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電化學(xué)工業(yè)經(jīng)歷了長(zhǎng)足平妥的開(kāi)展進(jìn)程，大量的科研院所、企業(yè)機(jī)構(gòu)潛心研討，在前進(jìn)路途中不斷涉歷和試錯(cuò)，一起也貢獻(xiàn)了卓著的研討成果。時(shí)序更替，在此前長(zhǎng)達(dá)30年的時(shí)間里，鋰電池的根底體系根本堅(jiān)持相對(duì)平穩(wěn)的態(tài)勢(shì)。探究無(wú)限止、前進(jìn)疾兼程，現(xiàn)今的電池技能仍然在漸進(jìn)開(kāi)展，未來(lái)仍為可期。
「太藍(lán)鋰匯」是太藍(lán)新能源開(kāi)設(shè)的電池科普內(nèi)容集匯欄目，通過(guò)知識(shí)科普觸及鋰電池技能動(dòng)態(tài)和相關(guān)市場(chǎng)領(lǐng)域。深耕于先進(jìn)固態(tài)鋰電工業(yè)研發(fā)，太藍(lán)力氣正當(dāng)時(shí)，并且將不斷發(fā)榮滋長(zhǎng)。
電是現(xiàn)代文明的血液，電能的利用是人類進(jìn)入現(xiàn)代化社會(huì)的標(biāo)志。電池作為一種能量轉(zhuǎn)化與貯存的設(shè)備，通過(guò)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。電流無(wú)形，帶來(lái)的現(xiàn)實(shí)力氣卻在轉(zhuǎn)化成有形的科技力氣，深藏著推動(dòng)社會(huì)開(kāi)展與技能革新的玄妙與法力。
根據(jù)咱們之前的《關(guān)于鋰電池的根底解讀》，本文傍邊所指的鋰離子電池特指可重復(fù)充電的二次鋰離子電池，而不是一次性電池。
當(dāng)今社會(huì)，每個(gè)人的生活都與鋰離子電池休戚相關(guān)，也有大量的工業(yè)類型是在研討鋰離子電池的產(chǎn)品使用。普通用戶，一般會(huì)把鋰離子電池直接叫作鋰電池，雖然兩者并不徹底等同，但鋰離子電池確實(shí)是當(dāng)前鋰電池的肯定主體。
(接上篇)
3.鋰離子電池的根本構(gòu)成
要完結(jié)上述的功能，鋰離子電池內(nèi)部需求包括幾種根本資料：正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)、隔閡、電解質(zhì)。
正負(fù)極能夠簡(jiǎn)略地進(jìn)行了解，想要完結(jié)電荷移動(dòng)，就需求存在電位差的正負(fù)極資料，那么什么是活性物質(zhì)?咱們知道，電池實(shí)際上是將電能和化學(xué)能彼此轉(zhuǎn)化，以完結(jié)能量的存儲(chǔ)和開(kāi)釋。要完結(jié)這個(gè)進(jìn)程，就需求正負(fù)極的資料很“簡(jiǎn)略”參與化學(xué)反應(yīng)，要生動(dòng)，要簡(jiǎn)略氧化和還原，從而完結(jié)能量轉(zhuǎn)化，所以咱們需求“活性物質(zhì)”來(lái)做電池的正負(fù)極。
鋰元素既然是咱們制造電池的優(yōu)選資料，那么為什么不相同用金屬鋰來(lái)做電極的活性物質(zhì)呢?這樣不是能夠到達(dá)最大的能量密度嗎?
還是依據(jù)上述例子，氧(O)、鈷(Co)、鋰(Li)三種元素構(gòu)成了十分安穩(wěn)的正極資料結(jié)構(gòu)，負(fù)極石墨的碳原子擺放也具有十分安穩(wěn)的層狀結(jié)構(gòu)。正負(fù)極資料不光要生動(dòng)，還要具有十分安穩(wěn)的結(jié)構(gòu)，才干完結(jié)有序的，可控的化學(xué)反應(yīng)。
不安穩(wěn)的成果是什么?想想汽油燃燒和炸彈爆炸，能量劇烈開(kāi)釋，這個(gè)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程實(shí)際上是無(wú)法人為去精確控制的，于是化學(xué)能變成了熱能，一次性把能量開(kāi)釋結(jié)束，而且不可逆。
金屬形態(tài)存在的鋰元素比較“生動(dòng)”，前期針對(duì)鋰電池的研討，確實(shí)是會(huì)集以金屬鋰或其合金作為負(fù)極這個(gè)方向，可是由于安全問(wèn)題杰出，不得不尋找其他更好的途徑。近年來(lái)，跟著人們對(duì)能量密度的尋求，這個(gè)研討方向又有與日俱新的趨勢(shì)。
為了完結(jié)能量存儲(chǔ)和開(kāi)釋進(jìn)程中的化學(xué)安穩(wěn)性，即電池充放電循環(huán)的安全性和長(zhǎng)壽命，咱們需求一種電極資料，在需求生動(dòng)的時(shí)分生動(dòng)，在需求安穩(wěn)的時(shí)分安穩(wěn)。
通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研討和探究，人們找到了幾種鋰的金屬氧化物，如鈷酸鋰、鈦酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元等資料，作為電池正極或負(fù)極的活性物質(zhì)，解決了存在的一些問(wèn)題。磷酸鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)也是一種十分安穩(wěn)的正極資料結(jié)構(gòu)，充放電進(jìn)程中鋰離子的脫嵌，并不會(huì)造成晶格坍塌。
而鋰金屬電池確實(shí)也是存在的，但與鋰離子電池相比，幾乎能夠忽略不計(jì)，技能的開(kāi)展，終究還是要服務(wù)于市場(chǎng)。鋰離子電池在提高了安穩(wěn)性問(wèn)題的一起，也帶來(lái)了嚴(yán)峻的“副作用”，便是作為能量載體的鋰元素占比大大下降，能量密度降了不止一個(gè)數(shù)量級(jí)，有得必有失。
負(fù)極一般挑選石墨或其他碳資料做活性物質(zhì)，也是遵從上述的準(zhǔn)則，既要求是好的能量載體，又要相對(duì)安穩(wěn)，還要有相對(duì)豐厚的儲(chǔ)量，便于大規(guī)模制造。碳元素便是一個(gè)相對(duì)優(yōu)解，當(dāng)然，這或許并不是唯一解，行業(yè)界針對(duì)負(fù)極資料的研討也很廣泛。
電解質(zhì)是什么作用呢?
淺顯的講，就像游泳池里面的“水”，讓鋰離子能夠自由的游來(lái)游去，所以呢，離子電導(dǎo)率要高(游泳的阻力小)，電子電導(dǎo)率要小(絕緣)，化學(xué)安穩(wěn)性要好(安穩(wěn)名列前茅)，熱安穩(wěn)性要好(為了安全動(dòng)身)，電位窗口要寬。
根據(jù)這些準(zhǔn)則，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的工程探究，人們找到了由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、和必要的增加劑等質(zhì)料，在必定條件下、按必定比例制造而成的電解質(zhì)。有機(jī)溶劑有PC(碳酸丙烯酯)，EC(碳酸乙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，DEC(碳酸二乙酯)，EMC(碳酸甲乙酯)等資料。電解質(zhì)鋰鹽有LiPF6，LiBF4等資料。
阻隔閡則是為了阻撓正負(fù)極資料直接觸摸短路而加進(jìn)來(lái)的，咱們期望把電池做的盡或許的小，存儲(chǔ)的能量盡或許的多，于是正負(fù)極之間的距離越來(lái)越小，短路成為一個(gè)巨大的危險(xiǎn)。
為了避免正負(fù)極資料短路，造成能量的劇烈開(kāi)釋，就需求用一種資料將正負(fù)極“阻隔”開(kāi)來(lái)，這便是阻隔閡的由來(lái)。
阻隔閡需求具有杰出的離子通過(guò)性，首要是給鋰離子敞開(kāi)通道，讓其能夠自由通過(guò)，一起又是電子的絕緣體，以完結(jié)正負(fù)極之間的絕緣。現(xiàn)在市場(chǎng)上的隔閡首要有單層PP，單層PE，雙層PP/PE，三層PP/PE/PP、以及陶瓷復(fù)合膜等。
4.鋰離子電池的完好資料構(gòu)成
除了文中說(shuō)到的4種首要資料之外，要想把鋰離子電池從實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)“樣品”變成一個(gè)能夠商業(yè)化使用的產(chǎn)品，還需求其他一些不可或缺的資料。
首要來(lái)看電池的正極，除了活性物質(zhì)之外，還有導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，以及用作電流載體的基體和集流體(正極一般是鋁箔)。粘結(jié)劑要把作為活性物質(zhì)的鋰金屬氧化物均勻的“固定”在正極基帶上面，導(dǎo)電劑則是為了增強(qiáng)活性物質(zhì)與基體的導(dǎo)電性，以到達(dá)更大的充放電電流，集流體擔(dān)任充任電池內(nèi)外部的電荷轉(zhuǎn)移橋梁。
負(fù)極的構(gòu)造與正極根本相同，需求粘結(jié)劑來(lái)固定活性物質(zhì)石墨，需求銅箔作為基體和集流體來(lái)充任電流的導(dǎo)體，但由于石墨自身具有杰出的導(dǎo)電性，所以負(fù)極一般增加少數(shù)或不增加導(dǎo)電劑資料。
除了以上資料外，一個(gè)完好的鋰離子電池還包括絕緣片、蓋板、泄壓閥、殼體(鋁，鋼，復(fù)合膜等)，以及其他一些輔助資料。
5.鋰離子電池的制造工藝
鋰離子電池的制造工藝比較復(fù)雜，此處僅就部分要害工序做簡(jiǎn)略描繪。
根據(jù)極片安裝方式的不同，一般有卷繞和疊片兩種工藝路線。
疊片工藝是將正極、負(fù)極切成小片與阻隔閡堆疊起來(lái)成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯(lián)起來(lái)，組成一個(gè)大電芯的制造工藝。其大體工藝流程如下：將涂布、烘干、輥壓后的極片按照必定的尺寸進(jìn)行模切，模切后的正負(fù)極片、隔閡通過(guò)疊片機(jī)進(jìn)行電池制備，制備完結(jié)后的電芯進(jìn)行極耳焊接、封裝，封裝完結(jié)后進(jìn)行電芯的烘烤、注液、封口、化成等工藝，此刻一個(gè)完好的鋰離子電芯就根本完結(jié)了，后續(xù)將進(jìn)行整形、功能測(cè)驗(yàn)、產(chǎn)品分級(jí)出貨等。
卷繞工藝是將正負(fù)極片、阻隔閡、正負(fù)極耳、維護(hù)膠帶、停止膠帶等物料固定在設(shè)備上，設(shè)備通過(guò)放卷完結(jié)電芯制造。與疊片工藝不同的是，卷繞電芯的制造進(jìn)程，需求將涂布、烘干、輥壓后的極片進(jìn)行分切進(jìn)程，分切是將極片做成條狀，然后按負(fù)極、隔閡、正極的順序經(jīng)卷繞得到卷繞電芯、后續(xù)工藝進(jìn)程和疊片共同。china5e
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電化學(xué)工業(yè)經(jīng)歷了長(zhǎng)足平妥的開(kāi)展進(jìn)程，大量的科研院所、企業(yè)機(jī)構(gòu)潛心研討，在前進(jìn)路途中不斷涉歷和試錯(cuò)，一起也貢獻(xiàn)了卓著的研討成果。時(shí)序更替，在此前長(zhǎng)達(dá)30年的時(shí)間里，鋰電池的根底體系根本堅(jiān)持相對(duì)平穩(wěn)的態(tài)勢(shì)。探究無(wú)限止、前進(jìn)疾兼程，現(xiàn)今的電池技能仍然在漸進(jìn)開(kāi)展，未來(lái)仍為可期。
「太藍(lán)鋰匯」是太藍(lán)新能源開(kāi)設(shè)的電池科普內(nèi)容集匯欄目，通過(guò)知識(shí)科普觸及鋰電池技能動(dòng)態(tài)和相關(guān)市場(chǎng)領(lǐng)域。深耕于先進(jìn)固態(tài)鋰電工業(yè)研發(fā)，太藍(lán)力氣正當(dāng)時(shí)，并且將不斷發(fā)榮滋長(zhǎng)。
電是現(xiàn)代文明的血液，電能的利用是人類進(jìn)入現(xiàn)代化社會(huì)的標(biāo)志。電池作為一種能量轉(zhuǎn)化與貯存的設(shè)備，通過(guò)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。電流無(wú)形，帶來(lái)的現(xiàn)實(shí)力氣卻在轉(zhuǎn)化成有形的科技力氣，深藏著推動(dòng)社會(huì)開(kāi)展與技能革新的玄妙與法力。
根據(jù)咱們之前的《關(guān)于鋰電池的根底解讀》，本文傍邊所指的鋰離子電池特指可重復(fù)充電的二次鋰離子電池，而不是一次性電池。
當(dāng)今社會(huì)，每個(gè)人的生活都與鋰離子電池休戚相關(guān)，也有大量的工業(yè)類型是在研討鋰離子電池的產(chǎn)品使用。普通用戶，一般會(huì)把鋰離子電池直接叫作鋰電池，雖然兩者并不徹底等同，但鋰離子電池確實(shí)是當(dāng)前鋰電池的肯定主體。
(接上篇)
3.鋰離子電池的根本構(gòu)成
要完結(jié)上述的功能，鋰離子電池內(nèi)部需求包括幾種根本資料：正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)、隔閡、電解質(zhì)。
正負(fù)極能夠簡(jiǎn)略地進(jìn)行了解，想要完結(jié)電荷移動(dòng)，就需求存在電位差的正負(fù)極資料，那么什么是活性物質(zhì)?咱們知道，電池實(shí)際上是將電能和化學(xué)能彼此轉(zhuǎn)化，以完結(jié)能量的存儲(chǔ)和開(kāi)釋。要完結(jié)這個(gè)進(jìn)程，就需求正負(fù)極的資料很“簡(jiǎn)略”參與化學(xué)反應(yīng)，要生動(dòng)，要簡(jiǎn)略氧化和還原，從而完結(jié)能量轉(zhuǎn)化，所以咱們需求“活性物質(zhì)”來(lái)做電池的正負(fù)極。
鋰元素既然是咱們制造電池的優(yōu)選資料，那么為什么不相同用金屬鋰來(lái)做電極的活性物質(zhì)呢?這樣不是能夠到達(dá)最大的能量密度嗎?
還是依據(jù)上述例子，氧(O)、鈷(Co)、鋰(Li)三種元素構(gòu)成了十分安穩(wěn)的正極資料結(jié)構(gòu)，負(fù)極石墨的碳原子擺放也具有十分安穩(wěn)的層狀結(jié)構(gòu)。正負(fù)極資料不光要生動(dòng)，還要具有十分安穩(wěn)的結(jié)構(gòu)，才干完結(jié)有序的，可控的化學(xué)反應(yīng)。
不安穩(wěn)的成果是什么?想想汽油燃燒和炸彈爆炸，能量劇烈開(kāi)釋，這個(gè)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程實(shí)際上是無(wú)法人為去精確控制的，于是化學(xué)能變成了熱能，一次性把能量開(kāi)釋結(jié)束，而且不可逆。
金屬形態(tài)存在的鋰元素比較“生動(dòng)”，前期針對(duì)鋰電池的研討，確實(shí)是會(huì)集以金屬鋰或其合金作為負(fù)極這個(gè)方向，可是由于安全問(wèn)題杰出，不得不尋找其他更好的途徑。近年來(lái)，跟著人們對(duì)能量密度的尋求，這個(gè)研討方向又有與日俱新的趨勢(shì)。
為了完結(jié)能量存儲(chǔ)和開(kāi)釋進(jìn)程中的化學(xué)安穩(wěn)性，即電池充放電循環(huán)的安全性和長(zhǎng)壽命，咱們需求一種電極資料，在需求生動(dòng)的時(shí)分生動(dòng)，在需求安穩(wěn)的時(shí)分安穩(wěn)。
通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研討和探究，人們找到了幾種鋰的金屬氧化物，如鈷酸鋰、鈦酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元等資料，作為電池正極或負(fù)極的活性物質(zhì)，解決了存在的一些問(wèn)題。磷酸鐵鋰的橄欖石結(jié)構(gòu)也是一種十分安穩(wěn)的正極資料結(jié)構(gòu)，充放電進(jìn)程中鋰離子的脫嵌，并不會(huì)造成晶格坍塌。
而鋰金屬電池確實(shí)也是存在的，但與鋰離子電池相比，幾乎能夠忽略不計(jì)，技能的開(kāi)展，終究還是要服務(wù)于市場(chǎng)。鋰離子電池在提高了安穩(wěn)性問(wèn)題的一起，也帶來(lái)了嚴(yán)峻的“副作用”，便是作為能量載體的鋰元素占比大大下降，能量密度降了不止一個(gè)數(shù)量級(jí)，有得必有失。
負(fù)極一般挑選石墨或其他碳資料做活性物質(zhì)，也是遵從上述的準(zhǔn)則，既要求是好的能量載體，又要相對(duì)安穩(wěn)，還要有相對(duì)豐厚的儲(chǔ)量，便于大規(guī)模制造。碳元素便是一個(gè)相對(duì)優(yōu)解，當(dāng)然，這或許并不是唯一解，行業(yè)界針對(duì)負(fù)極資料的研討也很廣泛。
電解質(zhì)是什么作用呢?
淺顯的講，就像游泳池里面的“水”，讓鋰離子能夠自由的游來(lái)游去，所以呢，離子電導(dǎo)率要高(游泳的阻力小)，電子電導(dǎo)率要小(絕緣)，化學(xué)安穩(wěn)性要好(安穩(wěn)名列前茅)，熱安穩(wěn)性要好(為了安全動(dòng)身)，電位窗口要寬。
根據(jù)這些準(zhǔn)則，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的工程探究，人們找到了由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、和必要的增加劑等質(zhì)料，在必定條件下、按必定比例制造而成的電解質(zhì)。有機(jī)溶劑有PC(碳酸丙烯酯)，EC(碳酸乙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，DEC(碳酸二乙酯)，EMC(碳酸甲乙酯)等資料。電解質(zhì)鋰鹽有LiPF6，LiBF4等資料。
阻隔閡則是為了阻撓正負(fù)極資料直接觸摸短路而加進(jìn)來(lái)的，咱們期望把電池做的盡或許的小，存儲(chǔ)的能量盡或許的多，于是正負(fù)極之間的距離越來(lái)越小，短路成為一個(gè)巨大的危險(xiǎn)。
為了避免正負(fù)極資料短路，造成能量的劇烈開(kāi)釋，就需求用一種資料將正負(fù)極“阻隔”開(kāi)來(lái)，這便是阻隔閡的由來(lái)。
阻隔閡需求具有杰出的離子通過(guò)性，首要是給鋰離子敞開(kāi)通道，讓其能夠自由通過(guò)，一起又是電子的絕緣體，以完結(jié)正負(fù)極之間的絕緣。現(xiàn)在市場(chǎng)上的隔閡首要有單層PP，單層PE，雙層PP/PE，三層PP/PE/PP、以及陶瓷復(fù)合膜等。
4.鋰離子電池的完好資料構(gòu)成
除了文中說(shuō)到的4種首要資料之外，要想把鋰離子電池從實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)“樣品”變成一個(gè)能夠商業(yè)化使用的產(chǎn)品，還需求其他一些不可或缺的資料。
首要來(lái)看電池的正極，除了活性物質(zhì)之外，還有導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，以及用作電流載體的基體和集流體(正極一般是鋁箔)。粘結(jié)劑要把作為活性物質(zhì)的鋰金屬氧化物均勻的“固定”在正極基帶上面，導(dǎo)電劑則是為了增強(qiáng)活性物質(zhì)與基體的導(dǎo)電性，以到達(dá)更大的充放電電流，集流體擔(dān)任充任電池內(nèi)外部的電荷轉(zhuǎn)移橋梁。
負(fù)極的構(gòu)造與正極根本相同，需求粘結(jié)劑來(lái)固定活性物質(zhì)石墨，需求銅箔作為基體和集流體來(lái)充任電流的導(dǎo)體，但由于石墨自身具有杰出的導(dǎo)電性，所以負(fù)極一般增加少數(shù)或不增加導(dǎo)電劑資料。
除了以上資料外，一個(gè)完好的鋰離子電池還包括絕緣片、蓋板、泄壓閥、殼體(鋁，鋼，復(fù)合膜等)，以及其他一些輔助資料。
5.鋰離子電池的制造工藝
鋰離子電池的制造工藝比較復(fù)雜，此處僅就部分要害工序做簡(jiǎn)略描繪。
根據(jù)極片安裝方式的不同，一般有卷繞和疊片兩種工藝路線。
疊片工藝是將正極、負(fù)極切成小片與阻隔閡堆疊起來(lái)成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯(lián)起來(lái)，組成一個(gè)大電芯的制造工藝。其大體工藝流程如下：將涂布、烘干、輥壓后的極片按照必定的尺寸進(jìn)行模切，模切后的正負(fù)極片、隔閡通過(guò)疊片機(jī)進(jìn)行電池制備，制備完結(jié)后的電芯進(jìn)行極耳焊接、封裝，封裝完結(jié)后進(jìn)行電芯的烘烤、注液、封口、化成等工藝，此刻一個(gè)完好的鋰離子電芯就根本完結(jié)了，后續(xù)將進(jìn)行整形、功能測(cè)驗(yàn)、產(chǎn)品分級(jí)出貨等。
卷繞工藝是將正負(fù)極片、阻隔閡、正負(fù)極耳、維護(hù)膠帶、停止膠帶等物料固定在設(shè)備上，設(shè)備通過(guò)放卷完結(jié)電芯制造。與疊片工藝不同的是，卷繞電芯的制造進(jìn)程，需求將涂布、烘干、輥壓后的極片進(jìn)行分切進(jìn)程，分切是將極片做成條狀，然后按負(fù)極、隔閡、正極的順序經(jīng)卷繞得到卷繞電芯、后續(xù)工藝進(jìn)程和疊片共同。china5e
