聚合物鋰離子電池知識(shí)大全
一、 電池的發(fā)展史
1.1859年普萊得(植物)試制成功化成式鉛蓄電池，電池進(jìn)入了萌芽狀態(tài)。
2.1868年勒克朗謝(Leclanche'—法國)研制成以NH4Cl為鈷的鋅-二氧化錳電池。
3.1895年瓊格(Junger)發(fā)明了鎳-鎳蓄電池。
4.1900年愛迪生(Edison)創(chuàng)制了鐵-鎳蓄電池。
5.1960年代Zn-MnO2電池(以KOH / NaOH為氧化物);主鋰金屬電池(美國/日本/法國)
6.1980年代鎳鉻，鋰電池
7.1990年代鋰離子聚合物電池
8. 1996年聚合物鋰離子電池(LiMn2O4 / LiCoO2 /石墨)
電池的發(fā)展是和社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展分不開的，同時(shí)電池的發(fā)展也推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展。
二，電池的定義及分類
1.定義
電池-一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
鋰電池是用金屬鋰作為負(fù)極活性物質(zhì)的電池的總稱量。
聚合物鋰離子電池---電池的正極/負(fù)極/聚合物的主要構(gòu)造中至少有一個(gè)使用高分子材料作為其主要基質(zhì)的二次電池系統(tǒng)。
2.分類
1>一次電池
2>二次電池
1>基線
活性物質(zhì)--- LiMn2O4 / LiCoO2等
粘合劑--PVDF聚合物等
導(dǎo)電劑---炭黑等
增塑劑--DBP / DDP等(為了使電池容納足夠的氧化劑，要用萃取的方式把增塑劑萃取出來，在膜片上形成孔洞，作為存放和Li +的通道)
集電器-鋁箔/網(wǎng)格
2>尼龍
活性物質(zhì)---石墨/硬碳等
粘合劑--PVDF聚合物; SBR等
導(dǎo)電劑-炭黑等
增塑劑--DBP / DDP等
集電器-銅箔/網(wǎng)格
集流體是金屬(Al / Cu)，不能與膜片(陰/陽極膜)很好的附著，所以在集流上也要加吸附劑和碳墨(導(dǎo)電劑)，并用丙酮制漿，處理集流體。----網(wǎng)格處理
3>釩
鋰鹽--LiPF6 / LiBF4 / LiClO4
有機(jī)溶劑--- EC / DMC / DEC
需求：
-高離子電導(dǎo)率
---化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定
---良好的LT / HT性能
4>隔離膜
粘合劑/增塑劑/溶劑(丙酮)
5>結(jié)構(gòu)
電池由電極，電解質(zhì)，隔離膜及外殼組成。
— +
離子：(分為正離子或負(fù)離子)，由失去或得到電子的原子或原子團(tuán)構(gòu)成;
氧化反應(yīng)：(如上圖)失去電子為氧化反應(yīng);
還原反應(yīng)：(如上圖)得到電子為還原反應(yīng)。
再看鋰原子的電子分布(1S22S1)，2S1層是半充滿，轉(zhuǎn)換軌道中的電子極易丟失而發(fā)生氧化反應(yīng)，這樣鋰的化學(xué)性質(zhì)就非常活潑。同時(shí)，鋰失去/得到電子的過程中，有電子的轉(zhuǎn)移同時(shí)伴隨能量的轉(zhuǎn)移，對鋰而言，得到電子(充電)為儲(chǔ)存能量，失去電子(放電)為釋放能量。
2>鋰/石墨的化學(xué)性質(zhì)
鋰位于元素周期表第一族主族的第一位，在已知的金屬中具有最輕的原子量(6.94)及最負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位(-3.045V)，因此與適當(dāng)?shù)纳倭坎牧掀ヅ錁?gòu)成的鋰電池，具有能量密度大，電池電壓高的性能，性能，鋰電池還具有放電電壓穩(wěn)定，工作溫度范圍寬(能在-40?+ 50℃的環(huán)境中工作)，低溫性能好，儲(chǔ)存壽命長等優(yōu)點(diǎn)。鋰是非常活潑的金屬，與水發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，在自然界中不可能以單質(zhì)的狀態(tài)存在。
由于鋰的化學(xué)性質(zhì)，它很適合做電池材料，用鋰做電池的原理如下：
電子在導(dǎo)線內(nèi)和用電器中流動(dòng)，電池內(nèi)部以離子導(dǎo)電方式導(dǎo)電。如陰/陽極直接接觸，就構(gòu)成電子通路，造成短路，所以要在陰/陽極之間加上隔離膜。
四，相關(guān)術(shù)語
1.電極(電極)
活性物質(zhì)是指正，長期中參加成流反應(yīng)的物質(zhì)，是化學(xué)電源產(chǎn)生電能的源泉，是決定化學(xué)電源基本特性的重要部分。
2.能量(energy)及比能量
通常用瓦時(shí)(Wh)表示。比能量是指單位重量或單位體積的電池所產(chǎn)生的能量，也叫重量比能量或體積比能量，也稱能量密度，常用Wh / kg或Wh / L表示。
3.功率(power)及比功率
電池的功率是指在一定的放電條件下，單位時(shí)間內(nèi)電池輸出的能量，單位為瓦(W)或千瓦(KW)。單位重量或單位體積的電池輸出功率稱為比功率，其大小表征電池所能承受的工作電流的大小。
4.容量(capacity)
例如：160mAh —代表電池在負(fù)載情況下，以160mAh恒流放電，大約可放1小時(shí)。以同一負(fù)載，用80mA恒流放電，大約可放2小時(shí)。
5. C費(fèi)率
在不同電流下能放出的能量，一般而言，電芯都需要測試在不同恒流情況下的放電性能。一般分為以下兩種：0.2C，0.5C，1C，2C。
以容量1600mAh電池為例：
6.循環(huán)壽命
基本是將電芯通過多次充放及以電芯容量降到80%為測試點(diǎn)。電芯經(jīng)過每一次充放都會(huì)有能量損失。 (常數(shù)，熱能)因此會(huì)造成容量損失，而循環(huán)壽命的標(biāo)準(zhǔn)就是以1C恒流充放。當(dāng)電芯經(jīng)多次充放而容量降到原本的80%時(shí)，我們以此點(diǎn)作為檢查點(diǎn)，檢查電芯在此狀態(tài)下的循環(huán)數(shù)。而好的電芯，一般情況下能以1C恒流充放多次，到達(dá)300個(gè)循環(huán)時(shí)亦有大約百分之八十的容量。
7.內(nèi)阻(阻抗)
電池內(nèi)阻指的是電流通過電池時(shí)所受到的約束，包括歐姆電阻和電極在電化學(xué)反應(yīng)時(shí)所表現(xiàn)的轉(zhuǎn)變穿透兩部分。
歐姆內(nèi)阻主要由電極材料，鎢，隔離膜的電阻及各部分的接觸電阻組成，從而仍與電池的尺寸，結(jié)構(gòu)，裝配等因素有關(guān)。
極性內(nèi)阻指電池的極性與末端在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)變所引起的內(nèi)阻，與活性物質(zhì)的本性，電極的結(jié)構(gòu)，電池的制造工藝有關(guān)，特別是與電池的工作條件密切相關(guān)。
總之，內(nèi)阻是決定電池性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它直接影響電池的工作電壓，工作電流，輸出的能量與功率，對于一個(gè)實(shí)用的電池，其內(nèi)阻越小越好。
8.開路電壓(OCV-開路電壓)&工作電壓(Work Voltage)
開路電壓指外線路中沒有電流通過時(shí)，電池兩極之間的電位差。
工作電壓又稱放電電壓或端電壓，指有電流通過外線路時(shí)電池兩極之間的電位差。
工作電壓總是低于開路電壓。
9.化成(形成)
化成是電池的初使化，因?yàn)樵贚i +第一次充電時(shí)，Li +第一次插入到石墨中，會(huì)在電池內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。即第一次充電時(shí)，會(huì)形成SEI(固體電解質(zhì)界面固態(tài)層，SEI層包在石墨層外部，讓Li +順利地插入石墨中，但不讓電子通過，而SEI層的形成是EC + Li + eàLiR+ CO2(產(chǎn)生氣體，所以化成時(shí)需要?dú)饽?，其形成一定要有電子參與，所以當(dāng)SEI Layer足夠厚時(shí)，反應(yīng)停止，SEI Layer對電池電性有重要影響。所以電池Formation的流程非常重要。
五，聚合物鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)
1.優(yōu)點(diǎn)
1>高容量
鎳鉻電池最大2?3倍：6000mAh
2>高密度
鎳鉻電池170?200Wh / kg的2?3倍
3>高工作電壓
3.6V，是鎳鉻電池的3倍
4>長壽命(> 1000次)
5>無記憶效應(yīng)
6>自放電少
7>靈活
8>安全----無金屬鋰;無泄漏;沒有火;無毒更少的污染;如果過度充電，則安全。
