一、 電池的發展史

1.1859年普萊得(植物)試制成功化成式鉛蓄電池，電池進入了萌芽狀態。

2.1868年勒克朗謝(Leclanche'—法國)研制成以NH4Cl為鈷的鋅-二氧化錳電池。

3.1895年瓊格(Junger)發明了鎳-鎳蓄電池。

4.1900年愛迪生(Edison)創制了鐵-鎳蓄電池。

5.1960年代Zn-MnO2電池(以KOH / NaOH為氧化物);主鋰金屬電池(美國/日本/法國)

6.1980年代鎳鉻，鋰電池

7.1990年代鋰離子聚合物電池

8. 1996年聚合物鋰離子電池(LiMn2O4 / LiCoO2 /石墨)

電池的發展是和社會的進步，科學技術的發展分不開的，同時電池的發展也推動了科學技術和生產的發展。

二，電池的定義及分類

1.定義

電池-一種將化學能轉化為電能的裝置。

鋰電池是用金屬鋰作為負極活性物質的電池的總稱量。

聚合物鋰離子電池---電池的正極/負極/聚合物的主要構造中至少有一個使用高分子材料作為其主要基質的二次電池系統。

2.分類

1>一次電池

2>二次電池

1>基線

活性物質--- LiMn2O4 / LiCoO2等

粘合劑--PVDF聚合物等

導電劑---炭黑等

增塑劑--DBP / DDP等(為了使電池容納足夠的氧化劑，要用萃取的方式把增塑劑萃取出來，在膜片上形成孔洞，作為存放和Li +的通道)

集電器-鋁箔/網格

2>尼龍

活性物質---石墨/硬碳等

粘合劑--PVDF聚合物; SBR等

導電劑-炭黑等

增塑劑--DBP / DDP等

集電器-銅箔/網格

集流體是金屬(Al / Cu)，不能與膜片(陰/陽極膜)很好的附著，所以在集流上也要加吸附劑和碳墨(導電劑)，并用丙酮制漿，處理集流體。----網格處理

3>釩

鋰鹽--LiPF6 / LiBF4 / LiClO4

有機溶劑--- EC / DMC / DEC

需求：

-高離子電導率

---化學/電化學穩定

---良好的LT / HT性能

4>隔離膜

粘合劑/增塑劑/溶劑(丙酮)

5>結構

電池由電極，電解質，隔離膜及外殼組成。

— +

離子：(分為正離子或負離子)，由失去或得到電子的原子或原子團構成;

氧化反應：(如上圖)失去電子為氧化反應;

還原反應：(如上圖)得到電子為還原反應。

再看鋰原子的電子分布(1S22S1)，2S1層是半充滿，轉換軌道中的電子極易丟失而發生氧化反應，這樣鋰的化學性質就非常活潑。同時，鋰失去/得到電子的過程中，有電子的轉移同時伴隨能量的轉移，對鋰而言，得到電子(充電)為儲存能量，失去電子(放電)為釋放能量。

2>鋰/石墨的化學性質

鋰位于元素周期表第一族主族的第一位，在已知的金屬中具有最輕的原子量(6.94)及最負的標準電極電位(-3.045V)，因此與適當的少量材料匹配構成的鋰電池，具有能量密度大，電池電壓高的性能，性能，鋰電池還具有放電電壓穩定，工作溫度范圍寬(能在-40?+ 50℃的環境中工作)，低溫性能好，儲存壽命長等優點。鋰是非常活潑的金屬，與水發生強烈反應，在自然界中不可能以單質的狀態存在。

由于鋰的化學性質，它很適合做電池材料，用鋰做電池的原理如下：

電子在導線內和用電器中流動，電池內部以離子導電方式導電。如陰/陽極直接接觸，就構成電子通路，造成短路，所以要在陰/陽極之間加上隔離膜。

四，相關術語

1.電極(電極)

活性物質是指正，長期中參加成流反應的物質，是化學電源產生電能的源泉，是決定化學電源基本特性的重要部分。

2.能量(energy)及比能量

通常用瓦時(Wh)表示。比能量是指單位重量或單位體積的電池所產生的能量，也叫重量比能量或體積比能量，也稱能量密度，常用Wh / kg或Wh / L表示。

3.功率(power)及比功率

電池的功率是指在一定的放電條件下，單位時間內電池輸出的能量，單位為瓦(W)或千瓦(KW)。單位重量或單位體積的電池輸出功率稱為比功率，其大小表征電池所能承受的工作電流的大小。

4.容量(capacity)

例如：160mAh —代表電池在負載情況下，以160mAh恒流放電，大約可放1小時。以同一負載，用80mA恒流放電，大約可放2小時。

5. C費率

在不同電流下能放出的能量，一般而言，電芯都需要測試在不同恒流情況下的放電性能。一般分為以下兩種：0.2C，0.5C，1C，2C。

以容量1600mAh電池為例：

6.循環壽命

基本是將電芯通過多次充放及以電芯容量降到80%為測試點。電芯經過每一次充放都會有能量損失。 (常數，熱能)因此會造成容量損失，而循環壽命的標準就是以1C恒流充放。當電芯經多次充放而容量降到原本的80%時，我們以此點作為檢查點，檢查電芯在此狀態下的循環數。而好的電芯，一般情況下能以1C恒流充放多次，到達300個循環時亦有大約百分之八十的容量。

7.內阻(阻抗)

電池內阻指的是電流通過電池時所受到的約束，包括歐姆電阻和電極在電化學反應時所表現的轉變穿透兩部分。

歐姆內阻主要由電極材料，鎢，隔離膜的電阻及各部分的接觸電阻組成，從而仍與電池的尺寸，結構，裝配等因素有關。

極性內阻指電池的極性與末端在進行化學反應時轉變所引起的內阻，與活性物質的本性，電極的結構，電池的制造工藝有關，特別是與電池的工作條件密切相關。

總之，內阻是決定電池性能的一個重要指標，它直接影響電池的工作電壓，工作電流，輸出的能量與功率，對于一個實用的電池，其內阻越小越好。

8.開路電壓(OCV-開路電壓)&工作電壓(Work Voltage)

開路電壓指外線路中沒有電流通過時，電池兩極之間的電位差。

工作電壓又稱放電電壓或端電壓，指有電流通過外線路時電池兩極之間的電位差。

工作電壓總是低于開路電壓。

9.化成(形成)

化成是電池的初使化，因為在Li +第一次充電時，Li +第一次插入到石墨中，會在電池內發生電化學反應。即第一次充電時，會形成SEI(固體電解質界面固態層，SEI層包在石墨層外部，讓Li +順利地插入石墨中，但不讓電子通過，而SEI層的形成是EC + Li + eàLiR+ CO2(產生氣體，所以化成時需要氣囊)，其形成一定要有電子參與，所以當SEI Layer足夠厚時，反應停止，SEI Layer對電池電性有重要影響。所以電池Formation的流程非常重要。

五，聚合物鋰離子電池的優缺點

1.優點

1>高容量

鎳鉻電池最大2?3倍：6000mAh

2>高密度

鎳鉻電池170?200Wh / kg的2?3倍

3>高工作電壓

3.6V，是鎳鉻電池的3倍

4>長壽命(> 1000次)

5>無記憶效應

6>自放電少

7>靈活

8>安全----無金屬鋰;無泄漏;沒有火;無毒更少的污染;如果過度充電，則安全。

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