锂离子蓄电池结构详解

2023-09-27 理论教育版权反馈

【摘要】：锂离子蓄电池是继镍氢蓄电池之后，出现的又一种新型蓄电池。图解演示图9-12为筒形锂离子蓄电池的结构图。锂离子蓄电池的单体电池组比铅酸蓄电池和镍氢蓄电池体积要小很多，但电池容量是后者的2～3倍。

图解演示

图9-11所示为锂离子蓄电池的实物外形。锂离子蓄电池是继镍氢蓄电池之后，出现的又一种新型蓄电池。

图9-11 锂离子蓄电池的实物外形

其中，锂离子蓄电池中单格电池电压为3.6V，是其他类蓄电池单格电池的3倍，因此锂离子蓄电池的重量、体积要比铅酸蓄电池小很多，这就为电动自行车的小型化提供了条件。

相关资料

锂离子蓄电池具有自放电小、无记忆效应、循环特性好、可快速放电、工作温度范围宽、无环境污染等优点，但由于目前其制作成本较高，价格较贵，市场占有率仍较小。

通常，锂离子蓄电池有筒形和方形两种，筒形是将正、负极板和隔板、极柱等材料卷曲在一起，插入电池外壳中，并注入少量电解液制成的。

图解演示

图9-12为筒形锂离子蓄电池的结构图。从图中可以看出，锂离子蓄电池主要是由隔膜板、正极板、负极板、电解液、绝缘板等构成的。

图9-12 筒形锂离子蓄电池的结构图

图解演示

图9-13为方形锂离子蓄电池的结构图。方形锂离子蓄电池内部是以层叠的方式将正极板、负极板和隔膜板叠加在一起制成的。锂离子蓄电池的单体电池组比铅酸蓄电池和镍氢蓄电池体积要小很多，但电池容量是后者的2～3倍。

图9-13 方形锂离子蓄电池的结构图

1.正极板

图解演示

目前，锂离子蓄电池的正极板主要以钴酸锂（LiCoO₂）为主要原料，再加入导电剂和树脂粘合剂，涂覆在铝质基板上，呈细薄层分布。图9-14为锂离子蓄电池正极板的原子结构图。钴酸锂具有工作电压高（3.6V），放电平稳，适合大电流放电，循环性好，制作工艺简单等优点；但其价格高、安全性差、污染环境。

而新型原料磷酸铁锂（LiFePO₄）性能要比钴酸锂好，并且不污染环境，是良好的替代原料。

2.负极板

图解演示

负极板上的活性物质是由碳材料与粘合剂的混合物再加上有机溶剂调和而制成的糊状物，涂覆在铜基板上，呈薄层状分布。

图9-15为锂离子蓄电池负极板的原子结构图。

图9-14 锂离子蓄电池正极板的原子结构图

图9-15 锂离子蓄电池负极板的原子结构图

目前，负极材料主要有石墨类（天然石墨、人造石墨和石墨化碳）和非石墨类（软碳和硬碳）两类。

3.隔膜板

隔膜板可起到关闭或阻断通道的作用，一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜板。所谓关闭或阻断功能是指电池出现异常温度上升的情况时，阻塞或阻断作为离子通道的细孔，使蓄电池停止充、放电反应。

隔膜板可以有效防止因外部短路等，所引起的过大电流充、放电而使电池产生异常发热现象。

4.电解液

锂离子蓄电池的电解液是以混合溶剂为主体的有机电解液。电解液对于活性物质具有化学稳定性，可良好适应充、放电反应过程中发生的剧烈的氧化还原反应，因此电解液一般会混合不同性质的几种溶剂共同使用。

为了确保锂离子蓄电池的安全性，在其外部电路或蓄电池内部都设有异常电流切断的安全装置。即使这样，在使用过程中也有可能因其他原因引起蓄电池内部压力异常上升。因此，在蓄电池的顶部设有安全阀来释放多余气体，防止蓄电池破裂。

锂离子蓄电池的安全阀是一种一次性非修复式的破裂膜，保护蓄电池使其停止充放电过程，它是蓄电池的最后保护手段。