作為均衡的結(jié)束條件，但隨著SOC計(jì)算越來(lái)越準(zhǔn)確，容量一致的均衡應(yīng)該是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。
鋰離子電池體系是由日本Asahi（朝日化學(xué)制品公司）在20世紀(jì)80年代初開(kāi)始研究和開(kāi)發(fā)的，并由Sony（索尼公司）于1990年將其商業(yè)化。鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度高、工作溫度寬、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、環(huán)境友好等特點(diǎn)。鋰離子電池是由正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜等構(gòu)成的。正負(fù)極材料通常是由可發(fā)生可逆鋰離子脫嵌或者氧化還原反應(yīng)的活性物質(zhì)組成。正負(fù)極材料的種類對(duì)電池的容量和能量密度起決定性作用。其中鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元材料和磷酸鹽類材料是目前市場(chǎng)上主要的商業(yè)化正極材料；而石墨、金屬及其氧化物、鈦酸鋰以及硅負(fù)極是主要使用的負(fù)極材料；作為維持在電池內(nèi)部正負(fù)極之間鋰離子的遷移與擴(kuò)散的橋梁，電解液通常是由含鋰鹽化合物與有機(jī)碳酸酯溶劑混合組成，現(xiàn)階段主要以液態(tài)電解液為主；隔膜主要由聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）微孔膜和纖維膜組成，其作用放在正負(fù)極之間防止正負(fù)極直接接觸，導(dǎo)致短路，同時(shí)禁止電子通過(guò)而允許鋰離子通過(guò)。近些年來(lái)，鋰離子電池常被設(shè)計(jì)成紐扣型、圓柱型、方型和平板型等多種形狀以滿足不同的市場(chǎng)應(yīng)用需求，如圖1所示。
1.2鋰離子電池工作原理
圖2是以過(guò)渡金屬氧化物（LiTMO2）/石墨（C）組成的鋰離子電池的工作原理示意圖。充電時(shí)，在外電壓的作用下，正極材料LiTMO2中的鋰離子脫出形成Li1-xTMO2且鋰離子經(jīng)由電解液向負(fù)極遷移擴(kuò)散并嵌入負(fù)極表面或體相中形成嵌鋰化合物L(fēng)iCx，而電子則經(jīng)由外電路向負(fù)極遷移構(gòu)成回路并形成電流，這就實(shí)現(xiàn)了能量的存儲(chǔ)。放電過(guò)程則是充電過(guò)程的逆反應(yīng)，鋰離子從LiCx嵌鋰化合物中脫出并同時(shí)釋放電子，鋰離子通過(guò)內(nèi)電路（或電解質(zhì)）從負(fù)極擴(kuò)散到正極中以維持電荷平衡，然后通過(guò)組合電子與Li1-xTMO2脫鋰正極材料反應(yīng)再次形成LiTMO2，最后實(shí)現(xiàn)釋放的能量。因此可以得出結(jié)論，鋰離子電池的充放電過(guò)程就是正負(fù)極材料可逆的氧化還原過(guò)程，且鋰離子電池整體性能取決于正負(fù)極材料鋰離子脫出或嵌入數(shù)目的能力，鋰離子脫嵌能力較差的正負(fù)極材料會(huì)產(chǎn)生不可逆容量損失，造成容量衰減，性能下降。
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鋰離子電池的制造工藝
從上面的介紹可以看出，鋰離子電池由正極、負(fù)極、隔膜、電解液、包裝材料等組成。鋰離子電池的制造過(guò)程就是將上述材料按照一定的工藝流程將其組裝在一起。典型的鋰離子電池制造工藝流程包括攪拌、涂布、輥壓、分條制片、組裝、注液、化成、老化、分容、檢測(cè)等工序。圖3為聚合物鋰離子電池制造流程。
2.1攪拌涂布
攪拌就是按照一定的配方將正（負(fù)）極粉末、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑經(jīng)過(guò)高速攪拌均勻后，形成漿料。其中導(dǎo)電劑主要有炭黑、乙炔黑、碳納米管、石墨烯等；常用的正極粘結(jié)劑為為聚四氟乙烯（PVDF），溶劑為N-甲基吡咯烷酮；常用的負(fù)極粘結(jié)劑為羧甲基纖維素（CMC）和丁苯橡膠（SBR）混用，溶劑為去離子水。常用的高速攪拌設(shè)備為雙行星攪拌機(jī)。
然后將上述正極（負(fù)極）漿料按照一定的面密度均勻涂覆在金屬箔材上，烘烤干燥之后得到極片。正極使用的箔材為鋁箔，負(fù)極使用的箔材為銅箔。常用的涂布設(shè)備為擠壓式涂布機(jī)、刮板式涂布機(jī)或噴涂式涂布機(jī)。
2.2組裝
將涂布好的極片進(jìn)行輥壓，一方面使得正極（負(fù)極）材料與導(dǎo)電劑等緊密接觸，另一方面使極片達(dá)到規(guī)定的厚度以保證電池的能量密度，同時(shí)使得極片表面光滑。常用的輥壓設(shè)備為輥壓機(jī)。將輥壓好的正極（負(fù)極）極片按照設(shè)計(jì)的寬度進(jìn)行分切、點(diǎn)焊極耳、貼膠紙等，就得到正極（負(fù)極）小片，然后在正極小片和負(fù)極小片之間放入隔膜，并卷繞成卷芯，最后將卷芯放入包裝殼中，經(jīng)過(guò)真空干燥除水之后，并注入電解液，封口，就得到了鋰離子電芯。
2.3化成分容
剛組裝好的電芯是沒(méi)有電的，必須經(jīng)過(guò)充電激活才能使用。鋰離子電池的首次充電叫做化成，其作用是激活電芯中的活性材料，一般情況下首次充電采用較小的電流，以在負(fù)極材料表面形成良好的SEI膜，以保證電池的電化學(xué)性能和循環(huán)壽命。化成之后，進(jìn)行老化、分容、自放電測(cè)試等工序就可以得到鋰離子電池。
