动力锂离子邱健电池

动力锂离子电池 篇1

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本文针对动力型锂离子电池隔阂技能范畴我国专利的整体展开趋势、首要请求人及部分省份专利请求状况进行剖析, 经过对数据的客观剖析来掌握我国动力型锂离子电池隔阂范畴的竞赛态势, 提出引进动力型锂离子电池隔阂工业立异资源、安排展开动力型锂离子电池隔阂要害共性技能攻关、树立动力型锂离子电池隔阂工业专利预警渠道等主张, 为动力型锂离子电池隔阂范畴的研发安排和企业拟定战略布局供给决策参阅。

 

作为一种节能与环保偏重的新动力产品, 动力型锂离子电池现已成为新动力轿车的主活动力电池产品。隔阂作为锂电池的四大要害元件 (正极、负极、隔阂、电解液) 之一, 在电池中起着阻隔正负极电子电导, 答应电解液离子自由经过然后完结离子传导的重要效果, 是电池容量、循环才干和安全功用的重要决议要素。专利是衡量技能立异才干的重要标志, 经过专利剖析能够猜测科技展开趋势、剖析研讨潜在商场、确定技能展开方向。为了更好地服务于动力型锂离子电池隔阂工业展开的需求, 本文展开动力型锂离子电池隔阂我国专利剖析, 提醒隔阂范畴立异资源的散布状况及特征, 为国家、企业拟定技能战略布局供给决策参阅。

 

动力型锂离子电池隔阂我国专利数据剖析

 

专利数据来自国家知识产权局我国专利数据库, 结合落款、摘要、要害词、IPC分类、德温特手艺代码的字段进行检索, 检索式为: (名称= (隔阂or阻隔阂) or摘要= (隔阂or阻隔阂or复合膜or多孔膜or微孔膜or编织膜or (复合and膜) or纤维膜) or分类号= (H01m2/14 or h01m2/16 or h01m2/24 or H01m10/052 or h01m10/0525or B01D39/16 or C08G73/10 or C08J5/22 or C08J9/00 or C08J9/26 or B29C67/20 or B29C69/00 or B29C65/00 or B01D71/26 or B01D69/02 or B32B27/32 or D04H1/728 or D01D5/04 or B29C47/50 or C04B35/622 or C04B35/447 or B29C55/02) ) and摘要= (锂and电池) and ( (名称=动力or功率or电动or车or交通or高容量or高能量密度or高比容or倍率功用) or (摘要=动力or功率or电动or车or交通or高容量or高能量密度or高比容or倍率功用) ) , 经过批量去噪和人工阅读去噪, 截至2015年6月30日, 共检索到动力型锂离子电池隔阂范畴相关我国专利191件。

 

整体趋势

 

图1提醒的是动力型锂离子电池隔阂我国专利请求量的年度改动趋势。从图中能够看出, 动力型锂离子电池隔阂的相关技能从21世纪开端在我国零散呈现;2003年至2007年期间, 隔阂技能的专利请求量在6~8件不断动摇;2008年至今是动力型锂离子电池隔阂技能的快速成长时刻, 2013年专利请求量抵达了一个较高的水平 (专利一般从请求到公开需求长达1至3年的时刻, 因而图1中的数据截止至2013年) , 这与国家近来对电动轿车工业的大力扶持有着亲近的联系。整体来说, 在对动力型锂离子电池的研讨进程中, 对隔阂的注重度相对缺乏, 隔阂专利的请求量比较其他几大要害元件而言仍处于较低的水平, 未来展开潜力还有待进一步发掘。

 

以年度专利数量为横坐标, 年度专利请求人数量为纵坐标, 绘制出如图2所示的动力型锂离子电池隔阂我国专利技能生命周期图。我国的动力型锂离子电池隔阂阅历了2000-2007年的技能萌芽期, 专利数量和请求人数量均很少;2008年开端进入隔阂专利技能成长时刻, 这一阶段的专利数量和请求人数量开端快速上升, 越来越多的科研安排和企业竞相投入展开, 技能竞赛日趋激烈, 标明我国对隔阂工业投入的热情不断升温, 预计隔阂专利请求量将呈现稳步添加的态势。

 

请求人剖析

 

图3给出了动力型锂离子电池隔阂范畴专利请求安排活跃图。现在, 现已有105家国内外企业或个人在我国请求了动力型锂离子电池隔阂方面的相关专利, 具有6件以上企业仅有7家, 其专利总和占隔阂方面专利总量的32%;具有2~5件企业有29家, 其专利总和占到隔阂方面专利总量的36%;而具有专利量小于2件的企业共有69家, 专利总和占32%。这阐明现在动力型锂离子电池隔阂是一个充溢活力的技能范畴, 专利涣散在众多企业中, 尚未呈现具有显着领先优势的企业。

 

从图4中能够看出, LG化学株式会社以11件专利排名居首, 占动力型锂离子电池隔阂专利总量的5.73%;深圳市旭冉电子有限公司、上海乾呈玩具科技有限公司别离以10件专利并排第二;紧随其后的是青岛生物动力与进程研讨所、东丽株式会社、东丽东燃机能膜协作会社、韩国SK动力, 别离请求了8件专利。整体来说, 排名前十一位的企业中有2家韩国企业、4家日本企业及5家我国本乡企业, 阐明韩国和日本十分注重在我国商场进行动力型锂离子电池隔阂范畴相关专利的请求和布局, 对隔阂技能的维护力度很大。

 

部分省份专利请求状况剖析

 

图5显现了部分国家和区域在我国请求动力型锂离子电池隔阂专利的状况。从图中能够看出, 在我国商场布局的国家和区域首要来自我国本乡、日本、韩国、美国和德国的安排, 其间, 来自日本安排的我国专利高达45件, 来自韩国安排的我国专利为22件, 国外安排的专利请求量占我国隔阂专利请求总量的39.58%。来自我国本乡安排的专利请求中, 广东以36件排名首位, 上海以18件位列第二, 北京和山东紧随其后。整体来看, 广东领先位置显着, 其他几个城市技能实力差距不大。

 

结语

 

从专利剖析效果来看, 动力型锂离子电池隔阂范畴的我国专利从21世纪开端零散呈现, 起步与全球专利比较晚了近三十年。在国家对电动轿车工业的扶持下, 越来越多的科研安排和企业竞相投入展开, 隔阂专利规划不断增大。现在, 动力型锂离子电池隔阂方面的我国专利散布较为涣散, 未呈现具有显着领先优势的企业。国外来华请求涉及的安排包含韩国LG化学株式会社、韩国SK动力、日本东丽东燃机能膜协作会社、日本东丽株式会社、日本旭化成株式会社以及日本瑞翁株式会社, 阐明韩国和日本十分注重在我国商场进行动力型锂离子电池隔阂范畴相关专利的请求和布局。因而, 我国有必要尽快拟定动力型锂离子电池工业专项展开规划, 确定隔阂工业技能路线图, 采纳强有力的推进方法, 抢占商场先机, 加速动力型锂离子动力电池隔阂行业的展开。

 

(1) 引进动力型锂离子电池隔阂工业立异资源

 

树立高层次动力型锂离子电池隔阂范畴人才的引进、培育和选拔机制, 规划建造动力型锂离子电池隔阂特色工业园区, 为隔阂工业立异资源的集聚供给渠道。活跃引进隔阂范畴的科研和工业化领军人物及相关安排, 与国外领军企业和研讨安排展开战略协作, 树立技能开发协作渠道, 选用自主立异与引进消化吸收再立异相结合的方法, 取得共性和要害技能问题的打破, 构成区域工业优势, 推进工业可持续展开。

 

(2) 安排展开动力型锂离子电池隔阂要害共性技能攻关

 

树立动力型锂离子电池工业展开严重专项, 加大对隔阂中心要害技能研发的投入, 推进产学研联合科技攻关, 树立以企业为主体的新动力共性要害技能和中心技能立异渠道;依托深圳市旭冉电子有限公司、上海乾呈玩具科技有限公司、我国科学院青岛生物动力与进程研讨所、比亚迪股份有限公司等安排, 构建动力型锂离子电池隔阂工业技能立异战略联盟, 鼓舞联盟成员环绕工业技能立异的要害问题, 集成和共享技能立异资源, 展开技能立异协作, 构成重要的工业技能规范, 进步工业自主立异才干。

 

(3) 树立动力型锂离子电池隔阂工业专利预警渠道

 

为应对跨国企业在华的专利战略布局, 树立动力型锂离子电池隔阂工业专利数据库及国内外首要竞赛对手知识产权状况监测数据库, 监控国际领先企业的专利布局动态, 及时研讨剖析国内外技能、商场等方面的展开动向, 树立动力型锂离子电池隔阂工业专利预警机制, 依托各地专利办理部分、科技情报研讨部分、企业等单位联合树立由专利剖析人员、专业技能人员和法律人员等组成专利预警安排, 定时为政府相关部分及企业供给预警危险陈述, 拟定专利维护战略, 活跃布局打破专利壁垒。

 

轿车用动力锂离子电池展开现状时刻 篇2

1.1 抱负的车用锂离子电池正负极资料要求

 

电池资料的物理结构和化学组成决议了它的功用,抱负的车用锂离子电池资料应具有以下特征:(1)具有层状或隧道的晶体结构,以利于锂离子的嵌入和脱出,以确保锂离子电池的循环寿数;(2)充放电进程中,应有尽或许多的锂离子嵌入和脱出,使电极具有较高的电化学容量;(3)在锂离子进行嵌脱时,电池有较平稳的充放电电压;(4)锂离子应有较大的分散系数,以削减极化构成的能量损耗,确保电池有较好的快充放电功用;(5)资料应价格廉价,对环境无污染,质量轻,可回收。1.2 车用锂离子电池正极资料

 

现在锂离子电池正极资料首要有:锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、磷酸铁锂等,负极资料首要有石墨、钛酸锂等。不同锂离子电池正极资料功用比较见表1。

 

从整车安全和电池本钱考虑,磷酸铁锂是最有或许在轿车用动力电池上运用的锂电池正极资料,其长处有:(1)安全性好:安稳,即便在过充电状况下也不会产生游离氧,不和电解液反响;能够放电到0 V,电池无大的损伤;与有机电解液反响活性低;热力学安稳状况, 400 ℃以下无改动。

 

(2)安稳性高:充放电进程中,晶体结构不会产生改动;三维结构, L i +二维移动,利于锂的嵌入;充电电压低,电解液更安稳,电池副反响少;循环寿数长。

 

(3)环保:整个出产进程清洁无毒,一切原料都无毒。

 

(4)价格廉价:磷酸盐选用磷酸源和锂源以及铁源为资料,价格廉价。但磷酸铁锂资料也存在以下缺陷:(1)导电性差:磷酸铁锂不能得到大规划运用的首要问题,需往磷酸铁锂颗粒内部掺入导电碳资料或导电金属微粒,或颗粒外表包覆导电碳资料,进步资料的电子电导率。

 

(2)振实密度较低:一般只能抵达1.3～1.5,该缺陷决议了在小型电池如手机电池等没有优势,首要用来制作动力电池。

 

(3)电压渠道低:一般为3.2 V。

 

现在锂铁电池正极出产技能有以下三种:(1)在粉体颗粒外表以碳元素涂布;(2)用金属氧化物包覆颗粒;(3)选用纳米制程技能细化资料颗粒,使之微粒化。车用锂离子电池系统

 

车用锂离子电池系统一般由电芯及电池组、电池办理系统(BMS)、高压电安全系统(直流触摸器、熔断器、预充电电阻)、冷却系统和检测单元(电流传感器、电压传感器和温度传感器)等组成,如图1所示。

 

2.1 电芯及电池组

 

一个典型的锂离子电芯首要包含正极片、负极片、正负极集流体、隔阂纸、外壳及密封圈、盖板等,常用电芯形状首要有圆柱形和方形。

 

为了满意整个电池系统的电压、能量和功率要求,电池组一般是由若干个电芯依照串联或并联的方法组合起来,每个电芯之间由导线衔接,一同,为了对电芯的温度、电流、电压、荷电状况(SOC)等信息进行实时监测,又能够把电池组分红若干个模块,各电芯和模块之间以必定方法科学合理组合,确保整个电池组的电功用、热平衡和散热要求。2.2 电池办理系统BMS 电池办理系统(BMS)用来监控和维护电池的作业状况,应该能准确检测电池的参数,包含:单体电压、模块电压、电流、温度。运用电池模块和电池系统的信息核算并陈述荷电状况SOC,寿数状况SOH(State Of Health),当时可用充放电功率,并执行对触摸器的操控。BMS系统由BMU(Battery Module Unit,又叫CECU, Center Electronic Controller Unit), CSC(Cell Supervising Circuit,又叫LECU, Local Electronic Control Unit)、触摸器、预充电电阻、保险丝、电压传感器温度传感器,以及电流传感器等模块组成。图2显现了电池及其办理系统与外部衔接的典型例子。

 

在BMS中, CSC首要功用有:(1)单体/模块电压收集:一个模块由若干个电池单体串并联组成,并由一个CSC监控,每个CSC收集模块内各个单体的电压和整个模块的电压;(2)模块内平衡: CSC依据判别模块内各个单体的电压,一般是经过电阻放电的方法,消除模块间容量的差异;(3)电池模块温度检测: CSC丈量若干点模块内电池的温度;(4)CAN通讯: CSC将收集到的数据上传给BMU。BMU首要功用有:(1)系统电压丈量: BMU收集整个系统的总电压;(2)电流丈量: BMU收集整个系统的电流,一般经过火流器(shunt)或许霍尔器材(Hall);(3)绝缘检测: BMU 丈量电池组对车身地(vehicle chassis)之间的绝缘电阻,可经过三电压法等方法;(4)SOC猜测功用:在实时充放电进程中,能在线监测电池组容量,能随时给出电池组整个系统的剩余容量百分比;(5)SOH猜测功用:依据实践的作业累积状况,给出蓄电池组的当时容量,内阻,循环寿数,日历寿数等;(6)可充放电功率核算: BMU经过不同SOC,温度来核算当时整车能够放电和充电的功率;(7)毛病维护:过电流、过压、欠压、过温、单体间电压/温度不平衡。在以上毛病呈现时, BMU通知给VMS整车办理系统,请求降功率作业或关断充放电回路;(8)预充电: BMU在闭合高压触摸器时,先对高压母线预充电;(9)模块间平衡: BMU经过指令操控CSC,来补偿不同模块间的容量差异;(10)热办理: BMU经过电池温度,完结对散热设备的操控(如风冷,操控风扇的转速);(11)通讯功用: BMU选用CAN总线的方法别离与子系统模块、VMS整车办理系统及充电器进行通讯;(12)充电器操控: BMU操控充电器的输出,并监测整个充电进程。

 

2.3 电池安全及高压电 2.3.1 电池安全

 

关于车用锂离子电池,国标和美国先进电池协会(USABC)有严厉的乱用功用测验要求及测验项目。乱用测验功用等级要求从1到7级,当等级大于2级,电池即遭到了不行修正的损坏。乱用测验项目分为3大类,包含机械、热和电乱用一共16个项目。每个量产的电池产品都有必要完结以上乱用测验。

 

假如车用锂离子电池系统运用不当,如过充、过放、过热、磕碰等条件下或许产生以下安全危险:(1)内部短路,运用钴酸锂的锂电池在过充时(乃至正常充放电时),锂离子在负极堆积构成枝晶,刺穿隔阂,构成内部短路;(2)产生大电流,包含外部短路时,电池瞬间大电流放电,产生巨大热量,内部短路,隔阂穿透,温度上升,短路扩展,构成恶性循环;(3)气体排放,如有机电解液在大电流,高温条件下电解,产生气体,导致内压升高,严峻时冲破壳体;(4)焚烧,金属锂在壳体破裂时与空气触摸,导致焚烧,一同引燃电解质产生爆破。如图3所示。

 

因而在规划车用锂离子动力电池系统时,应从电池资料(包含正负极资料、隔阂、电解液)、电芯的规划和制作(包含电池结构、安全规划、均一性)、电池系统的安全功用(包含电池办理系统、热办理系统、高压安全、外壳等)、整车安全功用等不同层面进行研讨和剖析,确保其在车上的安全运用。2.3.2 高压互锁回路HVL 车用锂离子电池系统规划时,电池办理系统要供给一个手动开关,手动开关内部集成主回路的保险丝及主回路的高压互锁电路。当手动开关从电池系统中拔出,此刻要确保电池系统的输出端没有任何潜在的危险电压。电池办理系统一同要为充电器供给另一个高压互锁电路。电池办理系统要实时监控高压动力母线以及充电器的高压互锁电路,电池办理系统供给高压互锁电路的输出源,一同在CAN网络上给出当时的高压互锁电路的监控信息。一切的高压部件都应供给高压互锁的衔接设备,这些高压互锁衔接设备经过串行方法进行衔接。2.3.3 绝缘电阻丈量

 

电池办理系统要实时丈量高压动力母线正负极和车身的绝缘电阻状况,并经过CAN总线上报当时的绝缘电阻值。假如当时丈量的绝缘电阻值小于设定值,如关于最高电压400V左右的系统,绝缘电阻为400 KΩ时,电池办理系统要给出报警信号,假如当时丈量的绝缘电阻值小于设定值,如200 KΩ,电池办理系统要给出危险信号并堵截一切的主触摸器。2.3.4 磕碰安全

 

车辆在行使进程中,磕碰是不行防止的。出于安全考虑,电池系统主回路上有必要设备磕碰开关,且要求车用锂离子电池办理系统的正极、负极主触摸器及预充电触摸器的电源由磕碰开关供给。一同,电池办理系统需求操控正极、负极主触摸器及预充电触摸器的电源负极。

 

当磕碰开关断开后,正极、负极主触摸器及预充电触摸器的电源会被堵截。2.4 电池热办理系统

 

依据不同的油电混合程度以及纯电动续驶路程,车用锂离子电池系统无论是功率、能量仍是体积、分量都有所不同。当车辆在不同作业工况下,电池系统由于其本身有必定的内阻,在输出功率、电能的一同产生必定的热量,使电池温度升高,当电池温度超出其正常作业温度区间时,有必要限功率作业,否则会影响电池的寿数。为了确保电池系统的电功用和寿数,车用锂电池系统都有必要具有热办理系统。在规划电池热办理系统时,一般的要求有:(1)电池满功率作业的温度区间界说,电池降功率作业区间界说;(2)电池低温发动功用要求;(3)电池隔热功用;(4)电池主动制冷和主动制热功用;(5)制冷和制热方案,如风冷或液冷。

 

风冷方案规划首要考虑电池系统结构的规划,风道,风扇的位置及功率的挑选,风扇的操控战略等。液冷方案规划首要考虑冷却管道,流场,进出口冷却剂的流量、温度、压降。水泵及整车空调压缩机的操控战略等。

 

2.5 电池系统外形规划及布置

 

依据轿车制作企业的要求进行规划,因不同的车型和可用空间巨细要求而规划,形状可恰当灵敏规划,一般做成一个整体比较好,有利于电池的热办理,下降本钱,进步电池的热均衡性,进步电池的寿数。关于乘用车,一般放置位置在车身底盘、车后座椅及后备箱之间或备胎空间里。车用锂离子电池系统首要国内外供货商

 

国外首要的车用锂离子电池供货商及主推系统、协作企业相关信息见表2。

 

从展开趋势看,大型动力锂离子电池企业与大型轿车公司协作开发车用动力电池系统已成为潮流。强强联手一方面将加强动力电池开发的资本实力,保障了工业化所需求的资金,另一方面加速了轿车与动力电池的接口交融,将加速其工业化。锂离子电池系统存在的技能难题和处理方法

 

锂离子电池是未来车用动力电池的首选技能。但锂离子电池仍然处于实验、定量出产水平,短期运用还存在危险, 锂离子电池运用到混合动力车上面对的首要应战是产量和可靠性,包含寿数和潜在安全问题,然后导致电池出产商和轿车制作商一同面对很大的经济危险,许多化学和电池安排正在进行该项研讨。如图4所示,关于混合动力车,运用寿数、作业温度规划和价格还有很大应战,但在延伸运用寿数方面现已取得了显着展开并仍在持续。

 

关于电动车用电池, 运用寿数、作业温度规划和价格仍然有很大的应战,别的能量密度和比能量也存在应战,如图5所示。为了抵达能量需求方针,在先进的电极方面有必要有大的展开和打破。

 

别的,包含锂离子电池系统的高压安全、电池资料的回收、电池充电技能等也还面对着很大的应战。展望

 

现在全球电动车电池技能展开有两大方向:一是从现有的二次电池加以改进,另一则是开发新的燃料电池。现在车用动力电池大都仍停留在价格相对廉价的铅酸电池等传统产品上,但跟着技能打破和出产本钱有用操控,锂电池质轻、续航路程长以及高能量密度和输出功率的优势逐步显现,长时刻来看将成为展开主流,整车厂与锂离子电池出产厂商协作一起开发电池系统是必定趋势。

 

但在锂离子电池系统本身存在的价格、寿数、安全等首要问题处理之前,其在新动力轿车上的大规划运用还需求2～5年。

 

锂电池现状：低端饱满高端缺乏

 

到2014年，全球轿车用锂电池商场的规划将上升至248亿美元，比2008年添加215倍。现在70%的锂离子电池运用于手机和笔记本电脑，跟着混合动力车和电动轿车的遍及，全球新动力轿车商场有望急速扩展，各国也开端参加到这场事关本国未来新动力轿车展开的“锂电大战”之中。现在世界上在新动力车技能上走在前列的是日本、德国以及美国。我国锂电池厂家尽管数量并不比国外逊色，可是真实能出产出高品质锂电池的企业并不多。

 

上一年，上汽集团调查了全国的锂电池厂，最终下定决心和美国A123公司协作，原因便是在国内几乎没有能够满意轿车需求的电池。我国锂电池厂的规划并不小，例如，在锂电池技能范畴，比亚迪、力神集团、深圳比克电池等企业，都置身于锂电池的深度研发。在新动力轿车范畴，无论是上游仍是中游和下游，国内现已涌现出一大批勇敢的“试水者”。其间，比亚迪、奇瑞、长安现已开端进入新动力轿车的工业化阶段，中游和上游企业如宁波杉杉、浙江万向、科力远（600478）和中信国（000839）、西部矿业（601168）等，也在加速步伐改进原资料的出产工艺水平，以进步质量，添加产能。可是，之所以仍是会呈现上汽事情，“那是由于我国的锂电池厂家根本上都是在低端电池上下时刻，真实迈入高端科技的厂家很少。”恒正科技苏州公司董事长董明如是说。究其原因在于，手机、笔记本用锂电池技能简略，而车用锂电池则是一项杂乱的工艺。没有高额出资和先进的技才干量，成功研发车用锂电池很难。

 

现在业内的主流观点以为，新动力轿车将沿着 “镍氢-锂电-燃料电池”工业化路径展开。因而，无论如何，锂电池都是有必要阅历的阶段。而我国现在的最大症结，董明以为是低水平重复建造。

 

1、一般来说，满意轿车需求的锂电池，成品率应该在60%以上，成品率能够抵达80%的，就能够盈利，假如能抵达90%的成品率，则能够完结40%的毛利。而国内现在的均匀水平也只能抵达60%的成品率，一旦新动力轿车许多出产，我国现在的锂电池商场是无法满意需求的。提到这儿就不难理解，为什么明明未能满意需求的车用锂电池，却被专家称产能过剩。

 

2、国内现在做得较好的电池企业，当属比亚迪，它是现在国内仅有掌握车用磷酸铁锂电池组规划化出产技能的企业，该技能在世界上也处于领先位置，比亚迪纯电动车E6和混合动力车F3DM已正式推出搭载其自主研发的锂动力电池。可是，除了比亚迪、风帆股份（600482）这样少数的几家资金雄厚的企业外，如前所述，大大都的企业还都在低端范畴徜徉，因而，我国的锂电池商场就变成了低端产能过剩，高端求过于供。

 

3、调查一个锂电池厂是否具有良好条件，除了资金实力之外，技能水平很重要。而调查技能水平一个重要的规范是，电池的资料和设备是厂家提规范仍是供货商提规范。我国现在的商场现状是，根本上都是供货商在提规范，因而厂家很被动，不能完结真实意义上的独立研发、立异。

 

4、一般来说，要想成功出资一家锂电池出产厂，高端的至少需求三五个亿，现在，我国是三五百万就发家了，许多人都想着等赚钱了再出资扩展规划。实践上，三五百万发家和三五个亿发家相差很远。人员、配备、技能、环境的差别，导致了我国的锂电池成品率低。日本之所以走在锂电池出产的前沿，是由于日本的设备后期维护人员都会参加到设备研发的环节，对设备的构造和运用了如指掌，而我国设备根本上都是依靠进口，就导致了后期办理的不完善，对设备的运用和保养不到位，使得电池的成品率也无法跟上，更别谈高端出产品牌竞赛力，在我国现在这样的大环境下，后期成长较难。

 

5、除了资金和技能要素之外，对商场的了解和掌握也决议着出资者出资的成败。比方说，原资料的购买，商场的需求才干等。十年前，美国、德国和日本就现已完结了锂电池革命，现在世界领先的技能都在这几个国家。现在他们想要转战我国商场，因而引来我国商场的热捧，对此，经济学家郎咸平一度称，这是一场诡计。高污染的事都让我国做了，发达国家直接享受干净的电池，实践上是对我国资源的掠取和环境的损伤

 

6、锂电池中心资料依靠进口也是我国企业面对的一个问题。现在锂电池的中心资料隔阂和电解质里的盐，我国都是依靠进口，这样的话，和国外比较，一是本钱较高，二是假如呈现断货，我国商场的许多出产就要遭到影响。因而处理好这个问题，企业才干进一步出产。

 

7、别的便是资源，出产一台电动轿车，需求200斤左右的锂电池，需求耗费大约60公斤的磷酸铁锂，假定年产100万辆电动轿车，那么就需求6万吨磷酸铁锂，可是现在全球可查的磷酸铁锂产能是1500吨，因而缺口很大，让人们对未来不免有些担忧。正因如此，所以磷酸铁锂的利润很高，高达70%。

 

我国现在的锂电池出产首要会集在京津区域、山东、江西、深圳，上一年最热的山东区域，现在也平静许多。董明称，只有出资，没有产出，让山东的出资看起来并不美丽。现在最热的江西区域也是，江西的优势在于有锂矿，可是假如办理、技能跟不上，锂电池工业园也无法让人乐观。

 

动力锂离子电池 篇3

最新一代高功用锂离子电池供给的功用和本钱特功用够最终兑现有用的轿车能量存储承诺。这种技能的敏捷选用现已在轿车界触发了一轮史无前例地频繁的规划活动，由于制作商在努力占据有利位置，以抓住在敏捷添加的混合动力轿车 (HEV) 和全电动轿车 (EV) 商场呈现的商机。锂离子电池运用成功的要害在于功用监督，不只要核算电量以作为作业衡量规范，还要经过防止或许使电池产生劣化的状况来确保电池组的寿数。尤其是，与其它电池化学资料比较，锂离子电池对过度充电或过度放电的容忍度低得多。效果，就成功的电动/混合动力轿车电池办理系统而言，有必要连续监督和平衡单个电池的电压。电池办理系统数据收集电路在高压和热插拔方面的危险带来了巨大的规划应战，在这种电路中，或许需求丈量或许 100 个串联衔接的电池电压。

 

要害的电池办理系统功用

 

锂离子电池在彻底充电时供给一个大约为 4V 的作业电压，在彻底放电时则约为 2V。详细的充电和放电电压取决于电池类型，并由电池厂商细心规定。例如，A123 的 ANR26650M1 2.3Ah 电池一般充电到 3.6V，并且在 1.6V 时就以为没电了。电动/混合动力轿车运用中运用的电池阵列常常装备为供给高达 400V 的电压，一般以大概 100V 或更低电压的模块化组件方法呈现。电池组封装分接出每个电池的电压，并将这些信号供给给电池办理系统的数据收集部分。其方针是以高准确度和高分辨率 (典型值为 12 位) 丈量每个电池的电压以及温度等其它参数。收集电路一般会运用电池检测衔接作为部分电源。为了安全，到主处理器的数字信息流有必要运用一种依据光、磁或电容的传输方法进行电流阻隔。

 

用于锂离子技能的电池办理系统的另一个重要功用是进行电池平衡，以补偿细微的电池失配并最大极限进步电池组作业寿数。在当时一代电池办理系统规划中，这是经过按需切换电压最高电池上的负载电阻，以无源方法进行的。这种无源方法需求一些热规划，以消除与平衡进程有关的热量糟蹋。人们设想未来的平衡方法要选用冷却作业、高功率有源开关方法电源转化技能。

 

混合动力和电动轿车电池系统有必要规划成在设备之前和在轿车运送或贮存时，能承受长时刻不作业状况。由于这个原因，任何电路模块耗费的闲暇功率要远低于电池自放电功率，这是至关重要的，并且要最大极限下降过度放电危险。乃至更重要的是，沿着电池串活动的闲暇电流有必要很好地匹配，以确保这些电池在贮存时不会变得不平衡。

 

电池办理系统架构考虑要素

 

为了跟踪电动轿车/混合动力轿车的负载动态特性，包含放电和再充电作业方法，电池监督电子组件以每秒 50 个采样或更高的速率对一切电池电压采样。这意味着电池组有极大的原始信息活动速率，就一个由 96 个电池组成的电池组而言，负载采样速率或许抵达 60kbps。考虑到典型的微处理器功率和其它必需开支，在模块级分配处理作业量并且经过误差符号、其它“预先加工”的充电信息以及高级操控来约束阻隔的数据链路中的信息流是有意义的。

 

此外，有必要细心考虑每节电池的摆放，由于在轿车中电池的实践标准和分量对可用性和分量分配有有用意义。将电池摆放到模块中可用来在一辆轿车平分配分量，以及供给共性和易操纵性。模块标准有必要是为电动/混合动力轿车商场而规划的，在这一商场上，较小的标准往往会进步本钱和束线配线的杂乱性。模块化电池拼装或许包含一个操控数据收集进程的微处理器和一个坚固的通讯接口。

 

数据收集方法

 

在电池组模块内，需求电路系统丈量和操控电池电压。由于电池串上每节电池的电压都有一个顺次升高的共模电压，典型处理方案是在每节电池上运用一个高质量、高共模差分放大器。这个差分放大器供给一个转化信号，这个信号为由一个模数转化器 (ADC) 来数字化做好了预备。差分放大器输入端的高共模电压将是准确度的约束要素。就一个比方 LT1991A 这样的高功用单片差分放大器而言，典型共模按捺比 (CMRR) 为 90dB，并且对大约 50V 的共模输入电压或许大约 12 个锂离子电池的电压而言，可供给 12 位功用。这也很好地对应了 LT1991A (最高 60V) 的输入电压才干，因而一个有用规划能够处理一组 12 个电池电压的读数。这样的电路系统能够恰当地阻隔，因而能够重复叠置以如所期望的那样取得更多的电池电压读数。当然，低闲暇功率和电池平衡等其它电池办理系统需求也需求许多的附加组件来满意。

 

一种更具本钱效益的方法是，选用一个专门为完结这一使命而规划的集成式监督器处理方案。LTC6802 便是这样一个“根本构件”器材，它答应以最少的组件构成电池模块，但满意前面提到的一切电池办理系统功用需求。这个多节电池监督器器材对多达 12 个串联衔接的电池电压供给准确的 12 位直接数字化、电池平衡操控和乃至一对用于温度读数或其它参数的附加 ADC 输入。LTC6802 ADC 不像差分放大器电路那样依靠电阻网络，并在每节电池上供给一个一起的轻负载以及在闲暇时主动选用一种低功率备用状况以下降功率。一个到本机微处理器的串行外围接口 (SPI) 数字衔接构成指令和数据通讯途径。LTC6802 集成电路 (IC) 用作一个到微处理器的规范隶属 I/O 器材，然后使一切电池办理系统算法都能用软件编码并由开发商独有操控。有一个 LTC6802 版本包含一个能够级联的 SPI 端口，然后答应许多“叠置”的电池分组经过微处理器的单一 SPI 端口作业，这进一步下降了模块规划的本钱和杂乱性。图 1 显现了用这种方法完结一个含有许多电池的电动/混合动力轿车用模块根本拓扑。

 

电池平衡电路

 

现在这一代电池办理系统规划中的电池平衡是选用无源方法 ((即: 对模块或电池组中具有较多电荷的电池两头的负载电阻进行开关操作) 完结的。均衡电流一般由监督器 IC 外部的晶体管处理。这答应满意的电流并防止或许对准确度构成有害影响的芯片发热问题。图 2 显现了一个与 LTC6802 一同运用的典型电池输入电路，其间包含一个小型 PMOSFET 开关和一个用于平衡的负载电阻以及用于滤波和维护的其它无源组件。

 

电池平衡开关的操控是用一条从微处理器到监督器 IC 的指令完结。为了最大极限进步准确度，该监督器 IC 能够在 ADC 转化时翻开电池平衡开关，以确保最大极限减小电池衔接中的 I*R 压降，因而确保在测验时准确丈量每节电池的电压。在不作业时，监督器 IC 主动翻开一切平衡开关，并选用最低功耗状况，以防止意外的电池放电。

 

电池平衡开关还能够经过添加一个与电池输入串联的电阻用于自测验，如图 2 所示。假如开关接通，那么电池电压读数就会显现一个可猜测的改动，然后对开关和 ADC 端口功用供给一个验证。不过，这个功用要求电池平衡开关在 ADC 转化时是接通的。LTC6802 现已预料到这种自测验功用，ADC 丈量在这些状况下用一条简略的装备指令发动。

 

热插拔的影响

 

将大型电池组衔接到电子组件的进程带来了巨大的规划应战。一般状况下，数据收集电子组件在电池连上之前是不加电的。此外，电池到电子组件的衔接需求许多触摸点，一般跨许多单个衔接器。效果是，在热插拔状况下衔接或许随机产生。跟着电容充电，这或许构成反常的浪涌电流转路，尤其是图2所示的滤波器电容。尽管一般状况下 IC 包含内部维护结构，以防止处理和拼装引起损坏，可是这些结构不是用来办理与外部电容有关的许多能量，并且片外维护需谨慎实施。图2显现了对开关和 IC 的几种层次的维护。

 

为了防止电池输入之间的能量压差，能够在每个电池输入上添加规范 6.2V/500mW 齐纳二极管。这些二极管在电池衔接进程中触摸点衔接时，会主动在缺失的输入上分配安全电压。它们还带着 RC 滤波器部分所需的瞬态电流。挑选 6.2V 额定值的齐纳二极管，是由于其电压满意高以最大极限减小电池漏电流，将其降至几微安，一同其电压又满意低以维护 IC。

 

跟着电路加电，某些衔接序列或许在滤波器电阻上引起高的瞬时电压。这种电压大部分会加在相联 MOSFET 的栅源之间。由于这个原因，主张与每个 MOSFET 的箝位维护一同运用一个串联栅极电阻，如 3.3kΩ。箝位维护一般在晶体管封装内部，可是假如内部没有，那么一个分立的齐纳二极管能够供给这种维护。在这种状况下，应该挑选栅极齐纳电压以防止超越 MOSFET 的 VGS 规格。在图 2 中，挑选该二极管与所提及 MOSFET 的 VGS 额定值匹配。栅极电阻将栅极齐纳二极管和 IC 开关操控引脚之间的瞬态电流约束到一个安全水平，一同仍然确保一个快速的栅极操控呼应。

 

基准规划细节

 

图3显现了一组 12 个串联衔接的锂离子电池与 LTC6802-1 监督器 IC 衔接的完整原理图。具有更多节电池的电池模块能够按需复制这个电路，加上一个微处理器和/或阻隔的数据收发器。有更多节电池的模块中运用的追加 IC 仅仅级联它们的 SPI 衔接。LTC6802 绝无仅有的电平移位架构是可装备的，以使一般电压方法 SPI 信号可直接与一个微处理器通讯。就 IC 之间的通讯而言，这些级联器材装备为用一个电流方法 SPI 信号作业。LTC6802 可用少至 4 节电池作业，以支持各种不同的电池模块摆放架构。

 

这个原理图还显现了如何对待数据端口以供给坚固的可靠性，防止遭到发动浪涌以及在轿车运用时或许产生ESD 事情的影响。低端的 SPI 端口运用一个规范和面向总线的浪涌按捺器，该按捺器像低电容齐纳二极管那样供给逻辑电压箝位。图中所示的串联电阻维护浪涌按捺器免受短暂过载的影响，可是假如产生一个持续和需求能量的毛病，串联电阻会安全地无法开路。在高端的 SPI 端口处显现了一种不同的处理方法，正的过载由肖特基二极管箝位到最高端的电池衔接，负的过载由 600V 二极管阻隔。负的过载状况规划为无害的，由于在模块集成到轿车中的拼装或服务阶段，这是相对或许呈现的状况，在这种状况下，模块电压的叠置或许是断续的。这儿，串联电阻器约束了端口电流, 并在产生严峻毛病时变成牺牲元件。

 

LTC6802 还供给其它一些有用的功用，这些功用简化比方板上 5V 串联稳压器、通用 ADC 输入、通用数字输入和输出 (GPIO) 等模块电路系统。例如，GPIO 能够用作多路复用器操控，以将两个 ADC 输入扩展到 8 个通道的容量。为了确保IC 恰当作业，供给一个开漏输出监督器定时器，以指示通讯的闲暇期。

 

定论

 

锂离子动力电池负极资料研讨展开 篇4

锂离子二次电池以碳/石墨资料为负极、钴酸锂等为正极,因其高比能、自放电小和无回忆等长处已成为手机、数码相机以及手提电脑等便携式电子产品较抱负的电源。现在的磷酸铁锂动力电池以碳/石墨资料为负极,其比能量达120Wh/kg,在室温下1C倍率充放电循环2000次以上,容量坚持率可达80%,在电动工具及电动轿车(EVs、HEVs及PHEVs)上作为动力电池也有运用[1,2,3,4]。但碳质负极锂离子二次电池初次充电时负极外表生成固体电解质膜(SEI)致使电池内阻抗增大,且作为动力电池还存在比能量和比功率偏低、循环寿数短、抗极点温度、抗乱用性差以及安全等问题,故研讨者仍须对电极资料功用进行不断改进,而负极资料活性成分、资料标准、资料描摹等方面则成为首要的研讨内容[4,5,6,7]。近年来,研发电化学功用更好的非碳/石墨负极资料成为研讨的热门[3,5,6,8],纳米负极资料及其有序纳米阵列研讨备受注重[5,9,10,11,12]。此外,为了表征和优化所研讨的负极资料,将其用于半电池或全电池系统进行电极动力学功用测验并树立数学模型对其进行理论剖析的作业也多有报导[13,14,15,16,17,18,19]。本文评述了锂离子二次电池负极资料的研讨展开,期望能有助于负极资料的进一步研讨。

 

1 负极资料研讨

 

负极作为锂离子电池首要部件之一,其资料活性成分和活性颗粒标准、描摹以及电极构成方法直接影响和约束着电池系统的电化学功用和运用规划。近年来,磷酸铁锂正极资料电池循环次数达2000次以上[2,20],探究与之相匹配的负极资料成为热门[4,8,13,14,15,21,22]。其间,碳/石墨资料具有较高的理论比能量(372mAh/g),且价廉易得、制备工艺成熟,因而得到广泛运用,但碳/石墨负极初次充电会在碳颗粒外表构成固体电解质膜(SEI)构成电池容量丢失,且SEI生成量随充放电循环次数的添加而添加,一同电池内阻抗加大,比能量和功率功用下降。再者,因碳质电极电位与锂的电位很挨近,高倍率快速充电时在活性碳颗粒外表易生成锂镀层,乃至构成锂枝晶引发电池安全性问题。别的,这类电池在高倍率快速充电时,由于负极碳质颗粒外表存在固体电解质膜等原因,其电子移动、锂离子分散阻力较大致使电池温度升高太快,易挨近或超越电池隔阂的熔化温度构成操作恶化,抗极点温度和抗乱用等功用有待进步;再者,锂离子电池实践运用并非恒温进程,经过变温条件下重复充放电循环,客居锂离子刺进或脱嵌对宿主电极结构引起的胀大或缩短会使电极结构逐步遭到损坏,对电池长时刻循环安稳性和寿数影响较大。因而,探究更安全、长循环寿数、高比能、高比功率、适用温度规划宽、抗乱用功用好的新式碳/石墨或功用更佳的非碳/石墨负极资料成为改进和展开锂离子动力电池的必定趋势[2,3,5,7,8,13,22]。

 

1.1 锂离子二次电池系统构成

 

锂离子电池首要由负极、正极、电解液及隔阂构成,是典型的电化学反响系统,其作业原理如图1所示[23]。正负极别离由两种能够可逆嵌入或脱嵌锂离子的化学资料复合而成,导离子电解液及隔阂将正负电极离隔。现在商业化的锂离子电池一般以碳/石墨资料(LixC6)为负极资料,以过渡金属锂氧化物(Li1-yMO2)(其间x=0～1,y=0～1) 为正极活性资料,正极资料中M代表过渡金属(Co、Mn、Ni和V等)。充电时Li+脱离高电位正极经过电解液向低电位负极方向搬迁,并进入负极碳资料的层状结构中取得电子而完结充电进程。放电时负极Li失掉电子成为Li+并经过电解液向高电位正极方向搬迁至阴极外表及非外表刺进点贮存,一同,失掉的电子经外电路为负载供给电能。为坚持电荷的平衡,充放电进程中经外电路传导的电子与一同在正负极间搬迁的Li+数量相同。

 

电池电压取决于产生氧化复原反响的正负极电位差,其电化学反响式表明为:

 

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1.2 负极资料活性成分

 

前期的锂离子二次电池直接运用金属锂箔片为负极,其首要问题是在充电时,负极外表生成的金属锂易构成枝状晶体而刺穿隔阂或电解液层,导致内部短路、漏电乃至引发爆破。现在,锂离子电池负极一般为碳/石墨刺进资料,安全功用和循环寿数较金属锂箔有了很大进步。由于碳/石墨资料对锂的电位低,与过渡金属锂氧化物正极可组成高开路电压(约3.5V)电池,加之原料易得、出产本钱低一级长处,已被广泛运用于各类小型电器中[1,2,9]。

 

在LixC6/Li1-yMO2电池系统中,当电极电位低于1V(vs Li)时,电池内有机电解质相对不安稳,锂离子刺进石墨层时与电解质产生反响构成固体电解质钝化膜,且在运用进程中钝化膜不断增厚。这种钝化膜虽能起到安稳电池系统的效果,但也添加了锂离子在固相中的分散阻力。在较高或较低温度以及在高倍率充电状况下,由于锂离子在固相中刺进遭到分散速率的约束,加大了碳质负极外表锂金属堆积危险[2,13,14,21,24,25]。在高温条件下,构成固体电解质膜的副化学反响速率加速,电池内阻抗敏捷升高,导致比容量和功率功用敏捷下降。并且在快速充放电及较高温度条件下操作时,易呈现快速发热乃至呈现热失控现象而引发安全问题。在较低温度下,由于活性颗粒紧缩、电解液导离子功用下降、内阻抗加大、放电功用或动力功用下降,快速充电状况下在负极外表易构成锂电镀层或锂枝晶。过高的充放电倍率、过充过放、过高或过低的温度对电极资料或电池功用都会构成损坏性损伤而严峻缩短其运用寿数。出于安全和电池寿数等考虑,实践锂离子电池充放电是在必定温度规划内,倍率常操控在0.2～3C[2,13,17,24,26,27,28,29]。

 

Ralph E. White等[30]对中心相微碳球(MCMB)为负极、LiCoO2为正极的锂离子电池循环寿数的研讨效果标明,电池容量跟着电池操作温度升高(5℃、15℃、25℃、35℃、45℃)下降速率较快。经过对负极表征和半电池研讨,以为比容量下降是因负极活性资料丢失构成的,而负极活性资料丢失是因负极外表溶剂和电解质盐反响所构成的。别的,在35℃和45℃循环测验研讨中还发现因副反响的影响,负极微碳球外表有金属锂堆积物呈现。其研讨效果还标明,在低温时(5℃)电池容量随时刻的延伸呈线性下降,但在高温时(45℃)电池容量随时刻的延伸呈现非线性下降现象。存储期间,特别在高温条件下活性碳资料丢失严峻(25℃丢失60%、35℃和45℃丢失超越80%)。Ralph E. White对半电池和全电池测验效果剖析以为,低温条件下容量丢失首要因负极副反响引起锂总量丢失及阻抗添加所构成的;高温条件下容量丢失因两方面构成,一是锂离子丢失和阻抗添加,二是活性碳资料严峻丢失。实验数据标明,在C/2和C倍率所得容量丢失速率与C/33倍率下几乎持平,阻抗添加引起电池容量下降仅是次要效果。

 

由于碳/石墨负极资料制备高比功率动力电池时其电化学功用还存在诸多缺乏。近几年关于非碳/石墨负极资料的研讨成为热门,有关锂过渡金属合金LixM (M=Mg、Ca、Al、Si、Sn、Ge、As、Sb、Bi、Pt、Ag和Au等)负极及硅和锡基负极资料研讨有许多报导[5,6,10,11,21,22,31]。现在的研讨效果标明,这类负极资料的理论比容量(如Si和Sn的比容量别离为4200 mAh/g和994 mAh/g)是碳/石墨资料的数倍,虽能克服产生锂枝晶问题,且负极外表根本不会生成固体电解质膜,但在重复充放电进程中,Li+的刺进或脱嵌易引起电极结构改动和较大的体积改动,电极粉末化严峻,电极容量和充放电才干下降较快,循环寿数太短[5,14,32]。别的,低电位过渡金属锂氧化物及过渡金属锂复合氧化物作为锂离子电池负极资料引起了人们的广泛注重,其间尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12)遭到要点注重,有望作为新一代锂离子动力电池的负极资料[3,7,15,33]。

 

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许多研讨标明[3,7,14,15,34,35],Li4Ti5O12具有极好的循环功用和可快充快放高功率特性。其理论比容量为175mAh/g,在1.55V(vs Li)具有平坦的充放电渠道,在充电进程中电极外表不会构成固体电解质膜,与电解质和溶剂具有很好的兼容性,在锂离子嵌脱进程中体积改动小于1%,被以为是一种“零应变”资料。这种“零应变”资料与碳/石墨比较,在充放电进程中可防止因锂离子嵌入和脱出电极资料引起的体积胀大和缩短所构成的电极结构损坏,具有长循环寿数和高倍率充放电的特性。一同,改进型的尖晶石Li4Ti5O12作为负极较碳/石墨电极具有更高的安全性和长时刻循环安稳性,有望用于电动车辆以及其他高功率动力蓄电池[3,15,33,34]。

 

1.3 负极资料标准

 

商业化的锂离子电池系统中的碳质资料活性组分粒径为2～20μm、电池循环寿数为1000次左右[2,4,15,17,18,28,30,35]。在碳/石墨基负极中,活性资料颗粒太小,尽管这可增大比外表积,但却使固体电解质膜生成量加大,致使初次充电带来的有用锂丢失和电池比容量严峻下降,一同也加大了电池内部阻抗,使电池功率功用下降。过火加大活性颗粒粒径虽可削减SEI生成量,却下降了活性外表积,加大了锂离子的分散距离,电池的倍率功用和比容量也会显着下降。别的,制作电极时,将涣散性碳颗粒电极资料与粘合剂(PVDF)等混合成浆态混合物,压入金属网状集流体中构成负极。因非活性成分占据了必定的体积和质量,电极导离子和导电子才干有所下降,致使锂离子电池的比容量、比功率等功用也遭到必定程度的影响。近几年关于碳/石墨负极资料原料和描摹研讨的文献许多[1,12,18,20,21,24,25,27,28,36,37],电池比容量、安全性等也取得了较大进步,但仍然有碳颗粒外表构成固体电解质膜、高倍率及极点温度充电存在锂堆积带来的安全危险[3,15]。

 

在纳米负极资料制作方面,无序纳米颗粒资料制作常选用溶胶-凝胶法、固相法、高能球磨法等,有序纳米线阵列制备以模板法为主。近几年国内外发表了多篇关于高度有序纳米阵列负极研讨的报导[5,6,9,11,12]。Charles R. Martin[9,12]介绍了径迹蚀刻模板、氧化铝模板以及球形模板法合成的纳米阵列电极资料,并对其进行了深入研讨。用等离子辅佐模板法制得的蜂窝状有序纳米线碳电极体现出高倍率(10C)功用,是一般薄膜电极(0.2C)的50倍,纳米结构电极在给定的高倍率条件下传递电荷的才干均高于薄膜电极。对其所制备的“毛刷”式纳米电极的电化学功用研讨标明,模板法纳米结构电极制备能够不添加导电资料和粘合剂,并可取得高循环、超高倍率以及较好的耐低温的锂离子电池电极。纳米结构电极缩短了固态中锂离子的分散距离,即便颗粒中心锂离子刺进点也挨近颗粒外表,锂离子刺进点多,高比外表积电极资料有利于电流在大面积上散布(即较低的电流密度),高倍率充放电时可处理电极或电池温度过度升高的问题,并可减缓或根本消除因锂离子嵌入或脱嵌产生应力对活性资料或电极结构的损害。近几年,国外关于模板法制备高比容量硅、锡等有序纳米阵列电极的报导中,Yi Cui[6,8,11]研讨组选用模板法制备阵列资料,在进步硅、锡等高比能负极资料倍率功用和循环安稳性等方面做了比较详尽的研讨作业,其研讨效果标明该法所制得的负极资料较溶胶-凝胶法制备的纳米负极资料电化学功用显着进步,近期在资料制备及负极或电池电化学功用进步方面有望取得打破性展开。

 

John Newman等[15]在优化负极活性颗粒粒径的研讨中以为,石墨负极中LixC6的粒径约为11μm。初次充电时活性颗粒外表构成固体电解质膜,锂离子在固相活性物质中传递速率遭到约束。减小石墨颗粒粒径虽能增大电极比外表积,利于锂离子传递,进步倍率功用,进步负极资料运用率,但因一同SEI生成量添加致使内阻加大,又按捺倍率功用和比容量进步。而加大颗粒粒径虽可削减SEI生成量却下降了电极倍率功用。其研讨还以为,在放电后期,电池电势首要因SEI生成量逐步增多而下降、电池内部阴阳极间锂离子传递速率约束起主导效果。因而,用添加电极资料比外表积进步相间锂离子传质速率时,有必要统筹考虑随同副反响加剧构成SEI量添加带来的不利要素。

 

在非碳负极资料研讨方面,尖晶石钛酸锂作为“零应变”负极资料较碳/石墨负极具有许多长处。Li4Ti5O12开路电位约1.5V(vs Li),即便在高倍率状况也可防止金属锂堆积,简略消除电解液溶剂分化[3,5,16,21,30]。并且钛基负极可消除像碳/石墨负极所存在的副反响并按捺SEI钝化膜构成,Li4+3x- Ti5O12颗粒半径可减小到10nm,乃至更小,为进步电池快速充放电功用和功率功用供给了有利条件[3,14,15,32,34]。

 

J.L.Allen等[33]研讨了低温条件下纳米相钛酸锂负极资料的电化学功用。 纳米标准(350nm、700 nm)Li4Ti5O12负极低温(20℃、0℃、-10℃、-20℃、-30℃)电化学功用测验研讨效果标明,粒径为350nm的Li4Ti5O12电极因其分散距离短、锂刺进点较多,不论室温仍是较低温条件下低倍率测验均体现出较高的比容量,但在低温高倍率状况下其比容量曲线呈现穿插改动。剖析研讨以为,因350nm资料电极中颗粒触摸点多于700nm资料,下降温度使350nm资料阻抗添加较大而按捺了放电倍率。其研讨指出,纳米相Li4Ti5O12能够改进电极倍率功用[17,18,38],纳米结构电极能够进步电池低温功用[3,18,39]。

 

John Newman等[15]以锰锂氧化物(Liy+0.16Mn1.84O4)为正极,研讨别离以石墨和钛锂氧化物(Li4+3xTi5O12)为负极的电池系统电化学反响功用,效果标明,当正负极资料粒径均在亚微米标准时,石墨基电池比钛基电池具有较高的比能量,但钛酸锂电池体现出了较好的高倍率功用。经过比照取得的比能量和比功率,发现前者在低倍率充放电状况下具有较高的比能量,而后者在高倍率充放电状况下具有较高的比能量。Li4+3xTi5O12和Liy+0.16Mn1.84O4容量即便在高倍率充放电状况下也简略完结平衡。为了防止Liy+0.16Mn1.84O4过放电,电池可恰当添加正极容量。与碳负极比较,因钛酸锂电池克服了许多石墨基电池体现出的缺陷,将会成为高功率动力电池(如EVs、HEVs、PHEVs等)运用较好的挑选[14,15,33]。Li4+3xTi5O12电池不呈现固体电解质膜和锂堆积问题,易完结正负极容量平衡而最大化电池比能量和比功率。Li4+3xTi5O12作为零应变资料,充放电进程抗疲劳和循环才干(9000次以上)及比功率(4000 W/kg)远超越碳/石墨资料[3,5,26,32]。

 

现行商业化的碳/石墨基锂离子二次电池遭到活性颗粒粒径的约束,电极比外表积较低,负极外表存在钝化膜,电池内阻较大,进行超高倍率充放电操作遭到必定约束。而纳米非碳/石墨钛酸锂盐资料电极无固体电解质膜生成,锂离子嵌入脱出深度小、行程短,经过改性进步其导电子性等有望成为高功率锂离子动力电池负极资料。纳米阵列负极具有高倍率充放电发热量小的特征,纳米线间的间隙可消除或减缓锂离子脱嵌以及快速充放电时资料发热体积胀大对电极活性资料结构的损坏,“毛刷”式有序纳米阵列负极因体现出了更好的电化学功用和超高的充放电倍率功用而遭到全球研讨者要点注重[5,6,9,11,12]。

 

2 数模化锂离子电池系统对负极资料的研讨

 

锂离子电池作为电化学反响系统,影响系统电化学功用的动力学要素许多,展开数学模型量化各个充放电进程重要参数,猜测半电池或全电池系统电化学行为,为优化负极资料和电极构成以及拟定电池充放电战略等供给有用的理论依据。

 

现在,用于锂离子电池系统或电极资料功用研讨的物理模型首要有3种,即单颗粒模型(SP)、严厉的拟二维模型(P2D)和多孔电极模型(PP)[2,39,40]。在物理模型及实验根底上树立动力学数学模型研讨碳/石墨负极锂离子电池的文献许多[12,17,19,27,32,39]。Ralph E.White及其研讨团队[2,13,19,26,29,30,40]一直致力于在实验的根底上对碳负极及碳负极锂离子电池系统选用半电池或全电池模型进行数模化动力学研讨,先后对传统锂离子电池的碳负极及电池容量衰减、日历寿数、循环寿数、充放电倍率等功用及温度对半电池或全电池电化学功用的影响和原因做了详尽的研讨。

 

Ralph E. White等[39]运用严厉的拟二维模型(P2D)研讨了锂离子电池容量衰减循环功用,并与(碳/石墨)单颗粒模型(SP)和多孔模型(PP)进行了比较,以为每种模型各有其优缺陷,运用多孔电极模型可对电池中呈现的多种物理现象取得令人满意的解说,但运用这种方法需求耗费许多时刻。而简化的单颗粒模型尽管较为快捷便当,但因疏忽了锂离子在溶液相分散约束而使模型的有用性遭到了约束。

 

Ramaraja P. Ramasamy等[37]经过实验运用核算机模仿充放电进程进行动力学研讨,猜测锂离子电池存储期间碳负极的容量丢失。他们对碳电极充电状况(SOC)、开路电压(OCP)、容量丢失和膜电阻作为存储时刻的函数,在不同溶剂复原反响速率常数下进行了核算。效果标明,锂离子电池在贮存期间碳负极容量丢失是因碳/电解液界面脱嵌的锂离子与有机溶剂连续反响所构成的。

 

John Newman等[15]选用其全电池数学模型优化钛酸锂负极用于高功率电池研讨。以掺杂的锰锂氧化物(Liy+0.16-Mn1.84O4)为正极,比照了石墨(LixC6)和钛锂氧化物(Li4+3x-Ti5O12)负极功用,运用其数学模型优化了电极厚度和孔隙率,对电池系统中几种不同颗粒粒径的Li4+3xTi5O12/Liy+0.16-Mn1.84O4电池系统进行了测验研讨。效果标明,当正负极资料粒径在亚微米标准时,石墨基负极电池比钛酸锂负极电池具有较高的比能量,但后者体现出了较好的高倍率功用(12C),Li4+3xTi5O12电极还具有与电池寿数相关的多项优势,主张将Li4+3xTi5O12用于高功率能量储藏系统。别的,经过比较LixC6 /Liy+0.16Mn1.84O4和Li4+3xTi5O12/Liy+0.16Mn1.84O4电池系统所取得的比能量和比功率,发现前者在低倍率充放电状况下具有较高的比能量,而后者在高倍率充放电状况下具有较高的比能量。在高倍率充电状况下,钛基负极电池体现出杰出的优势的首要原因是负极外表无钝化膜生成,意味着电池欧姆阻抗较低,能够运用更小颗粒(纳米标准)的钛锂氧化物。

 

3 结语

 

现在的锂离子动力电池以碳/石墨为负极,已用作电动轿车等动力电源,但在比容量、比功率、寿数及安稳性诸多方面与汽油或柴油内燃机比较还有较大差距[2]。进步锂离子动力电池电极功用以满意EVs、HEVs及PHEVs等动力设备运用要求,尚需从以下几方面对负极资料进行深入研讨。

 

(1)对碳/石墨负极资料进行改性或寻觅新的碳资源以研发新式碳/石墨储锂资料及其制备方法。

 

(2)经过对非碳储锂资料掺杂改性或改动活性资料描摹等进步其长时刻循环安稳性、比功率和比能量。现在的研讨标明:硅、锡等非碳/石墨负极资料体现出初次充电时在负极外表不生成固体电解质膜(SEI),具有很高的理论比能量,但尚需做进一步研讨进步其循环寿数;而钛酸锂资料具有超高的循环功用和高功率功用,但其比能量和导电性较低,若能经过掺杂改性,则有望代替碳/石墨成为高倍率的能量储藏设备或动力电池负极资料。

 

(3)理论上,纳米负极资料可为锂离子供给更多的刺进点,缩短锂离子在固相中的传递距离,进步比能量、比功率是电极资料研讨的方向;无序纳米资料制备技能向有序纳米的展开将成为进一步研讨的要点。

 

锂离子电池总结陈述 篇5

作业原理

 

锂离子电池以碳素资料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这便是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极资料电池的总称。锂离子电池的充放电进程，便是锂离子的嵌入和脱嵌进程。在锂离子的嵌入和脱嵌进程中，一同伴跟着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表明，而负极用刺进或脱插表明）。在充放电进程中，锂离子在正、负极之间往复嵌入/脱嵌和刺进/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。

 

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有许多微孔，抵达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。相同，当对电池进行放电时（即咱们运用电池的进程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。

 

电池副反响

 

1.过充问题，当充电器对锂电池过度充电时，锂电池会因温度上升而导致内压上升，需中止当时充电的状况。此刻，集成维护电路IC 需检测电池电压，当抵达4.25V 时（假定电池过充电压临界点为4.25 V）即激活过度充电维护，将功率MOS 由开转为堵截，从而截止充电。别的，为防止由于噪音所产生的过度充电而误判为过充维护，因而需求设定延迟时刻，并且延迟时刻不能短于噪音的持续时刻防止误判。过充电维护延时时刻tvdet1核算公式为：

 

t vdet1 = { C3 ×（Vdd6）（1）式中：Vdd为维护N1 的过充电检测电压值。

 

简洁核算延时时刻： t = C3/ 0.01 ×77（ms）（2）

 

如若C3 容值为0.22 F，则延时值为：0.22 /0.01 ×77 = 1694（ms）2.锂电池内部存储电能是靠电化学一种可逆的化学改动完结的，过度的放电会导致这种化学改动有不行逆的反响产生，因而锂电池最怕过放电，一旦放电电压低于2.7V，将或许导致电池作废。在过度放电的状况下，电解液因分化而导致电池特性劣化，并构成充电次数的下降。过度放电维护IC 原理：为了防止锂电池的过度放电状况，假定锂电池接上负载，当锂电池电压低于其过度放电电压检测点（假定为2.3 V）时将激活过度放电维护，使功率MOS FET 由开改变为堵截而截止放电，以防止电池过度放电现象产生，并将电池坚持在低静态电流的待机方法，此刻的电流仅0.1μA。当锂电池接上充电器，且此刻锂电池电压高于过度放电电压时，过度放电维护功用方可解除。别的，考虑到脉冲放电的状况，过放电检测电路设有延迟时刻以防止产生误动作。处理方案：电池内部都设备维护电路，电压还没低到损坏电池的程度，维护电路就会起效果，中止放电。

 

电池的正负极资料

 

和一切化学电池一样，锂离子电池也由三个部分组成：正极、负极和电解质。1.正极——活性物质一般为锰酸锂或许钴酸锂，镍钴锰酸锂资料，电动自行车则遍及用镍钴锰酸锂（俗称三元）或许三元+少数锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、功用欠好或本钱高而逐步淡出。导电集流体运用厚度10--20微米的电解铝箔。主流产品多选用锂铁磷酸盐。不同的正极资料对照：

 

2.隔阂——一种经特别成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，能够让锂离子自由经过，而电子不能经过。

 

3.负极——多选用石墨。新的研讨发现钛酸盐或许是更好的资料。大体分为以下几种： ①第一种是碳负极资料：实践用于锂离子电池的负极资料根本上都是碳素资料，如人工石墨、天然石墨、中心相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。[3] ②第二种是锡基负极资料：锡基负极资料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。没有商业化产品。

 

③第三种是含锂过渡金属氮化物负极资料，没有商业化产品。

 

④第四种是合金类负极资料：包含锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金，没有商业化产品。

 

⑤第五种是纳米级负极资料：纳米碳管、纳米合金资料。

 

⑥第六种纳米资料是纳米氧化物资料：现在合肥翔正化学科技有限公司依据2009年锂电池新动力行业的商场展开最新动向，诸多公司现已开端运用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在曾经传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的进步锂电池的充放电量和充放电次数。

 

运用寿数

 

一般来说，锂电池能够正常作业2~4年，循环充放电次数大约在300次。这两个是抱负值。其实寿数首要取决于以下几点：

 

正常运用中影响寿数的要素：

 

1、充电和放电最终将削减电池的活性资料，并引起其它化学资料的改动，然后引起内部电阻进步和永久性容量丢失。可是，即便电池未运用时也会产生永久性容量丢失。

 

2、在温度升高、电池电压坚持在 4.2V(满充电)时，永久性容量丢失最大。为了最大极限延伸贮存寿数，电池应该以 40% 的充电量(3.6V)在 40oF 的温度下(冰箱中)贮存。

 

不正常运用带来的寿数影响：

 

1、电池不能过放电。假如电池过长时刻贮存而不运用，由于电池内部有维护电路，会不断耗费电能，且电池也存在必定的自放电，当电池电压低于必定值时，会产生不行逆的损坏。

 

2、过充电。锂电池充电对电压精度要求很高，一般充电中止电压为4.2V，假如电压到4.25V，都会较为严峻的影响寿数。哪种山寨的电池充电器一般都是简略的TL431做的，不能很好的确保精度，会严峻影响电池寿数，比较典型的现象便是电池中心兴起来了，一般是由于过度充电引起。

 

3、不恰当的运用温度和过大的放电电流，都会影响寿数。

 

电池的经济要素评价

 

新式石墨烯薄膜锂离子电池 篇6

现在，斯坦福大学的研讨人员或许有了处理方案。他们在最近一期的《天然》杂志上发表研讨效果，一种会在过热前主动封闭并在温度下降后敏捷重启的锂离子电池。合著的著名华裔化学家鲍哲楠指出，这种电池大规划出产的或许性十分之高，它大部分资料都是廉价的塑料和镍，并且电池重启后不会下降功率。

 

与此一同，全球各地的研讨人员都在竞相研发更优秀更廉价的电池，由于其商场需求正在不断添加。由于新的联合国气候协议敦促各国改动对化石动力的依靠，更多经过电池驱动的电动轿车正在进入商场，还有更多的太阳能和风能发电设备需求电池来贮存电力以备气候欠好的日子所需。

 

所以，全球科学家们研发出了功用各异的电池。比方最近，一个来自劳伦斯伯克利国家实验室的团队称，他们正在研讨用新的方法来制作电池阴极以进步功用，阴极是电池的要害组成部分。由于锂电池存在起火危险，有些研讨旨在下降电池起火的危险。上一年，一个哈佛大学团队初次发明晰一种不易燃的流体电池，这种电池能在外部储液罐中贮存电网级别的电能。而麻省理工学院的研讨人员发表论文称，用固体代替液体来作为电解液，以进步锂离子电池的安全性。

 

有些研讨者则在考虑将阻燃剂添加进电解液中，带着带电粒子的电解液位于电池两极之间。上一年，斯坦福工程师崔屹制作出一种“智能”电池，能在变得太热之前预警。而本次研讨的另一合著者崔屹则表明：“可是很惋惜，这些技能都是不行逆的，因而电池在过热后会失效。”

 

为了处理这个严重问题，他和搭档将目光转向纳米技能。鲍哲楠最近发明晰一种用于监测人体体温的可穿戴式传感器，这让崔屹大受启示。将传感器嵌入镍微粒资料，构成外表杰出的金属微粒。

 

传统锂离子电池的危险性

 

高效能锂离子电池是消费电子产品、电动轿车和电网动力储藏上最需求的。然而，锂离子电池的能量密度、电力密度和周期数在曩昔20年中都得到了巨大的进步，电池安全却仍然存在着重要的危险。而当电池遭遇极点状况，电池的高比能量密度能够进步其活跃反响才干。

 

传统的锂离子电池（LIBS）是由易燃的有机电解质和电极资料（一般为金属氧化物）所组成，它们能够在熔点130℃-160℃下由多孔聚烯烃分离器分隔。这样的电池需求在高电压下作业，超越了热力学安稳性。而许多的热力聚聚会导致短路或过度充电，电池隔板被融化，构成电池两级和电解质的放热反响，从而构成毁灭性的“热失控”。

 

安全电池的规划与特性

 

实验中，研讨人员将聚合物薄膜与一个电极衔接起来，这样电流能够经过它。为了导电，那些凸起镍颗粒需求互相触摸。但在热胀大进程中，聚合物薄膜被拉伸，这些镍颗粒就会彼此分隔，这使得薄膜不再导电，电流就不会经过电池。

 

然后，研讨人员把电池加热到70摄氏度以上后，聚合物薄膜敏捷胀大，镍颗粒彼此分隔，电池不再作业。可是当电池温度回落到70摄氏度以下，聚合物薄膜缩短，镍颗粒回到彼此触摸状况，电池开端持续产生电流。他们乃至能够把温度调高或下降，这取决于嵌入了多少镍颗粒以及挑选哪种的聚合物资料。

 

温敏性

 

鲍哲楠团队的研讨相较于之前的转化设备，关于温度改动的敏感性高出103-104倍。温敏性聚合物切换物（TRPS）快速且可逆的从内部融进电极中阻止热失控现象。研讨者将TRPS涂层参加至少一层的集电器中，构成混合集电器。并且依据改进后的量子穿隧效应，由具有较高热胀大系数的、带有石墨烯涂层的纳米镍粒子作为填充物和聚合物（比方半结晶聚合物）。这一规划的奇妙之处在于TRPS薄膜的传输价值，研讨人员能够经过调整它的组成结构，满意电池所需的温度。

 

导电优势

 

这个组合的聚合物薄膜能够在室温条件下抵达的高导电率。最重要的是，当抵达转机温度时，导电率能够在1秒之内下降7-8个数量级，在室温下天然恢复作业。带有主动调节资料的电池设备，能够在反常状况下快速平息，比方过热和短路，在不减损功用或热失控的状况下重新正常的作业。在实践的电池模块中，TRPS薄膜也能用于监测电池内部的温度，并使外部操控系统进行更深层的电池维护。一旦进行干预，降至正常温度，电池内部的电阻就会恢复到较小值，而电池能够再一次正常运作。

 

美国阿贡国家实验室动力贮存联合研讨中心主任表明：“这项研讨意义严重，锂离子电池的安全性是电动交通和电网的燃眉之急，哪怕是概率很小的失控起火都会构成严重影响。”

 

一同，Crabtree也表明：“尽管斯坦福团队的新奇概念令人印象深刻并且颇有前途，但仍需在更大型的电池系统上经过许多充放电周期的测验才干确保不会产生意外问题。锂离子电池由于没有料到的组件副反响而名声不佳，而嵌有石墨烯涂层镍微粒的聚合物薄膜便是一种全新的电池组件。”

 

尽管更安全的电池行将出炉，但企业家们也正在活跃选用其他方法来防止电池起火。在少数特斯拉电动轿车的电池由于磕碰而损毁，并导致车辆起火后，公司联合创始人埃隆·马斯克宣布，将会为系列添加钛合金底盘。

 

锂离子动力电池展开现状及运用远景 篇7

1 锂离子动力电池展开现状

 

锂离子动力电池是一种新式电池, 与一般电池比较, 其不只具有较高的电压、能量, 并且运用寿数较长、无污染, 所以有着较高的运用价值, 对多种设备功用的进步都有着重要效果。在锂离子动力电池中, 其正极资料与电池的功用有着紧密联系, 对电池的安全性、能量密度、比功率特性等要素都有着严重影响。在实践生活中, 锂离子动力电池的正极资料较多, 包含Li Fe PO4、Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2、Li Co O2等。其间Li Co O2有着较高的比能量、安稳性高、作业功用优、并且在加工进程中较为便当, 在实践生活中能发挥出较好效果;可是另一方面, Li Co O2的安全性较差, 并且置办价格加高, 所以商场辐射半径较小。一般状况下, 一些运用Li Co O2作为正极资料的电池容量都较小, 所以在一些小型设备中运用较多, 能发挥出必定效果。Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2具有较大容量, 包含多种正极资料的优势, 并且在实践状况中, 其逆比容量往往能抵达165m Ah/g以上, 所以在许多方面都能发挥出较好效果, 具有较大的展开潜力。在实践运作中, Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2具有较高的安全性, 且与Li Co O2比较, Li Ni1/3Co1/3Mn1/3O2的价格较低, 并且循环功用较强, 能够与电解液较好相容, 因而, 其在一些小型动力范畴有着较高的运用价值。Li Fe PO4具有较高的安全性、循环功用较强、耐高温功用较好, 因而, 其在实践生活中也能发挥出较好效果。但另一方面, Li Fe PO4能量较低、振实密度较低, 并且依据其本身加工特性, 所以运用本钱较高。由于每种正极资料都有着不同特性, 所以在实践运用进程中, 应依据需求挑选适宜的正极资料, 这样才干更好保障锂离子动力电池的运作功用。

 

在锂离子动力电池的负极资料方面, 首要有两种方法, 一种是碳类资料, 另一种对错碳类资料。其间碳类资料的品种较多, 首要包含硬碳、软碳、天然石墨、复合碳等。在实践生活中, 碳类资料的获取途径较多, 并且运用本钱较低, 在锂离子动力电池中有着广泛运用。可是在实践状况中, 碳资料也存在着一些劣势, 当其进行第一次循环时, 会丢失掉较多的不行逆容量, 别的在高温状况下, 碳资料极易与电解液产生反响, 或许呈现爆破事故。实践生活中首要运用天然石墨作为锂离子动力电池的负极资料, 能起到较好效果。

 

2 锂离子动力电池运用远景

 

依据锂离子动力电池本身特性, 其在许多范畴都有着广泛运用, 包含卫星、电动轿车等, 具有较大的运用优势。在轿车范畴, 许多技能人员都将锂离子动力电池运用进电动轿车中, 既能给电动轿车供给较大的动力, 并且无污染, 运用本钱较低, 所以具有较高的运用价值。许多新动力轿车中都对锂离子动力电池进行了较好运用, 并且我国相应新动力轿车的推广也让锂离子动力电池的商场不断扩展, 为锂离子动力电池的展开带来了较大便当。一些技能人员将锂离子动力电池运用进了航天范畴中, 将其作为储能电源, 发挥出了较好效果。我国许多卫星中都对锂离子动力电池进行了运用, 为卫星的正常运作带来了便当。可是在实践状况中, 锂离子动力电池的价格一般较高, 并且维护本钱也较高, 所以需求技能人员加强对其的研讨, 经过更为先进的技能进步锂离子动力电池的安全性、运作功用, 并延伸其运用寿数, 然后全面进步锂离子动力电池的功用, 促进锂离子动力电池的更好展开。

 

结束语

 

在实践生活中, 锂离子动力电池有着较多优势, 包含能量高、电压高、运用寿数长、无污染等, 在手机、电脑、航天等范畴都有着广泛运用, 并起到了较好效果, 促进了多种行业的展开。因而, 依据锂离子动力电池的展开潜力, 技能人员需加强对其的研讨, 进步其整体运作功用, 并将其运用进多种行业, 充沛发挥出锂离子动力电池的效果, 然后更好为社会服务。

 

参阅文献

 

[1]魏克新, 陈峭岩.依据自适应无迹卡尔曼滤波算法的锂离子动力电池状况估计[J].我国电机工程学报, 2014, (3) :445-452.

 

[2]徐蒙, 张竹茜, 贾力等.圆柱形锂离子动力电池放电进程电化学与传热特性研讨[J].我国电机工程学报, 2013, (32) :54-61.

 

锂离子动力电池铝壳壳体电位研讨 篇8

1 电池的制备

 

正极资料磷酸铁锂与导电石墨、PVDF和NMP溶剂混合, 搅拌成正极浆料, 浆料涂布在铝箔上, 经过辊压, 制片得到正极片;负极石墨与导电石墨, 粘结剂与去离子水混合, 搅拌成负极浆料, 浆料涂布在铜箔上, 经过辊压, 制片得到负极片;在叠片机上, 将正、负极片与隔阂经过叠片的方法制成电芯, 再经过电芯安装将电芯放入铝壳中, 激光封口后, 注液构成电池。电池化成之后, 进行容量测验, 容量测验最终工步将电池荷电状况调整为30%SOC, 对应的电池电压为3.285~3.305V;定容工步完结之后测验正极对壳体电压。

 

2 效果与评论

 

2.1 壳体电压的构成

 

图1为电池电压与正负极对壳体电压之和的比照。对正负极间电压以及正极对壳体电压、负极对壳体电压别离进行测验, 正极参比壳体与负极参比壳体之和根本上与电池电压相一起。表1为所测6 000支电池中, 正极与壳体电压的散布状况。其间, 正极与壳体电压0.001~1.0V的占比0.9%, 大于1V的占比0.1%;正极与壳体电压大于1V则会产生壳体内部的腐蚀[1], 即产生电池内部腐蚀的比例为0.1%。

 

 

2.2 铝壳外表电解液对正极与壳体间电位

 

表22为将新的盖板放入电解液中浸泡4488hh之后, 放在空气中静置1122hh, 测验正负极和盖板间电压数据。从表22能够看出, 将电池放在电解液中浸泡22dd正极和盖板间构成了电压。

 

 

为了进一步验证电池外表的电解液会影响正极对壳体电位, 抽取10支正极对壳体电位不同的电池, 电池正极运用酒精浸泡清洗24h, 之后放置到空气中24h后测验正极对壳体电压的改动, 效果见图2。由图2可知, 运用酒精浸泡极柱后, 正极对壳体电压都呈下降趋势, 阐明电池外表由于电解液参加的副反响会影响正极和壳体电压;待电池外表的酒精枯燥后放置12h, 正极对壳体电压有所上升, 但仍低于原电压值。

 

2.3 电池拆解

 

表3为壳体腐蚀的电池, 拆解时正负极对壳体电压的状况, 正极对壳体电压均大于1V;壳体腐蚀样品A拆解状况, 发现电芯外表外层隔阂有破损, 电芯最外层负极片直接与壳体触摸, 导致正极与壳体电压增高, 产生腐蚀;壳体腐蚀样品B拆解状况, 发现极耳包胶不完整, 负极耳与壳体触摸, 导致壳体与负极等电位, 在充放电进程中或许存储进程中, 锂离子经过电解液或许会优先嵌入铝壳中, 产生嵌锂的铝化合物从而产生腐蚀;腐蚀点铝壳内部呈灰色, 首要成分是Li2O3和铝盐[2]。

 

 

为了防止外层隔阂破损, 负极片与壳体触摸, 进步正极和壳体间电位引起腐蚀, 在电芯外侧添加绝缘袋, 维护电芯隔阂。为了防止负极极耳与壳体触摸, 导致负极壳体相导通, 下降壳体电位, 构成腐蚀, 对极耳有用绝缘胶纸全覆盖。

 

3 定论

 

对影响铝壳体电位的要素进行剖析, 壳体外表残留的电解液, 电芯外层隔阂破损, 极耳包胶不完整均会影响壳体电位;为了防止腐蚀的产生, 需求下降正极和壳体间电压, 经过欧姆电阻导通正极和壳体, 并防止负极和壳体的直触摸摸, 对电芯外部添加绝缘维护膜, 在铝壳内外表添加绝缘涂层, 对极耳进行绝缘胶纸全覆盖, 可有用防止电芯和壳体的触摸, 防止电池产生腐蚀。

 

参阅文献

 

[1]张娜, 李杨.锂离子动力电池铝外壳的腐蚀[J].腐蚀与防护, 2015 (4) :351-365.

 

动力锂离子电池 篇9

传统车辆的尾气排放和高油耗是一直影响轿车展开的要害问题,混合动力车(HEV)的呈现可部分处理上述问题,因而遭到高度注重。混合动力车对其动力电源要求具有高比功率和恰当的比能量,高功率锂离子蓄电池与其它电化学具有比能量大、单体电压高和自放电小的长处,成为HEV的抱负电源之一[1]。动力电池由于作业在各种杂乱的大电流充放电状况下,所以对动力电池的功用检测也有别与以往的小容量电池,需求在各种极限状况下对其进行丈量。直流内阻是动力电池重要参数之一,直接反映了电池的电化学特性,依据其巨细能够判别电池功用的优劣[2]。

 

直流内阻要求检测进程中对电池电压快速准确的丈量和核算出阻值,本文运用Lab View在数据高速收集和数据剖析方面的优势,以《Freedom CAR电池实验手册》[3]为根底规划实验方案,完结了锂离子动力电池直流内阻准确核算和电压曲线的实时显现,一同能够保存实验波形和打印数据报表,较好的满意了动力电池内阻检测的要求。

 

2 锂离子动力电池内阻剖析

 

从宏观上来看,电池开路电压为U0,当电池以电流I进行放电时,电池两头电压变为U,则电池内阻为r=(U0-U)/I,可是这样测出的内阻不是一个固定值,而是跟着电池作业状况和环境条件改动而改动,一同还因测验方法和测验时刻而异。

 

2.1 欧姆内阻

 

图1显现了电池在必定荷电状况(SOC)下的放电进程。当电池开端放电后,电池有一个瞬间压降,这是由电池的欧姆内阻引起的,欧姆内阻包含电极、隔阂、衔接条和隔阂等全部零件的内阻,欧姆内阻即咱们所需求丈量的直流内阻,在必定的SOC状况下每次的测定效果能够以为是不变的。

 

欧姆内阻引起的电压改动一般坚持很短时刻,假如时刻稍长,则电池的极化效果将起效果,因而需求在极短的时刻内将电压改动量检测到,一般这一时刻在1~2ms以内。

 

2.2 极化效果

 

之后在整个放电进程中电池两头电压逐步下降,电池进行电化学反响,此阶段的电压下降包含了极化效果产生的压降以及SOC改动引起的电池开路电压下降。极化效果首要是由电化学反响中反响离子浓度构成的,其数值是随时改动的,依据检测时的电流强度和时刻的不同,所得到的效果也不相同。当电池中止放电时,电池电压有一个瞬间的上升,其改动值∆U2与∆U1相同,也是由于电池的欧姆内阻引起的,内阻丈量进程中经过检测这一上升电压改动来核算直流内阻的巨细。之后是一个电压逐步上升的进程,标明电池内部电化学反响完结,极化效果逐步消失,最终电池电压趋向一个安稳值,即电池在放电之后的SOC状况下的开路电压,从电池有一瞬间上升到电压平稳这一段时刻电压的改动∆U3随时刻改动而改动,其值因所取的检测时刻长短而不同。

 

电池充电进程中电压逐步上升,当电流中止时也会呈现因欧姆内阻产生的电压改动,与放电时不同的是欧姆内阻和极化内阻产生电压改动∆U都为正值。

 

3 依据《Freedom CAR电池实验手册》直流内阻检测方案

 

电池的欧姆内阻和极化内阻改动状况能够经过《Freedom CAR电池实验手册》中的HPPC测验实验得到,实验步骤如下:(1)用恒流40A限压4.2V将电池充溢;(2)用100A电流放出10%DOD(放电深度Depth Of Discharge)的电量,此刻电池SOC为90%;(3)静止1小时;(4)按图2脉冲功率实验图进行一次实验;(5)重复(1)-(3)的实验,每次放电深度添加10%,直到放出90%DOD进行最终的测验;(6)将电池放出100%的DOD。

 

如图3所示,t0~1t时刻,对电池以120A的电流放电;t1~t2时刻,电池断电静置;t2~t3时刻,对电池以100A的电流充电。电池内阻能够经过电池电压改动量与电流改动量的比值求出,详细核算公式如下:

 

式中Rd为放电内阻,Rc为充电内阻,Id为放电电流,Ic为充电电流。

 

4 锂离子动力电池内阻检测系统硬件结构

 

硬件组成包含了电流操控和信号收集两部分,其间电流操控部分经过I/O信号操控可控源的电流转断以及电流方向变换,经过PCI1712采样卡中所带的D/A转化模块给可控源0~5V的模仿电压量,操控可控源输出电流的巨细。信号收集部分由PCI1712所带的A/D采样模块完结,经过检测电池两头的电压取得电池电压信号。需求留意的是由于电池相对与采样卡为起浮信号源,信号源或许会超越采样模块的共模电压输入规划,采样模块饱满将使电压读数不准,因而需求将电池两头经过两个电阻衔接到采样卡的AIGND,这种衔接能够消除信号源与板卡地之间的共模电压。一同,由于夹具与电池之间的触摸电阻,与采样卡的各衔接器材的存在电阻,因而采样卡读数与实践电压值成必定的比例,所以应将电池实践电压与采样卡读数进行比较,得出一个标定系数,之后将电压读数乘以这一系数便取得实践电压值。系统硬件结构如图4所示。

 

5 锂离子动力电池内阻检测系统软件结构

 

测验系统的软件规划首要包含数据收集模块、计时模块、充放电操控模块、核算模块和测验效果显现输出模块。运用Lab VIEW的多线程技能,能够完结各模块的同步作业,经过充放电模块和计时模块的彼此合作,完结HPPC测验实验的实验步骤,包含电池恒流充电进程中对容量的核算,电池放电时操控DOD的百分比,以抵达在不同SOC状况下检测电池内阻的意图。

 

5.1 软件抗搅扰[4]

 

由于系统中存在噪声搅扰,由数据收集卡收集到的电压数值会有必定程度的动摇,所以需求经过软件采纳数字滤波的方法将信号中的噪声去掉。常用方法为均匀法,行将必定数量信号值中的最大值和最小值去掉,剩余的信号相加后取均匀值。所取点的数目应依据采样速率来决议,既要确保能够将信号中的噪声滤掉,又不会占用太长时刻,否则将难以准确显现电压的改动。PCI-1712归于高速收集卡,A/D转化速度为1M/s,所以能够取10~20个数据点进行滤波的核算。

 

5.2 复合式脉冲实验

 

图5显现了软件系统完结复合脉冲实验步骤的软件结构。在此进程中用户能够改动充放电的电流巨细,软件的核算模块能够主动记载电池的电压曲线并在前面板中显现出来,主动核算电池的放电内阻和充电内阻。

 

5.3 不同SOC状况下的直流内阻

 

经过本检测系统对ICR47/205型锂离子电池进行直流内阻测验,ICR47/205型锂离子单体电池电压标称3.6V,标称容量20Ah,图6显现了不同SOC状况下的直流内阻丈量效果。

 

可见SOC在10%~70%的状况下直流内阻随SOC的添加而逐步减小,在70%以上时有所上升。放电内阻略大于充电内阻,但两者的值相差不大。

 

6 结束语

 

该系统选用高速采样卡作为硬件根底,并经过Lab View作为软件渠道完结对电池电压数据的收集核算,完结了动力电池内阻的准确检测,一同系统具有记载显现电池充放电曲线的功用,电池功用剖析供给了便当。经过实践运用,该系统丈量精度高,检测效果可重复性高,人机界面有好,操作简略,满意对直流内阻的检测需求。

 

摘要：内阻是锂离子动力电池重要参数之一,本文剖析了电池内阻构成原因,评论直流内阻测验方法,介绍了一种依据LabVIEW的锂离子动力电池内阻检测系统规划方案,规划了测验系统的硬件结构和软件模块,依据测验要求规划了数据收集和数据剖析软件,使系统能够实时显现实验效果。经过实践作业,测验效果抵达规划要求,系统具有作业安稳,操作简略,可扩展性好的特色,满意了内阻测验的要求。

 

要害词：锂离子电池,内阻,LabVIEW

 

参阅文献

 

[1]刘兴江,肖成伟,余冰,董杰,汪继强.混合动力车用锂离子蓄电池的研讨展开[J].电源技能,2007,31(7):509-514.

 

[2]何洪文,孙逢春,张晨光,白文杰.锂离子动力电池充放电特性的实验研讨[J].北京理工大学学报,2002,22(5):578-581.

 

[3]INEEL.FreedomCAR Battery Test Manual for Power-Assist Hybrid Electric Vehicles[M].US:Idaho National Engineering&Environmental Laboratory,2003:39.

 

动力锂离子电池 篇10

新动力轿车是我国活跃开发的绿色环保的新式支柱工业之一,我国政府已发布一系列政策支持新动力轿车的展开。《我国制作2025》中要点范畴技能路线图已明确:到2025年节能轿车销量占比抵达40%,规划抵达千万辆,到2030年节能轿车销量占比抵达50%。新动力轿车的核技能之一便是储能设备,锂离子电池(二次电池或可充电电池)因具有储能密度高、能量功率高、自放电小和运用寿数长等长处[1],现已被广泛运用于储能系统中。现在,商场上主流的电动轿车均选用锂离子电池储能设备,其间包含“日产Leaf”“美国通用Volt”“特斯拉Model S”和“比亚迪唐”等[2]。电动轿车的销量日益添加,2015年1～10月我国新动力轿车销量抵达17万辆,同比添加高达2.9倍[3],标明锂离子电池工业具有巨大的商场和经济潜力,一同一系列与锂离子电池相关的资料与制作工业也将迎来巨大的展开。

 

跟着锂离子电动轿车的逐步遍及,其间锂离子电池的安全性和耐用性遭到人们高度的注重。锂离子电池的重要组成部分为正极(铝)、负极(铜)、隔阂和电解液[4],电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐和必要的添加剂等原料,在必定条件下按必定比例制造而成。锂离子电池完结充放电进程有必要在一个无氧和无水的环境中进行,因而锂离子电池组合完结后需进行封装。现在,锂离子电池极柱与金属外壳之间的封接首要选用塑料原料的密封圈,但此类密封圈存在易老化和不耐外界交变物理场(温度、应力和振动)影响等缺陷;也有选用陶瓷金属化封接的方法完结极柱与外壳的封接,但陶瓷金属化封接的工艺杂乱,且本钱较高。因而,业界呈现了用低温封接玻璃代替塑料密封圈的呼声。大大都低温封接玻璃的机械强度、抗热震性和密封性均优于塑料,但仍有许多研讨作业亟须展开,有必要找到一种低温封接玻璃使其各项功用参数,包含耐电解液腐蚀性、热胀大系数、封接温度、气密性和机械强度等,均契合动力锂离子电池的要求。现在,国外的封接玻璃研发领头羊—一德国肖特公司已研发出了玻璃封接铝壳锂离子电池样件,而国内涵封接玻璃方面还处于起步或空白阶段。

 

因而,本文从锂离子电池封接的特色和要求入手, 综合剖析现在现有的各类低温封接玻璃,比照封接玻璃的各类参数特征,以期对锂离子电池用封接玻璃的研发和出产供给参阅定见。

 

1 锂离子电池的结构和封接

 

1.1 锂离子电池的结构

 

现在,商场上运用的锂离子动力电池首要有方形、圆柱形和软包装3种结构方法。但不管是什么形状的锂离子电池,其内部的根本组件都是类似的,详细如图1所示[5],图1中的每条线代表电池各部件和作业区域之间的界面。尽管电池中的电解质触摸电池的一切部件,但在每个界面产生的现象却不同。

 

详细到锂离子电池的封接,其电极极柱盖帽组的结构示意图如图2所示。

 

在此需求着重:由于锂离子电池中电解液具有较强的腐蚀性,因而集流体资料需求具有满意的化学安稳性和电化学安稳性。一般状况下,铝箔在空气中和中性水环境下,外表能构成一层致密的氧化膜,动力学上比较安稳。在非水电解液中,该种功用在某种程度上得到坚持,也能构成钝化膜或层,这关于作为集流体铝箔维护是十分有利的。因而,铝箔作为锂离子电池正极集流体几乎是仅有的挑选。铜具有满意的机械强度和良好的导电性,单位价格的导电率高,并且在电化学性质上不易与锂构成合金。但它在电解液中3.5 V vs.Li+/Li时会产生溶解,因而常用于锂离子电池中作电位较低的负极集流体[6]。关于金属外壳原料而言,现在已广泛运用的有钢壳和铝壳2种,而铝壳相关于钢壳更有利于电动轿车的轻量化展开趋势。因而,关于铝壳锂离子电池而言,电池封接的热门首要会集在铝—铝金属间封接和铜—铝金属间封接。

 

1.2 锂离子电池的封接

 

如图2所示,在电极极柱的周围,封接资料一方面起到阻隔空气和水分的效果,另一方面起到电绝缘的效果,离隔电池极柱和金属外壳,坚持外壳的电中性。在常见的电池封接工艺中,依照封接资料可分为塑料封接、玻璃封接和陶瓷封接三大类。现有锂离子电池极柱的封接遍及选用在电池盖板上先打出一个接线柱孔,然后在孔的上方和下方各设置聚四氟乙烯、聚醚醚酮或许聚乙烯资料做成的密封垫。可是,这种密封结构过于简略,在工业化出产进程中易呈现密封欠佳的问题,从而会构成电池的运用功用下降。

 

比亚迪股份有限公司的专利201110379551.X运用活性焊料作为焊接层将陶瓷和金属芯柱衔接,但需求屡次密封,操作相对杂乱,陶瓷—金属界面简略掉落,本钱较高[7]。

 

假如选用一般的玻璃封接,由于封接玻璃直接与锂离子电池的电解液触摸,封接玻璃基层会被腐蚀。已有耐锂离子电解液腐蚀的封接玻璃,如TA-23、Cabal-12、Babal系列封接玻璃等[8],它们不含二氧化硅,可抵抗腐蚀,但它们的封接温度比铝的熔点高,并且热胀大系数低,只能用于钢壳与钼或52合金极柱间的玻璃封接,不适合铝壳与铜电极或铝电极间的玻璃封接。

 

1.3 锂离子电池用封接玻璃的根本要求

 

封接玻璃的2个根本要求如下:①与相关结构(极柱和外壳)紧密结合,起到密封和支撑的效果;②能够坚持长时刻的安稳性。锂离子电池用封接玻璃还应满意锂离子电池范畴的特别要求,详细要求见表1。

 

2 相关封接玻璃的最新展开

 

如上所述,现在锂离子电池封接的热门会集在铝—铝金属封接和铜—铝金属封接,这二者别离对应着封接工艺中的匹配封接和非匹配封接,电极封接部位的横截面如图3所示。匹配封接是指选用的玻璃和金属的热胀大系数挨近,封接中产生的应力在一个较小的规划内,要求界面有化学键结合。非匹配封接(或叫压缩型封接)是指玻璃和金属之间热胀大系数相差较大,经过结构规划与资料挑选,使封接玻璃处于净压应力状况。

 

由于这2种封接的一起特色是铝壳参加了封接,而铝的熔点是660℃,所以对封接玻璃的最根本的要求便是封接温度需低于铝的熔点,一般在600℃以下,即低熔点封接玻璃。因而,在探究和研发相应的封接玻璃时,首先要从低熔点封接玻璃入手,再找寻适宜的热胀大系数(铜一铝封接玻璃的热胀大系数满意α铝>α玻璃≈α铜,铝一铝封接玻璃的热胀大系数满意,其间α铝≈α玻璃,其间α铝=23×10-6℃,α铜=18×10-6℃),最终改进封接玻璃的其他相关特性,使其满意动力锂离子电池的一系列要求。接下来,本文首要从封接温度和热胀大系数2个方面介绍适合于铝—铝和铜—铝封接的玻璃研讨现状。

 

2.1 铝—铝对应的封接玻璃

 

本节首要探讨封接温度在600℃以下,热胀大系数略小于或等于23×1 0-6℃的玻璃系统,对应于锂离子电池正极的铝—铝封接。2001年,Shih[9]等人将成分为50P205-20Na2O-30CuO (moL%)的玻璃系统在氮气中熔炼30 min取得热胀大系数为22.5×10-6℃,玻璃改变温度(Tg)为290℃,在氮气中熔炼的意图首要是进步玻璃的耐水性,且耐水性跟着在氮气中熔炼时刻的添加而增强,但热胀大系数逐步减小。为了进步玻璃的耐水性,S hih[10]将氧化铒参加磷酸盐玻璃系统60P2O5-(40-x) Na2O-xEr2O3中,当参加1moL%的氧化铒时,玻璃耐水性进步了一个数量级,可是热胀大系数也降至21×10-6℃,且跟着氧化铒的添加量逐步添加,热胀大系数逐步下降。此外,Sene[11]等人经过将必定量的氧化铌参加P2O5-BaO-K2O玻璃系统中,取得玻璃的热胀大系数在(8-25)×10-6℃规划内,许多金属的线胀大系数也位于在上述规划内,但当相关配方的软化点温度为538℃时,热胀大系数抵达25×10-6℃,氧化铌的引进会添加玻璃的弹性模量,一同也会添加玻璃的封接温度,并下降热胀大系数。

 

 

我国发明专利CN104692663A[12]中玻璃配方(moL%)为P2O5 70%,B203 6%,A1203 5%,Na2O5%,K20 11%和BaO 3%,封接温度为520℃,热胀大系数抵达21.9×10-6℃,专利中未提及此系列的化学安稳性,但成分中含有的P205高抵达70%。德国肖特的专利US20140099533A1[13]中提及的成分(moL%)为P205 46.5%,B203 7.6%,A1203 4.2%,Na2028.3%,K20 12.4%和Bi2O3 1%的玻璃,其对应的热胀大系数为19.8×10-6℃,Tg值为347℃,能够看出此配方的首要成分与我国专利CN104692663A是挨近的。我国的另一篇专利CN101538116B[14]也声明对应配方(moL%)为P2O5 30%,Na20 40%,Li2O 20%,B203 5%和A12O3 5%,能够适用于铝一铝封接,不过专利中显现其热胀大系数为18.8×10-6℃(比铝的热胀大系数低约20%),封接温度为360℃。美国专利5538527[15]中玻璃配方(moL%)为P2O5 46.98%,Na20 38.35%,BaO 9.56%,Al2O3 0.96%和AIN4.12%,热胀大系数为20×10-6℃,玻璃软化温度为330℃,此配方中,其特别地引进AIN成分作为析晶调节剂,其意图是为了增强玻璃封接件在电镀中的耐酸性。

 

2.2 铜—铝对应的封接玻璃

 

本节首要探讨封接温度在600℃下,热胀大系数约等于18×10-6℃差值在20%左右)的玻璃系统,对应于锂离子电池负极的铜一铝封接。需求阐明的是在本文“3.1”中提到的某些成分的玻璃,假如其热胀大系数低于铝的热胀大系数,理论上对应的玻璃也可适用于铜—铝封接。Hemono[16]等人制备了成分为Li025Na0.25Sn0.25PO3的玻璃,其热胀大系数为16×10-6℃,Tg值为250℃。Qi Yajun[17]等人在玻璃组分(13.86-X) ZnO-57.93Sb203-28.21 P205-XNa2O(质量百分比)上用Na2O替换ZnO,当X=10时,取得的玻璃的热胀大系数为15.7×10-6℃,Tg值为347℃,并且在水中的失重率抵达了此系列中的最低值5.9±0.03mg/cm-2。Qi Yajun[18]等人规划的另一个玻璃配方为53.93Sb2O3-28.21 P205-8Na2O-5.86ZnO-4Bi203(质量百分比),相应的Tg值为341℃,热胀大系数为14.8×10-6℃,在水中的失重率抵达3 mg/cm-2,但Bi203的引进添加了玻璃的析晶倾向。邹雯[19]等人研讨了各种碱金属(Na2O、K20、Li20)对P2O5-ZnO-R2O系统的影响,其间组分为35P205-50ZnO-5Na2O-10K2O (摩尔比)的玻璃的热胀大系数为15.7×10-6℃,Tg值为365℃,在90℃的去离子水浸泡10 h后的质量丢失为1.3%左右,尽管由于“组合碱效应”导致了耐水性比较仅含单一碱金属的玻璃有必定的进步,可是比较其他研讨者的效果还有很大进步空间[20]。

 

我国专利CN103880290A[21]发布的玻璃P20555%,B203 6%,Al2O3 10%,Na20 10%,K20 16%和BaO 3%(moL%),其热胀大系数为17.9×10-6℃,但封接温度稍高(620℃)。我国专利CN104529164A[22]尽管制备了一种析晶型高胀大系数的封接玻璃,热胀大系数与铜挨近,可是此类玻璃需求独自的热处理进程,且热处理温度均需超越660℃,因而也并不适用于铜一铝封接。

 

从上述的多篇文章和专利能够看出,铝一铝封接和铜一铝封接玻璃首要会集在磷酸盐系统,并且为了取得较高的热胀大系数,一般组合均是P205+Na2O或K20,五氧化二磷和碱金属二者摩尔比之和一般超越70%。关于磷酸盐系统,热胀大系数和化学安稳性一般是朝着两个相反的方向展开,经常顾此失彼。而磷酸盐玻璃研讨中许多焦点也是会集在进步化学安稳性方面,进步化学安稳功用够经过上述掺杂过渡族氧化物或是在氮气中熔炼来完结,但现在仍然难以取得既有适宜的热胀大系数又有好的化学安稳性的磷酸盐玻璃。因而,磷酸盐系统在寻觅适宜的热胀大系数的玻璃成分的一同,也需求注重其化学安稳性的进步。

 

3 结语

 

由于人们对绿色环保的电动轿车的需求日益添加,其间的中心组件——锂离子电池的安全性和安稳性变得更加重要,而锂离子电池的玻璃封接有潜力代替现在的塑料封接等方法。因而,低熔点封接玻璃必定成为一种具有巨大商场潜力的新式封接资料。但现在,我国市面上的低熔点封接玻璃还不能彻底满意锂离子电池多个方面的封接和运用要求,首要是由于当取得较大热胀大系数的玻璃后,资料的耐水性、机械强度和化学安稳性等会下降。为了取得一款适宜的锂离子电池用封接玻璃,往后的研讨热门和方向如下:①由于磷酸盐本系的热胀大系数跨度大,根本能够覆盖铜—铝封接和铝—铝封接,所以焦点应放在磷酸盐系统;②磷酸盐系统在确保热胀大系数适宜的状况下,需经过各种方法改进此系统玻璃的化学安稳性;③在玻璃功用根本合格的状况下,需将资料和工艺充沛合作。

 

摘要：文章介绍了锂离子电池的根本结构、电极极柱与外壳封接工艺的特色和现在存在的首要问题。以动力用锂离子电池封接的要求为出发点,总结了适用于动力用锂离子电池正负极柱封接(包含铜—铝和铝—铝封接)的玻璃的根本物理化学特性。着重从封接温度和热胀大系数2个方面概述了现在国内外铝—铝封接和铜—铝封接相关玻璃系统的研讨现状,指出了相关玻璃系统首要存在的问题和以后能够进一步研讨的方向。