锂电池知识点

1/33员工培训学习问题1基本理论1.1电化学系统及电化学基本知识1.1.1什么是氧化还原反应？氧化反应和还原反应分别有什么特点？答：化学反应中化学元素因得失电子而化合价变化的反应为氧化还原反应。氧化反应失去电子，化合价升高；还原反应得到电子，化合价降低。电化学系统由哪几部分构成？个部分的作用是什么？答：阴极、阳极、电解质阴阳极作用：发生氧化还原反应电解质作用：传递离子电池的正负极如何判定？答：物理学上根据电源两电极电势的高低规定：电势高的电极为正极，电势低的电极为负极。万用表测量电芯电压，当电压大于零时，红笔接的是正极；电压小于零时，红笔接的是负极。1.1.2电化学系统中阴阳如何判断？充放电过程中阴阳极分别发生什么化学反应？答：发生氧化反应（失去电子）的电极是阳极，发生还原反应（得到电子）的电极是阴极。充电过程中LMO等（正极）失去电子，发生氧化反应是阳极；LiMO2-xe--xLi+Li1-xMO2石墨等（负极）得到电子，发生还原反应是阴极。6C+xe-+xLi+LixC6充电总反应：LiMO2+6CLi1-xMO2+LixC6放电过程中LMO等（正极）得到电子，发生还原反应是阴极；Li1-xMO2+xe-+xLi+LiMO2石墨等（负极）失去电子，发生氧化反应是阳极。LixC6-xe--xLi+6C放电总反应：Li1-xMO2+LixC6LiMO2+6C1.1.3什么是电子导体？通常是什么材料？有什么特性？在电化学系统中起什么作用？答：电之导体是能传导电子的物体。通常是金属或者石墨。有导电的特性。在系统中起传递或收集电子的作用1.1.4什么是离子导体？通常是什么材料？有什么特性？在电化学体系中起什么作用？答：离子导体是能传导离子的物体。通常是电解质溶液。在系统中起传递离子的作用1.1.5什么是原电池？由哪些基本因素构成？答：原电池是利用氧化还原反应将化学能转变成电能的装置。原电池由三个基本要素构成：1.要活性不同的两种金属或能导电的非金属作为两个电极；2.两个电极插入电解质溶液中形成闭合回路；3.能发生自发的氧化还原反应。1.1.6阿伏加德罗常数值是多少？其意义是什么？答：阿伏加德罗常数值NA=6.022*1023mol-1,其表示每摩尔物质含有的微粒数（正式定义：0.012kg碳12中包含的碳12原子的数量）。1.1.7一个电子所携带的电荷是多少？单位是什么？答：一个电子所带的电量为-1*e，单位为电荷，记为e=1.60*10-19C（C为库仑）。1.1.8什么是法拉第常数？其数值是多少？答：法拉第常数F表示每摩尔电子所携带的电荷，单位为C/mol，数值为NA*e=6.022*1023*1.6*10-19=96485≈96500。1.1.9什么是电流（或电流强度）？1安培电流的物理意义是什么？答：电流是电荷的定向移动，电流的大小称为电流强度（简称电流），等于某段时间内通过导体某一横截面的电量，单位为安培，记为A。1安培电流的物理意义是1秒内通过导体横截面的电量为1C，即1A=1C/S。1.1.10电量可以用两种单位来表示，是哪两种？两者之间的关系是什么？如何算出来的？答：电量的两种单位分别为C和mAh，1C=1A*1S=1000mA*1/3600h=5/18mAh。1.1.11什么是法拉第定律？答：法拉第定律：通过电极的电量正比于电极反应的反应进度与电极反应电荷数的乘积，Q=zF。其中，z为电极反应的电荷数（即转移电子数），取正值；为电极反应的反应进度。1.1.12什么是电化当量？答：电化当量是指在电镀过程中电极上通过单位电量时，电极反应形成产物的理论重量。2/331.1.13什么是阻抗？电池的阻抗由哪两部分组成？答：阻抗是电路中电阻、电感、电容对交流电的阻碍作用的统称。电池的阻抗由以电阻值为实部和电抗值为虚部所组成。阻抗Zm=R+Xj，其中电阻R=Zm*cosθ，电抗X=Zm*sinθ。1.1.14什么是电极电位？Li+|Li电极的点位是多少？答：电极电位是指金属作为电极浸入含本金属盐的溶液中，在电极表面形成双电层时，所测得的相对于参比电极的电位。Li+|Li电极的电位是-3.045V（相对于标准氢电极）。1.1.15原电池的电动势是怎么来的？答：原电池的两电极间的电势差产生了电动势。1.1.16什么是极化？电池极化有哪两种？答：当电流通过电极时，电极电位偏离其平衡电位的现象叫电极的极化。电池极化分为浓差极化和欧姆极化：浓差极化是反应物消耗引起电极表面得不到及时补充（或反应产物在电极表面积累，不能及时疏散），导致电极电势偏离通电前的平衡电极电势。欧姆极化是由于电解液、电极材料以及导电材料之间存在的接触电阻所引起的电极电势偏离通电前的平衡电极电势。1.2聚合物锂离子电池1.2.1什么是一次电池？有什么特征？答：一次电池：只能进行一次放电，不能进行充电而再利用的电池。其特征包含：只能使用一次，无法重复使用，自放电小等。1.2.2什么是二次电池？有什么特征？答：二次电池：可反复进行充电、放电，能多次使用的电池。其特征包含：可重复使用。1.2.3目前常用的二次电池有哪几种？答：镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、（无汞）碱锰电池和铅酸蓄电池。1.2.4描述聚合物锂离子电池的工作原理？写出充放电过程的化学反应方程式？答：充电过程中LMO等（正极）失去电子，发生氧化反应是阳极；LiMO2-xe--xLi+Li1-xMO2石墨等（负极）得到电子，发生还原反应是阴极。6C+xe-+xLi+LixC6充电总反应：LiMO2+6CLi1-xMO2+LixC6其中M表示Co、Ni、Mn……放电过程中LMO等（正极）得到电子，发生还原反应是阴极；Li1-xMO2+xe-+xLi+LiMO2石墨等（负极）失去电子，发生氧化反应是阳极。LixC6-xe--xLi+6C放电总反应：Li1-xMO2+LixC6LiMO2+6C1.2.5锂离子聚合物电池相对其它二次电池有什么优势？答：锂离子聚合物电池具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、对环境污染小、无记忆效应等优点。1.2.6正极材料的晶体结构是什么样的？充放电过程会发生什么变化？答：有六方晶型和尖晶石型结构;充放电过程中晶状结构将向不稳定的晶型变化。Li1-xCoO2+xLi++xe-1.2.7负极材料的晶体结构是怎样的？充放电过程会发生什么变化？答：负极材料晶体结构：1.六方形结构2.菱形结构充放电过程负极晶格基本保持不变，较稳定。层状结构/C+xLi++xe-LixC61.2.8什么是SEI膜？怎么形成的？有什么作用？化学成份是什么？答：在液态锂离子电池首次充放电过程中，负极材料与电解液在固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层，具有固体电解质的特征，是电子绝缘体却是Li+的优良导体，Li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出，因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”(SolidElectrolyteInterface)，简称SEI膜。SEI膜将电解液与高还原活性的阳极隔离，避免电解液的持续还原分解；SEI：在电芯首次充电过程中，会在阳极表面发生化学反应，形成一层电子绝缘，锂离子可导的钝化膜；SEI作用：对负极材料会产生保护作用，使石墨结构更加稳定，从而决定电芯的充放电，自放电，存储，循环寿命等性能；化学成分：其组成主要有各种无机成分如Li2CO3、LiF、Li2O、LiOH等和各种有机成分如ROCO2Li、ROLi和(ROCO2Li)2等。1.2.9Al很脆，弯折几次容易断，但锂离子电池却必须用Al来做极耳，为什么？答：锂离子电池阴极集流体一般采用Al箔，阴极极耳也采用铝材料，两者电极电位差异小，铝易被氧化在表面形成一层致密保护薄膜，在高电位条件下能防止进一步的腐蚀（被氧化），且其电导率高，成本低（铜或镍在高电位条件下易被氧化，且氧化膜疏松，无法阻止进一步氧化，该氧化层导电性差，从而造成阻抗增大）。3/331.2.10石墨（C）的理论容量是多少？如何计算得来？答：石墨（C）的理论容量是372mAh/g（LiC6：6个C原子能放出1个电子）石墨理论容量C0=26.8nm0/MAh=26.8*1*1/（6*12）*1000mAh/g≈372mAh/g理论容量C0=26.8nm0/MnAh其中：m0为活性物质完全反应的质量；M为活性物质的摩尔质量；n为反应得失电子数；26.8单位为Ah，由1摩尔电子电量/3600所得，6.02*1023*1.6*10-19/3600Ah得来1.2.11LiCoO2的理论容量是多少？如何计算得来？答：LiCoO2的理论容量是274mAh/gLiCoO2的理论容量C0=26.8nm0/MAh=26.8*1*1/97.87*1000mAh/g≈274mAh/g1.2.12什么是容量平衡（CellBalance或CB）？为什么要设置CB？一般设多少比较合适？答：容量平衡系数CellBalance=负极单位面积容量/正极单位面积容量。理论上要求任意时刻任意条件下电芯Cellbalance均不小于1，若CB小于1则阳极将因无法接收多余Li+而析锂；若CB值过大，则多余阳极造成空间浪费电芯超厚。目前ATL的Cellbalance一般取1.05~1.08。1.2.13举例说明1000mAh的电芯如何需要多少阳极浆料和阴极浆料？答：阴极浆料重量=容量/活性物质克容量/活性物质含量/浆料固含量例如1000mAh，阴极活性物质克容量160mAh/g，浆料固含量72%，需要1000/160/72%=8.68g阳极浆料重量=容量/活性物质克容量*CB//活性物质含量/浆料固含量例如1000mAh，阳极活性物质克容量355mAh/g，浆料固含量50%,电池CB值1.10（阳极和阴极容量比），1000/355*1.1/50%=6.197g1.3电池性能参数1.3.1电池的阻抗由那几部分组成？在什么条件下测试？答：电池内阻由欧姆内阻和极化内阻组成；。由于施加的交流电流小，不仅能够保持电池性能完好无损，测试过程快速，且不用脱机就可实现电池内阻在线测量,所以一般选用交流法对电池进行内阻测试1.3.2什么是开路电压？开路电压和什么有关？答：开路电压（OpenCircuitVoltage）:电芯在开路状态下（无负荷）正负极两端的电压。电芯的开路电压与电芯正负极、电解液材料有关。1.3.3什么是工作电压？工作电压和什么有关？答：工作电压（WorkingVoltage）：电芯有负荷时正负极两端的电压（纯电阻负荷情况下工作电压=UR/（R+r），其中U为开路电压，r为电芯内阻，R为负荷内阻）。工作电压与电芯正负极、电解液材料、电芯内阻、负载有关。1.3.4充电方法通常有哪两种？分别给予描述。答：充电方式有恒流充电、恒压充电；恒流充电即充电过程保持电流不变，通过外接可变内阻使得电芯进行充电；恒压充电即恒定充电电压，该过程电流将随充电时间加长，电流减小，知道电流为O或设置的充电时间达到充电过程才结束。1.3.5放电方法有哪几种？分别描述之。答：放电分为恒流放电和恒阻放电；恒流放电即放电过程中电芯的电流不变，通过外接可变内阻使得电芯的电压下降；达到下限电压；恒阻放电即外加内阻不变的情况下，电芯的电压下降。1.3.6什么是终止电压？终止电压如何确定？答：终止电压即电芯结束工作的电压；当电芯经过充放电形式得到设置的上、下限电压后，该电芯的电压即为此时的终止电压；1.3.7放电电流如何表示？什么是倍率放电？举例说明。答：放电电流根据电池的标称容量来表示，倍率放电中倍率指的是放电电流的大小/标称容量；例：1000mah容量的电芯采用0.5C放电，0.5C即为放电的电流，0.5为容量的倍率，该换算过程中，不考虑单位，只表示数值。1.3.8电池的容量如何定义？有哪几种容量定义？分别是如何计算的？答：电池容量即该电芯设计后所具有的容量；有以下几种容量：1.标称容量2.设计容量3.实际容量标称容量为根据客户需要，理论设计所需要达到的容量；设计容量指