鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:7147次 | 2019年05月20日
鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理
最近,鋰離子電池以不可思議的速度流行開來(lái)。不管是在筆記本電腦,掌上電腦,仍是手機(jī)和iPod上,你都能發(fā)現(xiàn)它們的存在,而其如此常見(jiàn)的原因在于它是目前現(xiàn)有的電力最足可再充電的電池之一。
最近,鋰離子電池也出現(xiàn)在了新聞中,而這是因?yàn)檫@些電池具有偶然迸宣布火花的才能,這并不是很常見(jiàn),每百萬(wàn)組電池中大約只要兩到三組會(huì)出現(xiàn)此問(wèn)題,但是,這一問(wèn)題發(fā)作,便是極端事件。一些情況下,失敗率會(huì)上升,當(dāng)這一情況發(fā)作時(shí),電池制作商會(huì)丟失數(shù)百萬(wàn)美元在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行電池召回。
所以,問(wèn)題在于,是什么使得這些電池如此電力充足如此受歡迎?它們?cè)趺幢懦龌鸹??你能采納什么措施來(lái)防范這一問(wèn)題的發(fā)作或是連續(xù)電池的運(yùn)用時(shí)間?在這篇文章中,咱們將會(huì)回答相關(guān)問(wèn)題,包括上述問(wèn)題。
鋰離子電池受歡迎是因?yàn)樗鼈冊(cè)诟?jìng)爭(zhēng)科技中具有大量重要優(yōu)勢(shì):
·一般,它們比同分量的其他品種的可再充電電池分量上輕很多。鋰離子電池的電極由分量輕的鋰和碳制成。鋰是一種具有高度活性的物質(zhì),意味著大量能量能夠被貯存在其原子鍵中,使得鋰離子電池能量密度非常之高。直觀來(lái)說(shuō),1千克的鋰離子電池能夠?qū)嵺`貯存150安時(shí)電能,而每千克鎳氫電池只能貯存100安時(shí)電能,其中只要60至70安時(shí)的實(shí)踐儲(chǔ)電量。而鉛酸電池每千克只能容納25安時(shí)。運(yùn)用6千克的鉛酸電池才能容納與1千克的鋰離子電池相同的電量,差異之大,清楚明了。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
·鋰離子電池的荷電堅(jiān)持才能強(qiáng)。一塊鋰離子電池每月差不多僅僅自放電5%,而鎳氫電池每月的自放電為20%。
·鋰離子電池不具有記憶特性,這意味著其不像其他化學(xué)電池那樣將電全部耗盡后才能充電。
·鋰離子電池能夠適用數(shù)百種充電循環(huán)。
但是,鋰離子電池并不是完美無(wú)瑕的,它們也有自己的缺陷:
·鋰離子電池一旦離開工廠就會(huì)開端降解,不管是否運(yùn)用,從制成日期開端計(jì)算,它們只能繼續(xù)兩到三年時(shí)間。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
·鋰離子電池關(guān)于高溫極端靈敏,高溫會(huì)使電池組以更快的速度降解。
·假如完全耗光鋰電池的電,那這塊鋰電池就沒(méi)報(bào)廢了。
·鋰離子電池自帶計(jì)算機(jī)來(lái)辦理電池,這會(huì)進(jìn)一步提高其價(jià)格。
·有一個(gè)很小的或許性便是:假如鋰離子電視損壞,會(huì)開釋出火花。
經(jīng)過(guò)觀察鋰電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì),上述很多特征都能比較直觀的反映出來(lái)。接下來(lái)讓咱們來(lái)看一看。
鋰離子電池內(nèi)部組成
鋰離子電池組外部的形狀尺度各種各樣,但是內(nèi)部卻都是一樣的。假如你將筆記本電腦的電池組拆下來(lái)的話——咱們不主張這么做,因?yàn)檫@樣或許會(huì)縮短電池運(yùn)用壽數(shù)和起火——你會(huì)發(fā)現(xiàn):
·鋰離子電池的形狀能夠是和五號(hào)電池如出一轍樣的圓柱形,也能夠是正方形或長(zhǎng)方形的棱柱形。
·內(nèi)部計(jì)算機(jī),包括:
·至少一個(gè)溫度傳感器監(jiān)測(cè)電池溫度
·一個(gè)電壓變換器和調(diào)整電路以堅(jiān)持電壓和電流的安全值
·一個(gè)有防護(hù)外殼的連接器,用于電池組內(nèi)的能量與信息的進(jìn)出傳送
·一個(gè)電壓開關(guān),監(jiān)測(cè)電池組內(nèi)電池的容量
·一個(gè)電池充電狀態(tài)監(jiān)測(cè)器,即一個(gè)小型計(jì)算機(jī),對(duì)整個(gè)充電過(guò)程進(jìn)行辦理以確保電池充電盡快充滿。
假如電池在充電或運(yùn)用期間過(guò)程,計(jì)算機(jī)就會(huì)關(guān)閉電流以冷卻電池;假如你將筆記本電腦放在了一個(gè)溫度過(guò)高的車內(nèi)并試圖運(yùn)用電腦,這個(gè)計(jì)算時(shí)機(jī)使得直到設(shè)備冷卻后才開機(jī);假如電池電量被完全耗盡,因?yàn)殡姵匾驯粨p壞,因而無(wú)法再運(yùn)用。計(jì)算機(jī)還會(huì)繼續(xù)監(jiān)測(cè)充電與耗電循環(huán)并宣布訊息,因而,筆記本電腦電池的充放電安時(shí)計(jì)會(huì)告知你電池還剩多少電。
這個(gè)小型計(jì)算機(jī)十分復(fù)雜,從電池內(nèi)部獲取能量,而這種能量吸取即是鋰電池閑置不用時(shí)每月會(huì)有5%耗電丟失的僅有原因。
鋰離子電池
大多數(shù)電池的外殼都是由金屬制作而成。因?yàn)殡姵厥敲芊獾?,此處金屬的運(yùn)用尤其重要。這層金屬外殼上有一種壓力靈敏通風(fēng)孔。假如電池過(guò)熱有受壓過(guò)大而爆破的風(fēng)險(xiǎn),這一通風(fēng)孔會(huì)開釋額外壓力,此后,電池或許不能再運(yùn)用,因而這一壓力開釋應(yīng)該盡量被防止。通風(fēng)孔只是作為一個(gè)安全措施,而防止電池過(guò)熱的正溫度系數(shù)開關(guān)也是如此。
金屬外殼由以下三個(gè)薄片限制而成的長(zhǎng)螺旋組成:
·一個(gè)正極
·一個(gè)負(fù)極
·一個(gè)別離器
在金屬外殼內(nèi)部,以上3個(gè)薄片浸泡在作為電解質(zhì)的溶劑中,一般運(yùn)用乙醚作為電解液。
別離器是一塊非常薄的有微型孔的塑料薄片,正如其名,其將正負(fù)極別離開來(lái),只容許離子經(jīng)過(guò)其中。
正極由鈷酸鋰(LiCoO2)制成,負(fù)極由碳制成。電池充電時(shí),鋰離子在電解質(zhì)中移動(dòng),由正極通向負(fù)極并附著到碳上,放電時(shí),鋰離子由碳返回至鈷酸鋰。
這些鋰離子的運(yùn)動(dòng)在適當(dāng)高的電壓下進(jìn)行,每個(gè)電池發(fā)生3.7伏電壓,與一般在超市買到的5號(hào)堿性電池的1.5伏比較,要高得多,使得鋰電池在一些比如手機(jī)之類的小型設(shè)備中更兼容。
下面,咱們來(lái)看看怎么延長(zhǎng)鋰電池的壽數(shù),了解為什么它們會(huì)爆破。
鋰離子電池的運(yùn)用周期
鋰離子電池價(jià)格昂貴,所以假如你想要運(yùn)用時(shí)間更長(zhǎng)的話,就要將下面這些事銘記在心:
·化學(xué)性質(zhì)上,與深度放電比較,鋰離子更傾向于部分放電,所以,不要將鋰電池的電完全耗盡。因?yàn)殇囯x子并沒(méi)有“記憶特性”,部分耗電不會(huì)對(duì)電池形成損壞。而假如鋰離子電池的電壓低于特定水平,就不能再運(yùn)用了。
·鋰離子電池的“年齡”。鋰離子電池,即使放著不用,一般也只能繼續(xù)2-3年。所以,別想著把電池放著不用的話電池就能運(yùn)用5年了,不會(huì)的。相同,假如你買了新電池,你會(huì)想要它是全新的,假如它已經(jīng)在商鋪的架子上放了1年了,也就不會(huì)繼續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間了。生產(chǎn)日期是很重要的。
·防止高溫,會(huì)降解電池。
電池爆破
現(xiàn)在,咱們知道了怎么延長(zhǎng)鋰離子電池的作業(yè)時(shí)間,接著讓咱們看看它們?yōu)槭裁磿?huì)爆破。
假如電池變得足夠熱而點(diǎn)燃電解質(zhì),就會(huì)起火了。網(wǎng)頁(yè)上有關(guān)于這些起火的嚴(yán)重性的視頻和圖片。CBC的文章“爆破筆記本電腦之夏”介紹了幾起此種事故。
此類火災(zāi)的發(fā)作一般是由電池內(nèi)部短路引起的。從前述部分咱們知道,鋰電池內(nèi)部有一個(gè)將正負(fù)極別離開來(lái)的別離器。假如別離器有穿孔,正負(fù)極觸摸在一起,電池會(huì)被很快加熱。假如你曾將一節(jié)9伏電池放在口袋里的話,你或許感觸到過(guò)這種熱度。假如一枚硬幣很快經(jīng)過(guò)南北極的話,電池也會(huì)很快生熱。
別離器的損壞也會(huì)引致同種短路在鋰電池內(nèi)部發(fā)作。因?yàn)殇囯x子電池能量大,所以會(huì)變得非常熱。熱量使得電池排出作為電解質(zhì)的有機(jī)溶液,熱量(或附近的火星)將其引燃——一旦在電池內(nèi)部發(fā)作,火的熱量擴(kuò)散至其他離子,整個(gè)電池組都會(huì)燃燒。
注意到起火是稀有的這一點(diǎn)是很重要的。當(dāng)然,只需要幾回起火和一些媒體報(bào)道,人們就會(huì)回想起這一點(diǎn)。
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