锂离子电池隔膜的作用及对其要求

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锂离子电池隔膜的作用及对其要求

锂离子电池隔膜的作用及对其要求
隔膜是锂离子电池的重要组成部分,隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性。下面由电池之都为大家讲解锂离子电池隔膜的作用及对其要求:
锂离子电池隔膜的作用
隔膜是锂离子电池的重要组成部分,它位于电池内部正负极之间,保证锂离子通过的同时,阻碍电子传输。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
锂离子电池对隔膜的要求包括:
(1)具有电子绝缘性,保证正负极的机械隔离;
(2)有一定的孔径和孔隙率,保证低的电阻和高的离子电导率,对锂离子有很好的透过性;
(3)耐电解液腐蚀,有足够的化学和电化学稳定性,这是由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物;
(4)具有良好的电解液的浸润性,并且吸液保湿能力强;
(5)力学稳定性高,包括穿刺强度、拉伸强度等,但厚度尽可能小;
(6)空间稳定性和平整性好;
(7)热稳定性和自动关断保护性能好;
(8)受热收缩率小,否则会引起短路,引发电池热失控。除此之外,动力电池通常采用复合膜,对隔膜的要求更高。
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新型21700圆柱锂离子电池的优势
锂电池具有体积小、容量大、重量轻等优点,被广泛应用于手机、电脑、家电、电动汽车和储能市场等众多领域,不断焕发出旺盛的生命力。为了适应电动汽车对更长续行里程的要求,为提高车辆电池空间有效利用率,而开发出的新型号。同种材料,21700相比常见的18650圆柱锂电池,容量可以高35%以上。下面由电池之都为大家讲解新型21700圆柱锂离子电池的优势:
新型21700具有四大显著的优势:
(1)电池单体容量提升35%。以特斯拉生产的21700电池为例,从18650型号切换至21700型号后,电池单体电池容量可以达到3~4.8Ah,大幅提升35%。
(2)电池系统能量密度提升约20%。特斯拉披露的数据来看,早期使用的18650电池系统能量密度约250Wh/kg,后来其生产的21700电池系统能量密度在300Wh/kg左右,21700电池的体积能量密度比原有的18650高出近20%。
(3)系统的成本预计下降9%左右。从特斯拉披露的电池价格信息分析,21700电池的动力锂电池系统售价为170美元/Wh,而18650电池系统的售价为185美元/Wh。在Model3上使用21700电池后,仅电池系统成本就可以下降约9%。
(4)系统的重量预计下降10%左右。21700整体体积大于18650,随着单体容量提升后,单体能量密度更高,所以同等能量下所需电池单体的数量可减少约1/3,在降低系统管理难度的同时也将减少电池包采用的金属结构件及电气配件的数量,这进一步降低了电池的重量。三星SDI改用一套新型21700电池之后,发现系统相比目前的电池减少10%重量。
保持了18650型电池所具有的高可靠性和稳定的性能,21700电池性能在各方面均比18650有较大提升。此外,相较于其他电池型号,21700从电池原材料选用、制作工艺和技术流程等方面,都和技术较成熟的18650电池相似。因此18650与21700的产线大部分可以兼容,部分企业比较稳妥的办法是在生产线上做文章,将生产线向21700和18650兼容上靠拢。
动力电池追求高比能已成不可逆的趋势,众多电池企业开始把目光转向布局21700电池。一些企业的生产线从国外进口,但组装上都是自己进行,因此可以投入较少的成本实现18650向21700的转化。
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电池之都之用于小型电器的功率型锂离子电池
随着电子产品的发展,特别是电子产品小型化、轻型化、便携化的发展趋势,对锂离子电池也提出了更高的要求。下面由电池之都讲解用于小型电器的功率型锂离子电池:
虽然镍氢电池高倍率放电研究发展较早,但其电压较低,质量比容量和体积比容量与锂离子电池相比均较低,因此,在一些对电池电压、质量、体积等要求严格的电器中,对锂离子电池给予厚望,如电动工具、电动玩具。
目前使用在电动工具上的电池基本上均为镍镉、镍氢电池,单体电压为1.2V,因此根据电动工具所需工作电压的不同,其电池一般由6~15个单体电池串联而成,电池组电压为7.2~18V。表1.3列出了目前主流的电动工具所使用的电池的基本情况。与镍氢、镍镉电池相比,锂离子电池的工作电压为3.6V,这相当于是Ni-MH和Ni-Cd电池工作电压的3倍,也接近铅酸电池的2倍,单体电池的电压越高,在相同电压的电池组中所需要串联的单体电池个数也就越少;其次,单一直接的电化学反应机理使得锂电池拥有高的能源效率,也就是说,在锂离子电池的电极反应中,副反应发生较少,在通常的充放电倍率下,锂离子电池的能源效率可以很容易就达到95%以上,一般锂离子电池的能量密度为铅酸、镍镉电池的2~3倍,这对于将锂离子电池使用在便携式的电动工具上来说是有益的。但是,电动工具上的电池除了满足一般技术性能要求外,最为重要的是满足长期适应大电流放电的特殊要求。不仅具有超高倍率的放电能力,而且经反复大电流放电仍能保持一定的循环寿命周期。此外,电动玩具市场也对锂离子电池提出了特殊要求,如电动航模飞机需要能够10C连续放电,电动野战仿真枪则要求锂离子电池能够达到10C连续放电,12C瞬间放电的要求。
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