數(shù)碼相機鋰聚合物電池
803243 1050mah 3.7v
厚度:8.0mm
寬度:32.0mm
長度:43.0mm Max ( 含保護板)
來源:藍泰陽作者:admin瀏覽次數(shù):818發(fā)布時間:2022-04-21 20:52:26
普通鋰離子電池低溫性能差,在極寒條件(-40℃以下)幾乎無法充放電。為此,亟需開發(fā)出功率密度高、低溫放電性能優(yōu)異的新型鋰離子啟動電池。鋰離子電池低溫性能受電解液和正負極材料影響。開發(fā)低溫鋰離子啟動電池,首先要從電解液和正、負極材料改性入手,以提升鋰離子電池的低溫放電容量、功率密度、循環(huán)壽命等性能。
鋰電池低溫性能主要與電解液的低溫導電能力、鋰離子在活性電極材料中的擴散能力、電極界面性質(zhì)有關。電解液、正極材料、導電劑和粘結(jié)劑對鋰離子及電子的遷移有較大的影響。室溫及低溫下鋰離子和電子的遷移對比示意圖如圖 1所示。
鋰離子電池低溫性能差的原因主要有以下幾個方面:
(1)低溫下電解液的黏度增大,甚至部分變?yōu)槟虘B(tài),致使離子電導率顯著降低;
(2)低溫下電解液與負極、隔膜的相容性變差,影響鋰離子的正常傳輸;
(3)低溫下鋰離子在活性電極材料內(nèi)部的擴散能力下降,電荷轉(zhuǎn)移阻抗顯著增大;
(4)低溫下負極易析鋰,析出的鋰易與電解液反應,其產(chǎn)物沉積導致電極 - 電解質(zhì)界面膜(SEI)厚度增加。
因此,為提升鋰離子啟動電池的低溫性能,應主要從以下幾方面展開工作:
(1)提升電解液在低溫條件下的離子電導率;
(2)提高低溫下鋰離子在活性物質(zhì)中的擴散能力;
(3)在電極 -電解質(zhì)界面形成薄且致密的 SEI 膜。
本文綜述了從電解液、正極材料和負極材料等方面提升鋰離子電池低溫性能的研究進展,并據(jù)此對電解液和電極材料在低溫鋰離子啟動電池中的應用進行了展望。
一、低溫電解液的研究及應用展望
電解液對鋰離子電池低溫放電性能的影響最為顯著,故在對低溫鋰離子電池的研究報道中,關鍵技術(shù)是提高電解液的低溫離子導電能力。
1.1 溶劑
低溫條件下,電解液導電能力下降的主要原因是部分溶劑的凝固,導致鋰離子遷移困難。因此,提高電解液低溫導電能力的關鍵在于抑制低溫下溶劑的凝固。這可通過優(yōu)化溶劑來解決。
采用多元溶劑組成的電解液是改善電解液低溫性能的重要手段。Plichta等制備了三元溶劑低溫電解液(LiPF6/EC/DMC/EMC),所組裝的電池在-40℃下仍可正常工作。這種電解液對正極集流體鋁的腐蝕較弱,電池循環(huán)穩(wěn)定性較好。在該溶劑組分中,EMC對提高電解液的低溫導電能力具有顯著的作用?,F(xiàn)在國內(nèi)外主要的電解液企業(yè)已把這一組成的電解液作為通用的商業(yè)化鋰離子電池電解液。但是這種電解液的低溫倍率放電不佳,且在更低的溫度(小于-50℃)環(huán)境中已不能放電。
較多的研究人員采用四元以上的電解液來綜合解決鋰離子電池的低溫放電性能。碳酸丙烯酯(PC)因其低熔點、大介電常數(shù)的特點,在作低溫電解液的溶劑方面潛力突出。但是,PC比碳酸乙烯酯(EC)多了一個-CH3,使得PC分子很容易和Li+共嵌入石墨層間,引起負極結(jié)構(gòu)剝落。目前,研究者已看到了解決這一問題的希望。對PC基電解液的研究表明,EC可較好地抑制PC嵌入石墨負極的現(xiàn)象,因此在含碳酸乙烯酯(EC) 基溶劑的電解液中適當加入PC基溶劑可改善鋰離子電池的低溫性能。
1.2 溶質(zhì)
低溫條件下,電解液溶質(zhì)的電化學反應活性影響鋰離子電池的低溫放電性能,這也是選擇低溫鋰離子電池溶質(zhì)的依據(jù)。溶質(zhì)的低溫反應活性的強弱也不是孤立的,需與合適的溶劑組分配合,才能發(fā)揮其低溫放電性能。提高溶質(zhì)離子的解離常數(shù)與電化學反應活性是開發(fā)低溫鋰離子啟動電池用電解液溶質(zhì)的需要努力的方向。
LiPF6電化學性能穩(wěn)定,易溶于有機溶劑,是最常用的溶質(zhì),但在電池使用過程中遇水易分解為LiF和HF,且在低溫下生成的SEI膜阻抗過大限制了其在低溫條件下的應用。LiBF4和LiBOB的電荷轉(zhuǎn)移阻抗較低,目前被廣泛用于鋰離子電池低溫性能的改善研究。LiBF4具有熱穩(wěn)定性好、電荷轉(zhuǎn)移阻抗小的優(yōu)點,但其成膜效果較差,溶劑易嵌入負極石墨層間,導致石墨結(jié)構(gòu)塌陷并從集流體剝落。LiBOB因具有良好的成膜性、耐過充性和價格便宜等優(yōu)點受到研究人員的關注。在 PC基溶劑中,LiBOB能夠在負極界面生成穩(wěn)定的SEI膜,但它卻難溶于鏈狀碳酸酯,導致低溫下電解液黏度較高,在-50℃已無容量,因此LiBOB常被用作鋰鹽的添加劑。
Zhang等在LiNiO2/石墨電池中,研究了LiBF4/LiBOB( 摩爾分數(shù)比0.98%∶0.02%)鋰鹽的低溫性能。研究結(jié)果表明,電池在-30和-40℃的放電容量分別是常溫下的83%和63%。LiBF4和LiBOB物質(zhì)的量各占1/2的混合鋰鹽 (LiODFB) 同時結(jié)合了LiBF4和LiBOB的優(yōu)點,成為近幾年低溫電解液溶質(zhì)研究的熱點。
1.3 添加劑
某些電解液添加劑的加入可提高SEI膜的導電性及穩(wěn)定性,從而改善鋰離子電池的低溫性能。因此,電解液添加劑的選擇和優(yōu)化也是提升低溫鋰離子啟動電池性能的重要環(huán)節(jié)。碳酸亞乙烯酯(VC)是一種較常用的添加劑。Aurbach等探究了VC添加劑加入電解液改善電池低溫性能的機理:少量VC加入后,電極界面導電性與穩(wěn)定性得以提升,從而提高了鋰離子電池的低溫性能。
有研究表明,LiPO2F2添加劑可改善三元材料NCM523所組裝的電池的低溫性能。Li 等采用0.05mol/L CsPF6作添加劑,電解質(zhì)選用1.0 mol/L LiPF6溶于EC-PC-EMC(體積比 1∶1∶8)溶劑,所配制的PNNL電解液,以NCA材料做正極,與傳統(tǒng)的電解液[1.0mol/L LiPF6溶于EC-EMC(體積比3∶7)]相比,同時與常溫下相比,所組裝的電池在低溫下的放電容量在-40℃下以0.2C充放電,其容量保持率近70%(圖 2)。
電解液與傳統(tǒng)電解液在不同溫度下的性能對比
總結(jié)前人對低溫電解液溶質(zhì)的研究,優(yōu)化選擇電解液溶劑和溶質(zhì),并進行合理配比,優(yōu)化搭配添加劑,改善電極 - 電解質(zhì)的界面性質(zhì),是低溫鋰離子啟動電池性能優(yōu)化的主要手段。
二、正極材料低溫特性的研究及應用展望
早期的研究主要集中在改良電解液的低溫特性。隨著研究的深入,人們發(fā)現(xiàn),鋰離子在正極材料中的擴散能力在很大程度上影響著電池的低溫性能。從而,有研究者從正極材料著手改善低溫鋰離子啟動電池的性能。
正極材料對鋰離子電池低溫性能的影響主要與正極材料的種類、顆粒大小和形貌有關。Choi等研究了LiCoO2的顆粒大小對電池低溫性能的影響,研究表明,由于LiCoO2的小顆粒可加強正極與電解液的接觸,同時還可以抑制物理破碎,從而極大改善了電池的低溫特性。文獻中對于LiFePO4體系的低溫特性研究較多,而對于LiCoO2和三元正極材料低溫特性的研究相對較少。相比而言,LiFePO4的離子電導率低的問題對低溫電池性能的影響就更為顯著。顆粒的納米化、包覆或摻雜改性、導電劑的添加可有效改善正極材料的低溫性能。研究表明,采用Li2O·2 B2O3包覆三元材料NCM111,其在-40℃下的比容量可由37.2mAh/g提升至101.9mAh/g。
通過控制正極材料的顆粒大小和形貌、包覆或摻雜改性,以增強鋰離子通道順暢程度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和電極-電解液界面的穩(wěn)定性,是提升低溫啟動電池的功率密度、容量和循環(huán)壽命的重要途徑。
三、負極材料低溫特性的研究及應用展望
低溫環(huán)境下鋰離子電池負極材料反應活性下降,極化嚴重,負極表面金屬鋰大量沉積,從而嚴重影響電池的低溫性能。因此,改善鋰離子啟動電池的低溫性能,應解決低溫下負極材料電荷轉(zhuǎn)移阻抗增大以及鋰離子擴散系數(shù)減小的問題。
表面包覆或體相摻雜(如石墨)是改善負極材料低溫性能的主要手段。Nobili等研究了Sn包覆和Sn摻雜對石墨低溫性能的改善情況。結(jié)果表明,Sn包覆的石墨負極具有最優(yōu)的低溫性能:-30℃時電池比容量可達170mAh/g;而在相同條件下,以普通石墨作負極的電池幾乎無容量。改善負極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和界面性質(zhì)(如通過金屬摻雜或包覆、結(jié)構(gòu)致密化處理等),抑制極化現(xiàn)象和鋰的析出,是從負極材料方面提升鋰離子啟動電池低溫性能的主要手段。
四、總結(jié)與展望
開發(fā)高性能的低溫鋰離子啟動電池,應在現(xiàn)有研究基礎上,通過電解液的低溫優(yōu)化以及正、負極材料的低溫改性,進一步提升低溫鋰離子啟動電池的放電容量、功率密度、使用壽命等特性。其他因素如導電劑的種類和含量,電極的厚度、表面積,電極密度,電極與電解液的潤濕性及隔膜等,均會對鋰離子電池低溫性能有一定的影響。在電極制備過程中,也需要適當?shù)貜倪@些方面考慮,選擇合適的技術(shù)手段,進一步提升啟動電池的低溫性能。
資訊
厚度:8.0mm
寬度:32.0mm
長度:43.0mm Max ( 含保護板)
厚度:5.0mm
寬度:15.0mm
長度:65.5mm Max
帶日本進口IC保護板
厚度:9.0mm
寬度:38.0mm
長度:55.0mm Max
厚度:5.5mm
寬度:36.0mm
長度:110.5mm Max
厚度:7.0mm
寬度:42.0mm
長度:100.5mm Max ( 含保護板)
厚度:8.0mm
寬度:40.0mm
長度:55.5mm Max ( 含精工保護板)
插頭與導線長度可定制
電池組失效模式與影響分析FMEA是質(zhì)量分析和可靠性分析都會用到的工具。FMEA是一個工具,它可以系統(tǒng)地分析產(chǎn)品和工藝過程中潛在的失效及其可能性評估其產(chǎn)生的危險,預測可能產(chǎn)生失效的區(qū)域以降低風險。當然這...
2023-03-24
可靠性設計和維護設計與其他的工程領域一樣,DFR和DFS(DesignforService,維護設計是非常重要的產(chǎn)品設計要素,這兩個要素在電子器件安全保障的設計初期就必須與鋰離子電池作為一個整體考慮??煽啃栽O計是一...
2023-03-21
鋰離子電池基于德州大學奧斯汀分校JohnGoodenough教授的研究,索尼公司在1991年將鋰離子電池商業(yè)化。迄今為止,離子電池已經(jīng)成為世界上產(chǎn)量最大的電池。在2013年,離子圓柱形電芯生產(chǎn)量約6.6億AH(安時),軟...
2023-02-21
計算公式總結(jié)下面是本章所介紹公式的總結(jié)列表?;谶@些公式,我們可以對設計電池進行基礎的理論計算,從而對儲能系統(tǒng)的性能有大致的了解。電壓V計算公式:V=I×RV=電流I計算公式:I=V/RI2=P/RI=P/V...
2023-02-20
電網(wǎng)用電池系統(tǒng)的計算上述相同的計算、公式和過程可用于評估和調(diào)整用于大型電網(wǎng)或固定系統(tǒng)的基于電池的能量存儲系統(tǒng)。大多數(shù)電池制造商面臨的挑戰(zhàn)是,從這些類型應用的信息需求的數(shù)量和水平通常比一個大型汽...
2023-02-16
將客戶需求轉(zhuǎn)換為電池組設計經(jīng)過上述講解,我們已經(jīng)對各類公式進行了簡單的介紹。在鋰離子電池組裝工藝過程中,需要把這些公式放在一起使用。在此,我們簡單地論述消費者對電池的要求??蛻魧﹄姵氐囊罂梢?..
2023-02-15
計算鋰電池充電電壓最高充電電壓等于串聯(lián)的電芯的數(shù)目乘以每個電芯的最高充電電壓(由制造商規(guī)定的):96cellsx4.2Vmax=403V最高充電電壓最低放電電壓與此計算類似,串聯(lián)的電芯數(shù)目乘以電芯制作商規(guī)定的最低放...
2023-02-15
鋰電池功率與能量的比值功率/能量比是許多客戶和系統(tǒng)設計者用來快速評估某種技術(shù)對其應用的適用性的一個快速數(shù)字(譯者注:即倍率,C-rate)。高功率應用,例如:12V啟/停型汽車電池,其比功率的數(shù)值(w/kg)通常...
2023-02-14
最大持續(xù)放電電流系統(tǒng)可以提供的最大持續(xù)放電電流的計算方法為:電芯并聯(lián)的數(shù)目(Np)乘以電流(Ic),然后再乘以最大倍率(CMax)。另外一種計算方法,是從制作商的數(shù)據(jù)清單里得到電芯的最大放電電流,然后再乘以...
2023-02-13
計算系統(tǒng)功率考慮到這些基本的計算,我們也可以深入挖掘并了解系統(tǒng)能提供多少能量。除了上面所示的基于歐姆定律的公式外,在計算中也可以使用這幾個公式來計算功率和使用功率(以瓦特計算)。在這種情況下,我...
2023-02-10
計算電池組壽命終端時的能量假設你可以使用100%的電池能量來達到這個范圍,實際上,你只能使用電池能量的80%~90%,這取決于電池的選擇和使用情況。這意味著25kWh必須是在該系統(tǒng)設計中可用的能量。換言之,...
2023-02-09
計算電池組的能量和容量如何計算電池組的能量(E)。假設我們需要一個25kW的電池組,電池組能量與電池組的電壓(Vp)和容量(Ip)存在如下關系:Ep=Vp×Ip假設使用的3.7V的NMC電芯,共計96個,串聯(lián)后的電池...
2023-02-08
計算電池組所需的電池單體數(shù)量首先介紹電池組設計過程中如何計算需要多少個電芯以滿足所需要的電壓和電流。系統(tǒng)需要的電壓一般取決于系統(tǒng)的電動機。擁有電池組目標電壓,很容易計算出需要多少電芯才能滿足系...
2023-02-07
歐姆定律和基本的電池計算雖然電池組設計需要用到很多公式,但是歐姆定律是最重要、最基礎的公式。歐姆定律描述的是電壓、電流以及電阻三者之間的關系由于電壓和電流是電池中為數(shù)不多的可以測量的物理量(可...
2023-02-07
鋰聚合物電池壽命定義在環(huán)境溫度下,電池以0.2C充電,電池端電壓達到充電限制電壓時改為恒流充電,直到充電電流小于20mA時停止充電,擱置0.5-1,再去以0.2C電流放電至終止電壓.放電截止后,再擱置0.5~1H.再...
2022-06-06
鋰聚合物電池禁止事項:1.不可將電池置于火中。2.不可將電池充電器正負極反接。3.不可將電池短路(P+、P-)。4.避免電池過度沖擊和震蕩。5.不可拆解或扭曲電池。6.不可浸入水中。7.不可將該電池與其他種類和...
2022-06-06
冬季更容易出現(xiàn)電池失效的原因是什么?冬季是車輛不易啟動的高發(fā)季節(jié),尤其是在寒冷的早晨,更容易出現(xiàn)“趴窩”的現(xiàn)象。為什么到了早晨想要出門卻啟動不了車輛?最常見的原因就是蓄電池失效了。...
2022-02-06
2022-02-06
鋰聚合物電池鼓包脹氣的原因:聚合物鋰離子電池芯采用的是鋁塑複合膜的包裝技術(shù),當電池芯內(nèi)部由于異?;瘜W反應的發(fā)生而產(chǎn)生氣體時,Pocket會被充起,電池芯鼓脹(有輕微鼓脹和嚴重鼓脹兩種情況),且不論外...
2022-02-06
計算電池組壽命終端時的能量假設你可以使用100%的電池能量來達到這個范圍,實際上,你只能使用電池能量的80%~90%,這取決于電池的選擇和使用情況。這意味著25kWh必須是在該系統(tǒng)設計中可用的能量。換言之,...
2023-02-09
計算電池組的能量和容量如何計算電池組的能量(E)。假設我們需要一個25kW的電池組,電池組能量與電池組的電壓(Vp)和容量(Ip)存在如下關系:Ep=Vp×Ip假設使用的3.7V的NMC電芯,共計96個,串聯(lián)后的電池...
2023-02-08
計算電池組所需的電池單體數(shù)量首先介紹電池組設計過程中如何計算需要多少個電芯以滿足所需要的電壓和電流。系統(tǒng)需要的電壓一般取決于系統(tǒng)的電動機。擁有電池組目標電壓,很容易計算出需要多少電芯才能滿足系...
2023-02-07
冬季更容易出現(xiàn)電池失效的原因是什么?冬季是車輛不易啟動的高發(fā)季節(jié),尤其是在寒冷的早晨,更容易出現(xiàn)“趴窩”的現(xiàn)象。為什么到了早晨想要出門卻啟動不了車輛?最常見的原因就是蓄電池失效了。...
2022-02-06
2022-02-06