锂离子电池的结构以及分类介绍

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“锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M.S.WhitTIngham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。

锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

锂离子电池结构

锂离子电池是前几年出现的金属锂蓄电池的替代产品,电池的主要构成为正负极、电解质、隔膜以及外壳。

正极---采用能吸藏锂离子的碳极,放电时,锂变成锂离子,脱离电池阳极,到达锂离子电池阴极。

负极----材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物,如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物。

电解质---采用LiPF6的乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂和低粘度二乙基碳酸脂等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂体系。

隔膜---采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它们复合膜,尤其是PP/PE/PP三层隔膜不仅熔点较低,而且具有较高的抗穿刺强度,起到了热保险作用。

外壳---采用钢或铝材料,盖体组件具有防爆断电的功能。

“锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M.S.WhitTIngham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。

锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

锂离子电池结构

锂离子电池是前几年出现的金属锂蓄电池的替代产品,电池的主要构成为正负极、电解质、隔膜以及外壳。

正极---采用能吸藏锂离子的碳极,放电时,锂变成锂离子,脱离电池阳极,到达锂离子电池阴极。

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外壳的主流,锂电池铝壳目前还在向高硬度和轻重量的技术上演进,这将会为市场提供技术更加优越的锂电池产品。

在消费水平较高的地区,如欧美国家,软包锂电池包的使用占有优势。而在大部分发展中国家,如印度、中东等地区,铝壳电池则具有明显优势。

技术成熟度方面,铝壳技术已非常成熟,且对材料技术(如气胀率、膨胀率等指标)要求不高,业内不存在技术壁垒;软包锂电池目前尚有较多技术难题有待解决,尤其在电池循环膨胀指标上,大部分电芯厂仍未解决该问题。铝壳电池制造自动化程度高于锂电池包软包电池,因此,在一定程度上降低了人为因素对产品一致性影响,同时节省了人工成本。

制造成本来看,铝壳锂电池材料已完全国产化,而软包锂电池包用铝塑膜材料仍需进口,且铝壳电池对电池材料技术要求低于软包锂电池。因此,在同等容量下整体材料成本比软包锂电池低10%左右。此外,成品加工简单、可靠且成本优势明显。。此外,铝壳锂电池成品加工简单,Pack锂电池包可靠且成本优势明显。

软包锂电池主要面向中高端市场,单位产品的利润率较高,在同等产能条件下,相对利润高于铝壳锂电池,资金回报周期也短。由于铝壳电池易形成规模效应,产品合格率及成本易于控制,目前二者在各自市场领域均有可观的利润。

铝壳锂电池采用激光封口工艺,而软包锂离子电池采用热熔工艺,密封性上,铝壳电池优于软包锂离子电池,避免了封口处老化、漏气;软包锂离子电池的爆破压力远小于铝壳电池,由于采用铝塑复合膜包装,软包锂离子电池的机械强度不高,在出现安全事故如内短路等情况下,电池容易鼓起排气,降低了爆炸风险,而铝壳电池采用全密封工艺,同样条件下,气压不易排出,增大了安全隐患。

软包锂电池包的质量能量密度高于铝壳电池,同样体积的电池(2Ah~5Ah),软包锂离子电池要比铝壳锂电池轻10%-20%左右。锂电池软包在技术成熟度逐渐提升的条件下,具备替代铝壳锂电池的潜能,优势将进一步凸显。

26650锂电池 

锂电池的命名有两种基本方法,一种方法是取自锂电池正极材料,另一种是取自尺寸,这两种基本分类是从共性方面着手,具有一般特征。另外还有取自某种性能或应用的分类,是从个性方面着手,具有具体特征。

26650,取其严格定义是指单体电芯的尺寸为:直径26mm,高度65mm。这种圆柱体外观的尺寸各个厂家在实际生产中会略有差异,所谓:高矮胖瘦各不同,都叫26650。但是这个差异不会很大,直径都不会超过27mm,高度也都不会超过66mm。单体电芯配上支持系统投入使用,就是26650锂电池,如果是多个锂电芯或者锂电池组合在一起就叫锂电池组,更精确一点的说法是26650锂电池组。

与18650锂电池一样,26650锂电池也可以采用不同的正极材料,根据目前市场上的应用情况,基本的有26650三元锂电池和26650磷酸铁锂电池,二者的区别也是三元锂电池和磷酸铁锂电池的一般区别。前者的优势在于容量和电压平台高,后者的优势在于安全和启动电流高。结合26650锂电池多是应用于设备启动的实际状况,故以26650磷酸铁锂电池为主要应用,而且此类电池在安全性和价格方面的优势明显。

当前硫酸镍需求主要集中在电池和电镀行业。电池行业用镍分为两类,一是镍氢电池中的

锂电池材料

沫镍、储氢合金、球镍,二是锂电池中的三元材料前驱体。根据安泰科统计,硫酸镍消费结

构中三元前驱体占一半以上,达到 55%,主要用以提高三元材料的能量密度,而电镀、镍氢电池和其他应用占比分别为 19%、12%和 14%。随着电动车行业的发展以及动力电池的高镍化趋势,三元前驱体占比将进一步提高,从而提升硫酸镍的需求 。

2019 年三元前驱体产量中 8 系占比已有 11%,而 2020 年预计高镍占比进一步抬升达 22%,高镍化已成为三元锂电池的未来发展趋势。

审核编辑:符乾江

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