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混合动力汽车用动力蓄电池技术详解
来源:本站整理  作者:佚名  2016-01-15 10:55:05


(4)其池正极材料  LiV2O5具有循环寿命长,高温下热力学稳定性好的特点,是制备锂离子蓄电池的优良候选材料。
    负极材料关键在于能可逆地嵌入和脱出锂离子,这类材料应具有尽可能低的电极电压,离子有较高的扩散率、高度的脱嵌可逆性、良好的电导率及热力学稳定性。目前的负极材料主要选用碳材料。碳作为锂离子电池的负极,由于在有机电解质中碳表面形成能使电子和锂离子自由通过的SEI膜,保证了碳负极良好的循环性能,使得碳电极成为目前最佳的负极材料。使用碳材料做负极,使锂离子电池的安全性和充放电循环寿命大大提高。目前锂离子电池中具有应用价值或应用前景的碳的研究主要集中于石墨、软碳、硬碳。石墨材料具有成本低、比容量高(理论容量372mA·h/g)、导电性好、初充电效率高、充放电电压曲线稳定的特性。石墨分为天然石墨和人造石里,由于天然石墨在充放电时体积变化大,因此难以应用于生产中。
    隔膜纸处于正极和负极之间,起隔离作用,主要是防止正极与负极直接接触而导致蓄电池内部短路。在锂离子电池中使用聚烯烃孔薄膜,其厚度在25μm左右,对其性能要求是:在使用的电解质中稳定性好;不吸收水分;对正极和负极要有优异的绝缘性,离子电导率高;有足够的机械强度;有热熔性(当温度在130℃左右时,隔膜组织离子渗透和自动终止电池放电的功能对锂离子电池的安全性能有很重要的作用)。由于符合以上条件,最常用的隔膜是PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)双层微孔薄膜。
    蓄电池壳是锂离子电池电化学反应系统的容器,在整个电池系统中起密封和输出电流的作用。蓄电池壳为不锈钢材质(或铝材),底部和盖板均采用激光焊接。
    6. 锂离子电池的工作原理
    如图39所示,充电时,正电极(阴极)发生氧化反应,向外电路释放出电子和向内电路释放出锂离子。电子经过外电路和充电机被输送到负电极,与此同时,锂离子则经过内电路中的电解质和穿过隔膜纸,进入负电极的晶体结构。因此,正电极中的锂离子数量逐渐减少。但是,电解质中的锂离子数最没有改变。隔膜纸是电子的绝缘体,离子的透明体。负电极(阳极)发生还原反应,同时吸收电子和锂离子。电子和锂离子在负电极的晶体结构中形成电池中性。

    如图40所示,放电时正电极(阴极)发生还原反应,从外电路获得电子和从内电路吸取锂离子。电子经过外电路和用电器被输送到正电极,与此同时,锂离子则经过内电路中的电解液和穿过隔膜纸,回到正电极的晶体结构。因此,负电极中的锂离子数量逐渐减少,而正电极中的锂离子数量逐渐增多。但是,电解液中的锂离子数量没有改变。负电极(阳极)发生氧化反应,同时释放出电子和锂离子。电子和锂离子经过内外电路,回到正电极的晶体结构中形成电池中性。

    7. 锂离子电池失效模式
    理想的锂离子电池,除锂离子在正负极之间嵌入和脱出外,不发生其池副反应,不出现锂离子的不可逆消耗。实际的锂离子电池,每时每刻都有副反应存在,也有不可逆的消耗,如电解液分解、活性物质溶解、金属锂沉积等,只不过程度不同而已。实际蓄电池系统,每次循环中,任何能够产生或消耗锂离子或电子的副反应,都可能导致蓄电池容量平衡的改变。一旦蓄电池的容量平衡发生改变,这种改变就是不可逆的,并且可以通过多次循环进行累积,对蓄电池性能产生严重影响。

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