衡陽瑞達述簡析電池技術的原理

　　簡析電池技術的原理

　　鋰電池在傳統(tǒng)領域主要應用于數(shù)碼產品，在新能源長足發(fā)展的今天，普遍應用于動力電池、儲能領域。電池技術本身并不怎么高深莫測，基本原理就是氧化還原反應。但能量載體們涉及到的具體化學過程千變萬化。具體到實際應用中涉及到材料學、無機化學、有機化學、物理、表面、界面、熱力學、動力學、工程機械加工、電子電路技術等交織在一起的諸多問題。

　　鋰離子電池是一個復雜的體系，包含了正極、負極、隔膜、電解液、集流體和粘結劑、導電劑等，涉及的反應包括正負極的電化學反應、鋰離子傳導和電子傳導，以及熱量的擴散等。一般而言，鋰離子電池的開發(fā)分為幾個周期，首先是實驗室內的基礎研究，這一部分主要是適用扣式半電池，或者簡單的軟包電池，這一步主要的目的是測試材料和配方的性能，因為電池的結構沒有進行優(yōu)化，因此這里得到的結果并不能直接應用在生產上。

　　氧化還原反應在進行了實驗室級別的初步測試和評估后，好的材料和配方就會轉移到下一個階段——中試階段，在這一階段需要考慮電池的綜合性能，例如電池能量密度(正負極的涂布量)和快充、倍率等特性，并發(fā)現(xiàn)在大規(guī)模生產過程中可能面臨的工藝問題，及時做出調整。通過上述的過程，完善了電池配方和生產工藝后，成熟的產品才能最終投入正式生產。由于影響鋰離子電池性能的因素眾多，因此設計和生產或接的每一個參數(shù)都會對電池最終的電性能和安全性產生重大的影響，因此我們有必要深入了解材料、設計和工藝參數(shù)對于產品最終性能的影響。

　　電池材料選擇鋰電池原材料資源的開采、加工，主要有鋰資源、鈷資源和石墨。能量密度、成本、安全性、熱穩(wěn)定性、循環(huán)壽命是動力鋰電池的5個關鍵指標，三元材料，錳酸鉀與磷酸鐵鋰任何一個在這5個方面都不具有絕對優(yōu)勢，導致動力鋰電池極材料路線的差異。

　　一款電池的設計要首先從材料的選擇開始，需要根據(jù)目標需求，例如能量密度、倍率特性、循環(huán)壽命和安全等指標，選擇合適的材料。正極材料選擇方面，我們可以選擇橄欖石結構的LiFePO4，這種材料更加適合應用在對能量密度需求不高的大巴車上，此外還有高容量的層狀材料，例如NCM和NCM，這些材料更加適合應用在純電動汽車上，尖晶石結構的LiMN2O4則更加適合應用在混合動力汽車上。負極材料方面，石墨一直是鋰電池負極材料的不二選擇，事實上如果只考慮能量密度的話，金屬錫更適合作為負極材料。為了改善正負極的導電性，通常還需要在其中添加少量的導電劑，目前最常見的導電劑為炭黑類材料，碳纖維類材料，以及近幾年興起的碳納米管和石墨烯類材料。此外，為了將電極粘附在集流體的表面還需要添加1-4%的粘結劑，目前的粘結劑主要分為兩大類一類是油系粘結劑，另一大類是水系粘結劑。電池的四個部件非常關鍵：正極(放電為陰極)，負極(放電為陽極)，電解質，膈膜。正負極是發(fā)生化學反應的地方，重要地位可以理解。但是電解質有啥么用處?做功還很占重量。電池內部，金屬鋰在負極失去電子被氧化，成為鋰離子，通過電解質向正極轉移;正極材料得到電子被還原，被正極過來的鋰離子中和。電解質的理想作用，是運送且僅運送鋰離子。電池外部，電子從負極通過外界電路轉移到正極，中間進行做功。理想情況下，電解質應該是好的鋰離子的載體，但絕不能是好的電子載體。因此在沒有外界電路時，電子無法在電池內部從負極轉移到正極;只有存在外界電路時，電子轉移才能進行。

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