锂电科普丨锂电那些事儿(一)
1.锂电池工作原理
锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池;锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。
锂金属电池:一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
放电反应:Li+MnO2=LiMnO2
锂金属电池通过金属锂的腐蚀或叫氧化来产生电能的,用完就废了,不能充电,因此也称一次电池。
锂离子电池:一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。
以磷酸铁锂电池为例,充电正极上发生的反应为:
充电负极上发生的反应为:
锂离子电池则是利用锂离子的浓度差进行储能和放电,电池中不存在金属锂,因此也称锂二次电池。
锂离子电池因能量密度大、输出电压高、自放电小、循环性能优越、充电效率高等优点被广泛应用于电动汽车、航空航天、电力储存、消费级电子产品等各个领域。
2.锂离子电池物理组成
(1)正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂,镍钴锰酸锂,磷酸锂铁等锂化合物材料,电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂(俗称三元)或者三元+少量锰酸锂,纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度10-20微米的电解铝箔。
(2)负极——活性物质为石墨,或近似石墨结构的碳,导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。
(3)隔膜——一种经特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔结构,可以让锂离子自由通过,而电子不能通过。
(4)有机电解液——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂,聚合物的则使用凝胶状电解液。
(5)电池外壳——分为钢壳(方型很少使用)、铝壳、镀镍铁壳(圆柱电池使用)、铝塑膜(软包装)等,还有电池的盖帽,也是电池的正负极引出端 。
3.锂电池产业链条
锂电产业链前端主要涉及材料,包括原料开采、材料生产,中端锂电池生产制造,后端锂电池应用、材料再生及相关生产装备。
原材料:包括锂钴镍等正极材料原料,石墨负极材料原料和铜铝集流体原料,以及隔膜、胶带、铝塑膜所用的化工原料。
锂电材料:包括正极、负极、隔膜、电解液四大关键材料和集流体、外壳等辅料。
电池制造:主要指动力电池生产制造环节,主要包括极片制造(前段)、电芯组装(中段)、电芯激活检测和电池封装等(后段)等产业环节。
回收利用:包括正极材料前驱体及再生原材料等材料的回收。