


锂电池主要有3种类型,包括锂金属电池、锂离子电池、同时含有锂金属原电芯和锂离子电芯的电池。锂金属电池是指利用金属锂作为负极的电池,与其相搭配的正极材料可以是氧气、单质硫、金属氧化物等物质。我们平常说的锂电池一般指的是锂离子电池,准确地说是“二次锂离子电池”,主要材料包含了正极、负极、电解液和隔膜。
锂离子电池结构示意图
主要组成部分解读
正极:正极采用嵌锂的过渡金属的氧化物,目前主要是钴酸锂、镍酸锂(多用作三元材料)、锰酸锂和磷酸铁锂(多用作动力电池)。
负极:负极目前主要是碳基材料,多为人工石墨或天然石墨。
隔膜:隔膜是电解质的载体,一般是聚乙烯或聚丙烯的单层微孔膜,或者二者的复合多层微孔膜。隔膜性能决定了电池的内阻和界面结构,进而决定了电池容量、充放电电流密度和循环性能等关键特性。隔膜要有良好的电子绝缘性和隔离性,同时有一定的孔径,能保证锂离子的良好穿透性。
电解液:电解液是电池中离子传输的载体,一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。
锂电池工作原理
锂离子电池根据所谓“摇椅理论”工作运行,充放电时,锂离子像摇椅一样在电池正负极中摇来摇去,往返进出,因此锂离子电池也被称为“摇椅电池”。
钴酸锂电池工作原理示意图
以钴酸锂电池为例,正极为钴酸锂(LiCoO2),负极为石墨碳(C6),充电时锂离子(Li+)从正极脱嵌,经隔膜到负极后嵌入碳分子中;放电时反之。
锂电池安全性
锂离子电池是高能量、长寿命的移动能源,但有一定安全隐患。锂离子电池性能取决于材料、设计和工艺控制,其安全性是一个综合性问题,要从电池材料体系、结构设计和工艺控制等方面着手解决。
影响锂电池安全性主要有以下因素
一是内部因素。主要是内部短路,比如正负极片上微粉或凸点刺穿隔膜,引起内部短路;或是粘结剂不合格,产生掉粉,形成毛刺造成隔膜穿刺,导致内部短路。
二是外部因素。过充是造成锂电池爆炸的主要原因,此外外部短路、温度过高、受到外力冲击或挤压等也可能导致爆炸。
三是电池芯的内部结构。这是电池品质关键所在,也是电池安全的最后防线,优质的隔膜纸能够隔开正负极防止过度充电,由于其孔径更小,因此也不易被刺破。运行有效的限压阀也能在电池过热时及时释放压力,避免压力过大引起爆炸。
国内外产品标准及指令要求
随着锂电池造成的安全事故频发,人们对锂电池的安全隐患都有了深刻认识,各国陆续制定完善相关标准或准入指令,监管锂电池质量。