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锂离子电池与锂金属电池的区别

作者:admin    来源:未知    发布时间:2019-10-24 11:48    浏览量:
锂离子电池与锂金属电池的区别详情如下:
 
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液等部分构成,在充电的过程中Li+从正极脱出,经过电解液扩散到负极,因此整个过程中可能影响锂离子电池充电速度的因素主要有3个:
 
1)Li+在固相中的扩散;
 
2)Li+在固/液界面反应;
 
3)Li+在电解液中的扩散,包括溶剂化和去溶剂化。
 
在快速充的过程中正极衰降和正极界面膜(CEI)的生长通常不是限制因素,而负极由于动力学条件相对比较差,因此在快速充电的过程中容易发生析锂,进而减少负极可供Li+嵌入的有效面积,造成电池性能的劣化。
 
锂离子电池按照结构和形状主要可以分为三类:
 
1)圆柱形;
 
2)方形;
 
3)软包,不同的结构的电池在不同的方向上具有不同的散热效率,例如对于圆柱形电池在直径方向上由于隔膜等导热效果较差的材料存在,因此电池内部温度较高的位置主要集中的电芯的中间位置,而对于方形电池和软包电池由于极耳位置的电流密度比较大,因此高温区域也主要集中在电池靠近极耳的位置,而且靠近正极极耳的位置通常也会比靠近负极极耳位置的温度更高。
 
电池内部的温度分布不均会造成电池内部电流分布的不均,同时极耳位置设计不合理也容易产生电流分布不均的现象,电流分布不均容易导致电池在充放电的过程中发生局部的过充或过放,以及副反应速度的不一致,进而导致电池内部衰降速度的不一致。温度分布的不均不仅仅发生在电池层面,在系统层面由于电池模组中单体电池的排列,冷却系统的设计等因素也会导致不同单体电池之间存在明显的温度梯度。过高的温度在正极一侧会加剧粘结剂分解、不可逆相变和过渡金属元素的溶解等问题,而负极一侧则面临SEI膜生长加速,从而消耗电池内部有限的活性Li,导致电池不可逆的容量损失,并引起电池产气。
 
为了提升锂离子电池的使用寿命和安全性,需要尽可能的避免锂离子电池在使用过程中发生析锂,因此人们发明了多种探测锂离子电池析锂的方法,例如光学显微镜技术、扫描电镜技术和透射电镜技术、核磁共振技术等,但是这些方法都需要对电池进行解剖,或电池生产的过程就设计成为特殊结构。因此人们还开发了多种无损探测负极析锂的方法,例如衰降速度方法、电压平台法和模型法等。
 
以速度衰降法为例,金属Li反应活性高,负极表面析锂后,金属Li会持续的与电解液发生反应,从而消耗有限的活性Li,从而加速锂离子电池的衰降,因此我们可以通过电池衰降速度的变化判断电池在循环过程中是否析锂。
析锂通常会导致电池的库伦效率的轻微降低,因此高精度的库伦效率仪也同样可以通过探测锂离子电池库伦效率的微小变化判断锂离子电池是否发生析锂。
 
部分在负极析出的金属Li在电池充电后的静置阶段能够重新嵌入到石墨负极之中,因此我们能够在电池静置过程中的电压曲线上观察到一个平台,因此我们通过观察是否出现这一平台来判断锂离子电池是否出现了析锂。

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