鋰離子蓄電池的電解液的組成是什么?壓片厚度對(duì)電池性能有什么影響?
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-04 22:53
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“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí)，M. S. WhitTIngham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的?？沙潆婋姵氐牡谖宕a(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。
鋰電池的發(fā)展進(jìn)程：
1970年，埃克森的M.S.WhitTIngham采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料，金屬鋰作為負(fù)極材料，制成首個(gè)鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù)極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓，不需充電。鋰離子電池(Li-ion Batteries)是鋰電池發(fā)展而來。舉例來講，以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電池。這種電池也可以充電，但循環(huán)性能不好，在充放電循環(huán)過程中容易形成鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短路，所以一般情況下這種電池是禁止充電的。1980年，J. Goodenough 發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料。
1982年伊利諾伊理工大學(xué)(the Illinois InsTItute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，此過程是快速的，并且可逆。與此同時(shí)，采用金屬鋰制成的鋰電池，其安全隱患備受關(guān)注，因此人們嘗試?yán)娩囯x子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個(gè)可用的鋰離子石墨電極由貝爾實(shí)驗(yàn)室試制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料，具有低價(jià)、穩(wěn)定和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)鋰性能。其分解溫度高，且氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，即使出現(xiàn)短路、過充電，也能夠避免了燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。
1989年，A.Manthiram和J.Goodenough發(fā)現(xiàn)采用聚合陰離子的正極將產(chǎn)生更高的電壓。
1992年日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。隨后，鋰離子電池革新了消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌。此類以鈷酸鋰作為正極材料的電池，至今仍是便攜電子器件的主要電源。
1996年P(guān)adhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽，如磷酸鐵鋰(LiFePO4)，比傳統(tǒng)的正極材料更具安全性，尤其耐高溫，耐過充電性能遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)鋰離子電池材料。因此已成為當(dāng)前主流的大電流放電的動(dòng)力鋰電池的正極材料。
縱觀電池發(fā)展的歷史，可以看出當(dāng)前世界電池工業(yè)發(fā)展的三個(gè)特點(diǎn)，一是綠色環(huán)保電池迅猛發(fā)展，包括鋰離子蓄電池、氫鎳電池等;二是一次電池向蓄電池轉(zhuǎn)化，這符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略;三是電池進(jìn)一步向小、輕、薄方向發(fā)展。在商品化的可充電池中，鋰離子電池的比能量最高，特別是聚合物鋰離子電池，可以實(shí)現(xiàn)可充電池的薄形化。正因?yàn)殇囯x子電池的體積比能量和質(zhì)量比能量高，可充且無污染，具備當(dāng)前電池工業(yè)發(fā)展的三大特點(diǎn)，因此在發(fā)達(dá)國家中有較快的增長。電信、信息市場(chǎng)的發(fā)展，特別是移動(dòng)電話和筆記本電腦的大量使用，給鋰離子電池帶來了市場(chǎng)機(jī)遇。而鋰離子電池中的聚合物鋰離子電池以其在安全性的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，將逐步取代液體電解質(zhì)鋰離子電池，而成為鋰離子電池的主流。聚合物鋰離子電池被譽(yù)為 “21世紀(jì)的電池”，將開辟蓄電池的新時(shí)代，發(fā)展前景十分樂觀。
2015年3月，日本夏普與京都大學(xué)的田中功教授聯(lián)手成功研發(fā)出了使用壽命可達(dá)70年之久的鋰離子電池。此次試制出的長壽鋰離子電池，體積為8立方厘米，充放電次數(shù)可達(dá)2.5萬次。并且夏普方面表示，此長壽鋰離子電池實(shí)際充放電1萬次之后，其性能依舊穩(wěn)定。
鋰電池的發(fā)展前景：
為了開發(fā)出性能更優(yōu)異的品種，人們對(duì)各種材料進(jìn)行了研究。從而制阿聯(lián)酋鋰電池公交車(荷蘭制造)造出前所未有的產(chǎn)品。比如，鋰二氧化硫電池和鋰亞硫酰氯電池就非常有特點(diǎn)。它們的正極活性物質(zhì)同時(shí)也是電解液的溶劑。這種結(jié)構(gòu)只有在非水溶液的電化學(xué)體系才會(huì)出現(xiàn)。所以，鋰電池的研究，也促進(jìn)了非水體系電化學(xué)理論的發(fā)展。除了使用各種非水溶劑外，人們還進(jìn)行了聚合物薄膜電池的研究。
鋰電池廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲(chǔ)能電源系統(tǒng)，郵電通訊的不間斷電源，以及電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車、軍事裝備、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。
鋰離子電池以其特有的性能優(yōu)勢(shì)已在便攜式電器如手提電腦、攝像機(jī)、移動(dòng)通訊中得到普遍應(yīng)用。開發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車中開始試用，預(yù)計(jì)將成為21世紀(jì)電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿﹄娫粗?，并將在?cè)面人造衛(wèi)星、航空航天和儲(chǔ)能方面得到應(yīng)用。隨著能源的緊缺和世界的環(huán)保方面的壓力。鋰電被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車行業(yè)，特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現(xiàn)，更推動(dòng)了鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。
《規(guī)劃》出臺(tái) 有望改變世界鋰電池格局
4月18日，國務(wù)院討論通過了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012~2020年)》(下稱《規(guī)劃》)，明確了以純電驅(qū)動(dòng)為汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向，推廣普及非插電式的混合動(dòng)力汽車，并提出了在2015年純電動(dòng)以及混合動(dòng)力車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量達(dá)到50萬輛，到2020年超過500萬輛的目標(biāo)。
《規(guī)劃》的出臺(tái)，在坊間引發(fā)巨大關(guān)注。諸多專家認(rèn)為，此舉將促進(jìn)汽車業(yè)進(jìn)入新一輪發(fā)展期，此外，還在無形中為節(jié)能與新能源汽車的核心部件動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)勾勒出一個(gè)龐大的市場(chǎng)輪廓。
《2013-2017年中國鋰電池行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告》數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國新能源汽車、電網(wǎng)儲(chǔ)能、特種車、通信基站等領(lǐng)域的成品鋰電池組市場(chǎng)規(guī)模為35億元，比2011年的26億元增長34.6%。其中新能源汽車的應(yīng)用占比為57%。
自從2007年蘋果公司發(fā)布智能手機(jī)，隨后又推出平板電腦以來，全球便進(jìn)入了智能化時(shí)代，對(duì)智能手機(jī)和平板電腦的強(qiáng)烈需求快速推動(dòng)了數(shù)碼鋰電池的銷量，其中以手機(jī)鋰電池銷量最大。
2012年數(shù)碼鋰電池行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的快速調(diào)整，一方面使軟包鋰電池、圓柱鋰電池的銷量快速增加，并保持30%以上的增速，另一方面又使鋁殼方形鋰電池的市場(chǎng)規(guī)模迅速萎縮。整個(gè)數(shù)碼鋰電池行業(yè)正在經(jīng)歷深刻的變化，對(duì)投資者而言，能否在變革中把握市場(chǎng)趨勢(shì)的變化決定了公司未來命運(yùn)。
鋰電池的應(yīng)用：
隨著二十世紀(jì)微電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對(duì)電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的實(shí)用階段。
最早得以應(yīng)用的是鋰亞原電池，用于心臟起搏器中。由于鋰亞電池的自放電率極低，放電電壓十分平緩。使得起搏器植入人體長期使用成為可能。
鋰錳電池一般有高于3.0伏的標(biāo)稱電壓，更適合作集成電路電源，廣泛用于計(jì)算機(jī)、計(jì)算器、手表中。
鋰離子電池大量應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)工具、電動(dòng)車、路燈備用電源、航燈、家用小電器上，可以說是最大的應(yīng)用群體。
31、如何在生產(chǎn)過程中控制電池內(nèi)部的水份?
1、 作好防潮、防濕處理。
2、 縮短操作時(shí)間，減少極片在空氣中暴露時(shí)間。
3、 合理正確地進(jìn)行烘烤作業(yè)。
4、 盡量在干燥環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。
32、鋰離子蓄電池的活性正極材料是什么?
鋰鹽;如鈷酸鋰，錳酸鋰，鎳酸鋰等。
33、鋰離子蓄電池的活性負(fù)極材料是什么?
石墨粉
34、電極材料為何要加入導(dǎo)電劑?
在電池工作時(shí)，電池的活性物質(zhì)無論充放電都不會(huì)溶解在電解液中，為加強(qiáng)活性物質(zhì)與網(wǎng)柵、集流片的接解導(dǎo)電性，而加放導(dǎo)電劑。
35、鋰離子蓄電池的電解液的組成是什么?
常用的為六氟磷酸鋰，四氧氯酸鋰(LiPF6、LiClO4)等。
36、配料的目的是什么?
使活性物質(zhì)分散均勻，便于拉漿均勻，上漿量恒定。
37、正、負(fù)極片拉漿的三個(gè)基本參數(shù)。
拉漿溫度、速度、敷料量。
38、如何控制極片的敷料量?
根據(jù)正負(fù)極漿料的固含量、比重調(diào)節(jié)拉漿機(jī)機(jī)頭刀具間隙，控制拉漿的厚度，以達(dá)到控制。
39、如何頭判定拉漿過程中極片的質(zhì)量好壞。
極片表面平整、光滑、敷料均勻、附著力好、干燥，不脫料、不掉料、缺料、無積塵、無劃痕、無氣泡的極片為好的極片，有缺陷的為不好的極片。
40、正、負(fù)極片裁片的主要的設(shè)備。
鍘紙刀、剪板機(jī)。
41、正、負(fù)極片的主要注意事項(xiàng)。
1、 檢查刀口有無毛刺、不平，作業(yè)時(shí)注意用刀的安全。
2、 正負(fù)極裁片用刀不可混用。
3、 在裁片過程中隨時(shí)檢查極片的質(zhì)量，將不合格的分檔分開，不可混淆放置。
4、 裁完的片經(jīng)檢查后極時(shí)轉(zhuǎn)入以后的工序作業(yè)中。
42、正、負(fù)極正烘烤的目的是什么?
除去極片內(nèi)的水份和有機(jī)溶劑。
43、正、負(fù)極片壓片的目的?
使活性物質(zhì)與網(wǎng)柵及集流片接觸緊密，減小電子的移動(dòng)距離，降低極片的厚度，增加裝填量，提高電池體積的利用率。從而提高電池的容量。
44、壓片厚度對(duì)電池性能有什么影響?
壓片厚度太厚時(shí)，容易使電池內(nèi)活性物質(zhì)量減少，單位體積的活性物質(zhì)量的減少和極化電位的增大，從而造成電池的容量降低。
壓片厚度太薄時(shí)，容易造成電池內(nèi)的活性物質(zhì)量增加，極片表面有效面積減小，從而造成活性材料的浪費(fèi)和大電流的困難。
45、極片稱重的目的是什么?
準(zhǔn)確了解和掌握極片的敷料量。
46、配片的目的是什么?
使正負(fù)極片上的活性物質(zhì)的量比例保持一致性。
47、為什么要進(jìn)行刷片操作?
清除極片上的積塵，積料，毛刺等。
48、正極片采用什么極耳?
采用鋁帶極耳。
49、負(fù)極片采用什么極耳?
采用鎳帶極耳。
50、焊接極耳的設(shè)備?
正極用超聲波焊機(jī)，負(fù)極用點(diǎn)焊機(jī)。
51、卷繞車間的濕度對(duì)電池質(zhì)量有什么影響?
卷繞房內(nèi)的濕度大時(shí)，極片吸水量大，增加了極片的水份含量，在電池中產(chǎn)生氣體量增加，使電池的內(nèi)壓增加，危害電池的安全性能。水份的增加多消耗電池中的活物質(zhì)，使電池容量下降。濕度小反之。
52、卷繞車間中空調(diào)機(jī)和除濕系統(tǒng)的作用?
保持室內(nèi)的溫度恒度，減小室內(nèi)的濕度，以提高電池的性能。
53、卷繞車間是否可用水擦地板?
不可以
54、卷繞電池芯的主要注意事項(xiàng)?
1、 極片與隔膜紙鋪平對(duì)齊。用手按住極片與隔膜紙時(shí)，用力大小適中均勻。電池芯卷繞松緊適當(dāng)。
2、 注意極片上有無劃痕、掉料、缺料、氣孔、起泡等不良及隔膜紙有無不良，如有作廢品處理。
3、 卷繞時(shí)注意手腳的諧調(diào)性，不被卷針劃傷手。
55、電池芯貼膠紙的目的和位置?
電池芯貼紙的位置在電芯卷繞成型后不變形。底部貼膠紙防止電芯內(nèi)的正極片底部與電池外殼接觸電池造成短路。側(cè)面貼紙使電芯卷繞成型后不變形。底部貼膠紙防止電芯內(nèi)的正極片底部與電池外殼接觸造成電池短路。
56、將極耳焊接到蓋板上采用那些設(shè)備?
超聲波、對(duì)焊機(jī)。
57、電池芯電阻要求?
大于20MΩ
58、電池芯的電阻達(dá)不到要求怎么辦?
返修
59、為何極耳也要貼膠紙?
增加牢固性和防止極耳接觸產(chǎn)生短路。
60、電池蓋板在使用前需要做那些檢驗(yàn)?
外形尺寸、形狀、厚度、絕緣懷、密封性、耐腐蝕性、材持等項(xiàng)目的檢驗(yàn)。
61、電池蓋板所能承受的最大壓力是多少?
0.4Mpa
62、如何防止電池漏液?
防止電池漏液應(yīng)做好以下幾方面的工作：
1、 焊接電池外殼與蓋帽時(shí)，應(yīng)焊接牢固、密封，焊接無漏焊、虛焊，焊縫無裂縫、裂口等不良。
2、 鋼珠封口時(shí)，鋼珠大小適當(dāng)，鋼珠材質(zhì)與蓋帽材質(zhì)相同。焊接無裂口、裂縫并且焊接牢固。
3、 蓋帽的正極柳接緊密，無間隙，并且絕緣密封墊彈性適當(dāng)，耐腐蝕，不易老化。
63、如何在現(xiàn)有條件下防止未封口電池在車間吸水?
1、 作業(yè)電池應(yīng)少量多次?？s短電池在空氣中暴露時(shí)間。
2、 作業(yè)完畢的電池及時(shí)轉(zhuǎn)送到下一工序。盡量縮短電池在制程中的停滯時(shí)間。
64、干燥房的濕度要求?
相對(duì)濕度在6%以下。
65、干燥房的濕度對(duì)電池的性能有什么影響?
濕度增加使電池芯的吸水量增大，使電池的容量下降，內(nèi)壓增加。
66、如何盡量防止?jié)駳膺M(jìn)入干燥房?
少進(jìn)少出，少開門，干燥房的門不能同時(shí)打開。
67、你認(rèn)為干燥房可以用水擦地板嗎?
不可以。
68、電池在注液前需要做那些處理?
涂膠和真空烘烤處理。
69、電池在注液前為何要進(jìn)行真空烘烤?
盡量除去電芯內(nèi)的所含的水份和溶劑。
70、電池在注液前為何要稱重?
以便準(zhǔn)確計(jì)算注液量多少。
71、電池注液方法?
用手動(dòng)注液機(jī)或自動(dòng)注液機(jī)進(jìn)行注液操作。
72、如何檢驗(yàn)電池是否注滿電解液?
用真空抽吸測(cè)試，在注液口上用真空吸時(shí)，有電解液被抽上表示已滿，沒有表示沒滿。
73、電解液中的LiPF6的作用?
導(dǎo)電的電解質(zhì)。
74、電解液中的LiPF6的濃度?
1mol/L
75、電解液中溶劑的作用?
溶解電解質(zhì)，使電解質(zhì)離子化。
76、電解液的電導(dǎo)率范圍?
8×10-3Ω-1
95、電導(dǎo)率對(duì)電池工作電流的影響?
電導(dǎo)率影響倍率放電率，和電池的內(nèi)阻，和電池的電壓。
77、電池的內(nèi)阻受那些因素影響?
電解液的電導(dǎo)率，電池的外殼材料性能，極片的導(dǎo)電率及極耳材料的截面積。電池焊接的質(zhì)量。
78、電池的容量受那些因素影響?
正負(fù)極材料的特征的性能及材料的種類、型號(hào)和活性物質(zhì)的量。
正負(fù)極活性物質(zhì)的正確比例。
電解液的濃度和種類。
生產(chǎn)制程過程。
79、你認(rèn)為如何在電池生過程中控制電池內(nèi)的水份?
在生產(chǎn)制程中嚴(yán)格控制環(huán)境的濕度以及加強(qiáng)電芯的烘烤控制電池的水份。
80、電池在帶電時(shí)可否用表測(cè)量電阻?
可以
81、化成機(jī)在化成大容量電池時(shí)應(yīng)該注意什么問題?
注意電池的總功率是否超過化成機(jī)的功率。
