鋰電池配料你了解多少呢?鋰電池配料基礎(chǔ)知識詳解
來源:寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-23 20:43
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一、 電極的組成:
1、 正極組成:
a、 鈷酸鋰:正極活性物質(zhì),鋰離子源,為電池提高鋰源。
b、 導(dǎo)電劑:提高正極片的導(dǎo)電性,補(bǔ)償正極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。
提高正極片的電解液的吸液量,增加反應(yīng)界面,減少極化。
c、 PVDF粘合劑:將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。
d、 正極引線:由鋁箔或鋁帶制成。
2、 負(fù)極組成:
a、 石墨:負(fù)極活性物質(zhì),構(gòu)成負(fù)極反應(yīng)的主要物質(zhì);主要分為天然石墨和人造
石墨兩大類。
b、 導(dǎo)電劑:提高負(fù)極片的導(dǎo)電性,補(bǔ)償負(fù)極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。
提高反應(yīng)深度及利用率。
防止枝晶的產(chǎn)生。
利用導(dǎo)電材料的吸液能力,提高反應(yīng)界面,減少極化。
(可根據(jù)石墨粒度分布選擇加或不加)。
c、 添加劑:降低不可逆反應(yīng),提高粘附力,提高漿料黏度,防止?jié){料沉淀。
d、 水性粘合劑:將石墨、導(dǎo)電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。
e、 負(fù)極引線:由銅箔或鎳帶制成。
二、 配料目的:
配料過程實(shí)際上是將漿料中的各種組成按標(biāo)準(zhǔn)比例混合在一起,調(diào)制成漿料,以利于均勻涂布,保證極片的一致性。配料大致包括五個過程,即:原料的預(yù)處理、摻和、浸濕、分散和絮凝。
三、 配料原理:
(一) 、正極配料原理
1、 原料的理化性能。
(1) 鈷酸鋰:非極性物質(zhì),不規(guī)則形狀,粒徑D50一般為6-8 μm,含水量≤0.2%,通常為堿性,PH值為10-11左右。
錳酸鋰:非極性物質(zhì),不規(guī)則形狀,粒徑D50一般為5-7 μm,含水量≤0.2%,通常為弱堿性,PH值為8左右。
(2) 導(dǎo)電劑:非極性物質(zhì),葡萄鏈狀物,含水量3-6%,吸油值~300,粒徑一般為 2-5 μm;主要有普通碳黑、超導(dǎo)碳黑、石墨乳等,在大批量應(yīng)用時一般選擇超導(dǎo)碳黑和石墨乳復(fù)配;通常為中性。
(3) PVDF粘合劑:非極性物質(zhì),鏈狀物,分子量從300,000到3,000,000不等;吸水后分子量下降,粘性變差。
(4) NMP:弱極性液體,用來溶解/溶脹PVDF,同時用來稀釋漿料。
2、 原料的預(yù)處理
(1) 鈷酸鋰:脫水。一般用120 oC常壓烘烤2小時左右。
(2) 導(dǎo)電劑:脫水。一般用200 oC常壓烘烤2小時左右。
(3) 粘合劑:脫水。一般用120-140 oC常壓烘烤2小時左右,烘烤溫度視分子量的大小決定。
(4) NMP:脫水。使用干燥分子篩脫水或采用特殊取料設(shè)施,直接使用。
3、 原料的摻和:
(1) 粘合劑的溶解(按標(biāo)準(zhǔn)濃度)及熱處理。
(2) 鈷酸鋰和導(dǎo)電劑球磨:使粉料初步混合,鈷酸鋰和導(dǎo)電劑粘合在一起,提高團(tuán)聚作用和的導(dǎo)電性。配成漿料后不會單獨(dú)分布于粘合劑中,球磨時間一般為2小時左右;為避免混入雜質(zhì),通常使用瑪瑙球作為球磨介子。
4、 干粉的分散、浸濕:
(1) 原理:固體粉末放置在空氣中,隨著時間的推移,將會吸附部分空氣在固體的表面上,液體粘合劑加入后,液體與氣體開始爭奪固體表面;如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強(qiáng),液體不能浸濕固體;如果固體與液體吸附力比與氣體的吸附力強(qiáng),液體可以浸濕固體,將氣體擠出。
當(dāng)潤濕角≤90度,固體浸濕。
當(dāng)潤濕角>90度,固體不浸濕。
正極材料中的所有組員都能被粘合劑溶液浸濕,所以正極粉料分散相對容易。
(2) 分散方法對分散的影響:
A、 靜置法(時間長,效果差,但不損傷材料的原有結(jié)構(gòu));
B、 攪拌法;自轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)(時間短,效果佳,但有可能損傷個別
材料的自身結(jié)構(gòu))。
1、攪拌槳對分散速度的影響。攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳型攪拌槳用來對付分散難度大的材料或配料的初始階段;球形、齒輪形用于分散難度較低的狀態(tài),效果佳。
2、攪拌速度對分散速度的影響。一般說來攪拌速度越高,分散速度越快,但對材料自身結(jié)構(gòu)和對設(shè)備的損傷就越大。
3、濃度對分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小,分散速度越快,但太稀將導(dǎo)致材料的浪費(fèi)和漿料沉淀的加重。
4、濃度對粘結(jié)強(qiáng)度的影響。濃度越大,柔制強(qiáng)度越大,粘接強(qiáng)度
越大;濃度越低,粘接強(qiáng)度越小。
5、真空度對分散速度的影響。高真空度有利于材料縫隙和表面的氣體排出,降低液體吸附難度;材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。
6、溫度對分散速度的影響。適宜的溫度下,漿料流動性好、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮,太冷漿料的流動性將大打折扣。
5、 稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度,便于涂布。
(二)、負(fù)極配料原理(大致與正極配料原理相同)
1、 原料的理化性能。
(1) 石墨:非極性物質(zhì),易被非極性物質(zhì)污染,易在非極性物質(zhì)中分散;不易吸水,也不易在水中分散。被污染的石墨,在水中分散后,容易重新團(tuán)聚。一般粒徑D50為20μm左右。顆粒形狀多樣且多不規(guī)則,主要有球形、片狀、纖維狀等。
(2) 水性粘合劑(SBR):小分子線性鏈狀乳液,極易溶于水和極性溶劑。
(3) 防沉淀劑(CMC):高分子化合物,易溶于水和極性溶劑。
(4) 異丙醇:弱極性物質(zhì),加入后可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強(qiáng)烈的消泡作用;易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈,提高粘結(jié)強(qiáng)度。
乙醇:弱極性物質(zhì),加入后可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強(qiáng)烈的消泡作用;易催化粘合劑線性交鏈,提高粘結(jié)強(qiáng)度(異丙醇和乙醇的作用從本質(zhì)上講是一樣的,大批量生產(chǎn)時可考慮成本因素然后選擇添加哪種)。
(5)去離子水(或蒸餾水):稀釋劑,酌量添加,改變漿料的流動性。
2、 原料的預(yù)處理:
(1) 石墨:A、混合,使原料均勻化,提高一致性。B、300~400℃常壓烘烤,除去表面油性物質(zhì),提高與水性粘合劑的相容能力,修圓石墨表面棱角(有些材料為保持表面特性,不允許烘烤,否則效能降低)。
(2) 水性粘合劑:適當(dāng)稀釋,提高分散能力。
3、 摻和、浸濕和分散:
(1) 石墨與粘合劑溶液極性不同,不易分散。
(2) 可先用醇水溶液將石墨初步潤濕,再與粘合劑溶液混合。
(3) 應(yīng)適當(dāng)降低攪拌濃度,提高分散性。
(4) 分散過程為減少極性物與非極性物距離,提高勢能或表面能,所以為吸熱反應(yīng),攪拌時總體溫度有所下降。如條件允許應(yīng)該適當(dāng)升高攪拌溫度,使吸熱變得容易,同時提高流動性,降低分散難度。
(5) 攪拌過程如加入真空脫氣過程,排除氣體,促進(jìn)固-液吸附,效果更佳。
(6) 分散原理、分散方法同正極配料中的相關(guān)內(nèi)容,在三、(一)、4中有詳細(xì)論述,在此不予詳細(xì)解釋。
4、 稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度,便于涂布。
四、 配料注意事項(xiàng):
1、 防止混入其它雜質(zhì);
2、 防止?jié){料飛濺;
3、 漿料的濃度(固含量)應(yīng)從高往低逐漸調(diào)整,以免增加麻煩;
4、 在攪拌的間歇過程中要注意刮邊和刮底,確保分散均勻;
5、 漿料不宜長時間擱置,以免沉淀或均勻性降低;
6、 需烘烤的物料必須密封冷卻之后方可以加入,以免組分材料性質(zhì)變化;
7、 攪拌時間的長短以設(shè)備性能、材料加入量為主;攪拌槳的使用以漿料分散難度進(jìn)行更換,無法更換的可將轉(zhuǎn)速由慢到快進(jìn)行調(diào)整,以免損傷設(shè)備;
8、 出料前對漿料進(jìn)行過篩,除去大顆粒以防涂布時造成斷帶;
9、 對配料人員要加強(qiáng)培訓(xùn),確保其掌握專業(yè)知識,以免釀成大禍;
10、 配料的關(guān)鍵在于分散均勻,掌握該中心,其它方式可自行調(diào)整。
電池通過放電反應(yīng)生成的不是固體氧化鋰(Li2O),而是易溶于水性電解液的氫氧化鋰(LiOH),這樣就不會引起空氣極的碳孔堵塞。另外,由于水和氮等無法通過固體電解質(zhì)隔膜,因此不存在和負(fù)極的鋰金屬發(fā)生反應(yīng)的危險。此外,配置了充電專用的正極,可防止充電時空氣極發(fā)生腐蝕和劣化。
負(fù)極采用金屬鋰條,負(fù)極的電解液采用含有鋰鹽的有機(jī)電解液。中間設(shè)有用于隔開正極和負(fù)極的鋰離子固體電解質(zhì)。正極的水性電解液使用堿性水溶性凝膠,與由微細(xì)化碳和廉價氧化物催化劑形成的正極組合。
放電時電極反應(yīng)如下:
(1)負(fù)極反應(yīng)(Li → Li+ + e-)
金屬鋰以鋰離子(Li+)的形式溶于有機(jī)電解液,電子供應(yīng)給導(dǎo)線。溶解的鋰離子(Li+)穿過固體電解質(zhì)移到正極的水性電解液中。
(2)正極反應(yīng)(O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-)
通過導(dǎo)線供應(yīng)電子,空氣中的氧氣和水在微細(xì)化碳表面發(fā)生反應(yīng)后生成氫氧根離子(OH-)。在正極的水性電解液中與鋰離子(Li+)結(jié)合生成水溶性的氫氧化鋰(LiOH)。
充電時電極反應(yīng)如下:
(1)負(fù)極反應(yīng)(Li+ + e- → Li)
通過導(dǎo)線供應(yīng)電子,鋰離子(Li+)由正極的水性電解液穿過固體電解質(zhì)到達(dá)負(fù)極表面,在負(fù)極表面發(fā)生反應(yīng)生成金屬鋰。
(2)正極反應(yīng)(4OH- → O2 + 2H2O + 4e-)
反應(yīng)生成氧。產(chǎn)生的電子供應(yīng)給導(dǎo)線。
使用了此次新開發(fā)的堿性水性電解質(zhì)凝膠的鋰空氣電池在空氣中以0.1A/g的放電率放電時,放電容量約為9000mAh/g。另外,充電容量也約達(dá)到9600mAh/g。與此前報道的原鋰空氣電池的容量(700~3000mAh/g)相比,放電容量大幅提高。而使用堿性水溶液代替堿性水溶性凝膠后,在空氣中以0.1A/g的放電率放電時,可連續(xù)放電20天,放電容量約為50000mAh/g(圖2)。
新的鋰空氣電池沒電時也無需充電,只需更換正極的水性電解液,通過卡盒等方式更換負(fù)極的金屬鋰就可以連續(xù)使用(圖3)。這是一種新型燃料電池,名為“金屬鋰燃料電池”。理論上30kg金屬鋰釋放的能量與40L汽油釋放的能量基本相同。如果從用過的水性電解液中回收空氣極生成的氫氧化鋰(LiOH),很容易重新生成金屬鋰,可作為燃料進(jìn)行再利用。對鋰離子電池組的參數(shù)采樣分為幾種狀態(tài):一是定時采樣;二是觸發(fā)采樣,有兩類觸發(fā),一種是處于靜止?fàn)顟B(tài)的監(jiān)測電路在檢測到電池組有工作電流時進(jìn)入工作狀態(tài),開始定時采樣;另一種是內(nèi)阻的觸發(fā)采樣。監(jiān)測模塊在系統(tǒng)不工作的時候處于掉電模式,單片機(jī)以系統(tǒng)中的工作電流作為外部中斷觸發(fā)。一旦系統(tǒng)有工作電流,單片機(jī)響應(yīng)中斷進(jìn)入工作模式。首先設(shè)定采樣模塊的工作模式,對電池組狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采樣,單片機(jī)等待一定采樣延時后,讀取采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送,對采樣數(shù)據(jù)是否發(fā)送的判斷依據(jù)可以根據(jù)具體應(yīng)用體系在單片機(jī)中預(yù)先設(shè)定。對監(jiān)測系統(tǒng)作了如下設(shè)定:
(1)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于4串5Ah鋰離子電池組的在線監(jiān)測中,系統(tǒng)工作電流為1A,最大電流值為5A。電池組的應(yīng)用現(xiàn)場具有保護(hù)電路,過充電保護(hù)電壓值為4.2V,過放電保護(hù)電壓值為3.3V,過電流保護(hù)電流值為3A;
(2)在監(jiān)測系統(tǒng)中設(shè)定的電池組工作狀態(tài)參數(shù)正常范圍為:工作電壓為3.4V~4.1V,工作電流<2.5A,工作溫度為-10℃~60℃,內(nèi)阻值為初始值的2倍以內(nèi);
(3)當(dāng)電池處于正常工作范圍時,監(jiān)測系統(tǒng)每隔60s對電壓、電流、溫度采樣一次,采樣10次以后,對10次采樣值取算術(shù)平均值然后發(fā)送。正常情況下電池組每循環(huán)10次啟動內(nèi)阻采樣電路進(jìn)行采樣;
(4)若電池狀態(tài)參數(shù)超出正常工作范圍,采樣電路進(jìn)入快速采樣階段,每隔10s對電壓、電流、溫度采樣一次,對10次采樣值取算術(shù)平均值,同時啟動電池組內(nèi)阻采樣電路對內(nèi)組進(jìn)行采樣并發(fā)送采樣數(shù)據(jù)。
1、 正極組成:
a、 鈷酸鋰:正極活性物質(zhì),鋰離子源,為電池提高鋰源。
b、 導(dǎo)電劑:提高正極片的導(dǎo)電性,補(bǔ)償正極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。
提高正極片的電解液的吸液量,增加反應(yīng)界面,減少極化。
c、 PVDF粘合劑:將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。
d、 正極引線:由鋁箔或鋁帶制成。
2、 負(fù)極組成:
a、 石墨:負(fù)極活性物質(zhì),構(gòu)成負(fù)極反應(yīng)的主要物質(zhì);主要分為天然石墨和人造
石墨兩大類。
b、 導(dǎo)電劑:提高負(fù)極片的導(dǎo)電性,補(bǔ)償負(fù)極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。
提高反應(yīng)深度及利用率。
防止枝晶的產(chǎn)生。
利用導(dǎo)電材料的吸液能力,提高反應(yīng)界面,減少極化。
(可根據(jù)石墨粒度分布選擇加或不加)。
c、 添加劑:降低不可逆反應(yīng),提高粘附力,提高漿料黏度,防止?jié){料沉淀。
d、 水性粘合劑:將石墨、導(dǎo)電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。
e、 負(fù)極引線:由銅箔或鎳帶制成。
二、 配料目的:
配料過程實(shí)際上是將漿料中的各種組成按標(biāo)準(zhǔn)比例混合在一起,調(diào)制成漿料,以利于均勻涂布,保證極片的一致性。配料大致包括五個過程,即:原料的預(yù)處理、摻和、浸濕、分散和絮凝。
三、 配料原理:
(一) 、正極配料原理
1、 原料的理化性能。
(1) 鈷酸鋰:非極性物質(zhì),不規(guī)則形狀,粒徑D50一般為6-8 μm,含水量≤0.2%,通常為堿性,PH值為10-11左右。
錳酸鋰:非極性物質(zhì),不規(guī)則形狀,粒徑D50一般為5-7 μm,含水量≤0.2%,通常為弱堿性,PH值為8左右。
(2) 導(dǎo)電劑:非極性物質(zhì),葡萄鏈狀物,含水量3-6%,吸油值~300,粒徑一般為 2-5 μm;主要有普通碳黑、超導(dǎo)碳黑、石墨乳等,在大批量應(yīng)用時一般選擇超導(dǎo)碳黑和石墨乳復(fù)配;通常為中性。
(3) PVDF粘合劑:非極性物質(zhì),鏈狀物,分子量從300,000到3,000,000不等;吸水后分子量下降,粘性變差。
(4) NMP:弱極性液體,用來溶解/溶脹PVDF,同時用來稀釋漿料。
2、 原料的預(yù)處理
(1) 鈷酸鋰:脫水。一般用120 oC常壓烘烤2小時左右。
(2) 導(dǎo)電劑:脫水。一般用200 oC常壓烘烤2小時左右。
(3) 粘合劑:脫水。一般用120-140 oC常壓烘烤2小時左右,烘烤溫度視分子量的大小決定。
(4) NMP:脫水。使用干燥分子篩脫水或采用特殊取料設(shè)施,直接使用。
3、 原料的摻和:
(1) 粘合劑的溶解(按標(biāo)準(zhǔn)濃度)及熱處理。
(2) 鈷酸鋰和導(dǎo)電劑球磨:使粉料初步混合,鈷酸鋰和導(dǎo)電劑粘合在一起,提高團(tuán)聚作用和的導(dǎo)電性。配成漿料后不會單獨(dú)分布于粘合劑中,球磨時間一般為2小時左右;為避免混入雜質(zhì),通常使用瑪瑙球作為球磨介子。
4、 干粉的分散、浸濕:
(1) 原理:固體粉末放置在空氣中,隨著時間的推移,將會吸附部分空氣在固體的表面上,液體粘合劑加入后,液體與氣體開始爭奪固體表面;如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強(qiáng),液體不能浸濕固體;如果固體與液體吸附力比與氣體的吸附力強(qiáng),液體可以浸濕固體,將氣體擠出。
當(dāng)潤濕角≤90度,固體浸濕。
當(dāng)潤濕角>90度,固體不浸濕。
正極材料中的所有組員都能被粘合劑溶液浸濕,所以正極粉料分散相對容易。
(2) 分散方法對分散的影響:
A、 靜置法(時間長,效果差,但不損傷材料的原有結(jié)構(gòu));
B、 攪拌法;自轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)(時間短,效果佳,但有可能損傷個別
材料的自身結(jié)構(gòu))。
1、攪拌槳對分散速度的影響。攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳型攪拌槳用來對付分散難度大的材料或配料的初始階段;球形、齒輪形用于分散難度較低的狀態(tài),效果佳。
2、攪拌速度對分散速度的影響。一般說來攪拌速度越高,分散速度越快,但對材料自身結(jié)構(gòu)和對設(shè)備的損傷就越大。
3、濃度對分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小,分散速度越快,但太稀將導(dǎo)致材料的浪費(fèi)和漿料沉淀的加重。
4、濃度對粘結(jié)強(qiáng)度的影響。濃度越大,柔制強(qiáng)度越大,粘接強(qiáng)度
越大;濃度越低,粘接強(qiáng)度越小。
5、真空度對分散速度的影響。高真空度有利于材料縫隙和表面的氣體排出,降低液體吸附難度;材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。
6、溫度對分散速度的影響。適宜的溫度下,漿料流動性好、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮,太冷漿料的流動性將大打折扣。
5、 稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度,便于涂布。
(二)、負(fù)極配料原理(大致與正極配料原理相同)
1、 原料的理化性能。
(1) 石墨:非極性物質(zhì),易被非極性物質(zhì)污染,易在非極性物質(zhì)中分散;不易吸水,也不易在水中分散。被污染的石墨,在水中分散后,容易重新團(tuán)聚。一般粒徑D50為20μm左右。顆粒形狀多樣且多不規(guī)則,主要有球形、片狀、纖維狀等。
(2) 水性粘合劑(SBR):小分子線性鏈狀乳液,極易溶于水和極性溶劑。
(3) 防沉淀劑(CMC):高分子化合物,易溶于水和極性溶劑。
(4) 異丙醇:弱極性物質(zhì),加入后可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強(qiáng)烈的消泡作用;易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈,提高粘結(jié)強(qiáng)度。
乙醇:弱極性物質(zhì),加入后可減小粘合劑溶液的極性,提高石墨和粘合劑溶液的相容性;具有強(qiáng)烈的消泡作用;易催化粘合劑線性交鏈,提高粘結(jié)強(qiáng)度(異丙醇和乙醇的作用從本質(zhì)上講是一樣的,大批量生產(chǎn)時可考慮成本因素然后選擇添加哪種)。
(5)去離子水(或蒸餾水):稀釋劑,酌量添加,改變漿料的流動性。
2、 原料的預(yù)處理:
(1) 石墨:A、混合,使原料均勻化,提高一致性。B、300~400℃常壓烘烤,除去表面油性物質(zhì),提高與水性粘合劑的相容能力,修圓石墨表面棱角(有些材料為保持表面特性,不允許烘烤,否則效能降低)。
(2) 水性粘合劑:適當(dāng)稀釋,提高分散能力。
3、 摻和、浸濕和分散:
(1) 石墨與粘合劑溶液極性不同,不易分散。
(2) 可先用醇水溶液將石墨初步潤濕,再與粘合劑溶液混合。
(3) 應(yīng)適當(dāng)降低攪拌濃度,提高分散性。
(4) 分散過程為減少極性物與非極性物距離,提高勢能或表面能,所以為吸熱反應(yīng),攪拌時總體溫度有所下降。如條件允許應(yīng)該適當(dāng)升高攪拌溫度,使吸熱變得容易,同時提高流動性,降低分散難度。
(5) 攪拌過程如加入真空脫氣過程,排除氣體,促進(jìn)固-液吸附,效果更佳。
(6) 分散原理、分散方法同正極配料中的相關(guān)內(nèi)容,在三、(一)、4中有詳細(xì)論述,在此不予詳細(xì)解釋。
4、 稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度,便于涂布。
四、 配料注意事項(xiàng):
1、 防止混入其它雜質(zhì);
2、 防止?jié){料飛濺;
3、 漿料的濃度(固含量)應(yīng)從高往低逐漸調(diào)整,以免增加麻煩;
4、 在攪拌的間歇過程中要注意刮邊和刮底,確保分散均勻;
5、 漿料不宜長時間擱置,以免沉淀或均勻性降低;
6、 需烘烤的物料必須密封冷卻之后方可以加入,以免組分材料性質(zhì)變化;
7、 攪拌時間的長短以設(shè)備性能、材料加入量為主;攪拌槳的使用以漿料分散難度進(jìn)行更換,無法更換的可將轉(zhuǎn)速由慢到快進(jìn)行調(diào)整,以免損傷設(shè)備;
8、 出料前對漿料進(jìn)行過篩,除去大顆粒以防涂布時造成斷帶;
9、 對配料人員要加強(qiáng)培訓(xùn),確保其掌握專業(yè)知識,以免釀成大禍;
10、 配料的關(guān)鍵在于分散均勻,掌握該中心,其它方式可自行調(diào)整。
電池通過放電反應(yīng)生成的不是固體氧化鋰(Li2O),而是易溶于水性電解液的氫氧化鋰(LiOH),這樣就不會引起空氣極的碳孔堵塞。另外,由于水和氮等無法通過固體電解質(zhì)隔膜,因此不存在和負(fù)極的鋰金屬發(fā)生反應(yīng)的危險。此外,配置了充電專用的正極,可防止充電時空氣極發(fā)生腐蝕和劣化。
負(fù)極采用金屬鋰條,負(fù)極的電解液采用含有鋰鹽的有機(jī)電解液。中間設(shè)有用于隔開正極和負(fù)極的鋰離子固體電解質(zhì)。正極的水性電解液使用堿性水溶性凝膠,與由微細(xì)化碳和廉價氧化物催化劑形成的正極組合。
放電時電極反應(yīng)如下:
(1)負(fù)極反應(yīng)(Li → Li+ + e-)
金屬鋰以鋰離子(Li+)的形式溶于有機(jī)電解液,電子供應(yīng)給導(dǎo)線。溶解的鋰離子(Li+)穿過固體電解質(zhì)移到正極的水性電解液中。
(2)正極反應(yīng)(O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-)
通過導(dǎo)線供應(yīng)電子,空氣中的氧氣和水在微細(xì)化碳表面發(fā)生反應(yīng)后生成氫氧根離子(OH-)。在正極的水性電解液中與鋰離子(Li+)結(jié)合生成水溶性的氫氧化鋰(LiOH)。
充電時電極反應(yīng)如下:
(1)負(fù)極反應(yīng)(Li+ + e- → Li)
通過導(dǎo)線供應(yīng)電子,鋰離子(Li+)由正極的水性電解液穿過固體電解質(zhì)到達(dá)負(fù)極表面,在負(fù)極表面發(fā)生反應(yīng)生成金屬鋰。
(2)正極反應(yīng)(4OH- → O2 + 2H2O + 4e-)
反應(yīng)生成氧。產(chǎn)生的電子供應(yīng)給導(dǎo)線。
使用了此次新開發(fā)的堿性水性電解質(zhì)凝膠的鋰空氣電池在空氣中以0.1A/g的放電率放電時,放電容量約為9000mAh/g。另外,充電容量也約達(dá)到9600mAh/g。與此前報道的原鋰空氣電池的容量(700~3000mAh/g)相比,放電容量大幅提高。而使用堿性水溶液代替堿性水溶性凝膠后,在空氣中以0.1A/g的放電率放電時,可連續(xù)放電20天,放電容量約為50000mAh/g(圖2)。
新的鋰空氣電池沒電時也無需充電,只需更換正極的水性電解液,通過卡盒等方式更換負(fù)極的金屬鋰就可以連續(xù)使用(圖3)。這是一種新型燃料電池,名為“金屬鋰燃料電池”。理論上30kg金屬鋰釋放的能量與40L汽油釋放的能量基本相同。如果從用過的水性電解液中回收空氣極生成的氫氧化鋰(LiOH),很容易重新生成金屬鋰,可作為燃料進(jìn)行再利用。對鋰離子電池組的參數(shù)采樣分為幾種狀態(tài):一是定時采樣;二是觸發(fā)采樣,有兩類觸發(fā),一種是處于靜止?fàn)顟B(tài)的監(jiān)測電路在檢測到電池組有工作電流時進(jìn)入工作狀態(tài),開始定時采樣;另一種是內(nèi)阻的觸發(fā)采樣。監(jiān)測模塊在系統(tǒng)不工作的時候處于掉電模式,單片機(jī)以系統(tǒng)中的工作電流作為外部中斷觸發(fā)。一旦系統(tǒng)有工作電流,單片機(jī)響應(yīng)中斷進(jìn)入工作模式。首先設(shè)定采樣模塊的工作模式,對電池組狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采樣,單片機(jī)等待一定采樣延時后,讀取采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送,對采樣數(shù)據(jù)是否發(fā)送的判斷依據(jù)可以根據(jù)具體應(yīng)用體系在單片機(jī)中預(yù)先設(shè)定。對監(jiān)測系統(tǒng)作了如下設(shè)定:
(1)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于4串5Ah鋰離子電池組的在線監(jiān)測中,系統(tǒng)工作電流為1A,最大電流值為5A。電池組的應(yīng)用現(xiàn)場具有保護(hù)電路,過充電保護(hù)電壓值為4.2V,過放電保護(hù)電壓值為3.3V,過電流保護(hù)電流值為3A;
(2)在監(jiān)測系統(tǒng)中設(shè)定的電池組工作狀態(tài)參數(shù)正常范圍為:工作電壓為3.4V~4.1V,工作電流<2.5A,工作溫度為-10℃~60℃,內(nèi)阻值為初始值的2倍以內(nèi);
(3)當(dāng)電池處于正常工作范圍時,監(jiān)測系統(tǒng)每隔60s對電壓、電流、溫度采樣一次,采樣10次以后,對10次采樣值取算術(shù)平均值然后發(fā)送。正常情況下電池組每循環(huán)10次啟動內(nèi)阻采樣電路進(jìn)行采樣;
(4)若電池狀態(tài)參數(shù)超出正常工作范圍,采樣電路進(jìn)入快速采樣階段,每隔10s對電壓、電流、溫度采樣一次,對10次采樣值取算術(shù)平均值,同時啟動電池組內(nèi)阻采樣電路對內(nèi)組進(jìn)行采樣并發(fā)送采樣數(shù)據(jù)。
















