简析电池技术的原理-瑞达国际集团

　　简析电池技术的原理

　　锂电池在传统领域主要应用于数码产品，在新能源长足发展的今天，普遍应用于动力电池、储能领域。电池技术本身并不怎么高深莫测，基本原理就是氧化还原反应。但能量载体们涉及到的具体化学过程千变万化。具体到实际应用中涉及到材料学、无机化学、有机化学、物理、表面、界面、热力学、动力学、工程机械加工、电子电路技术等交织在一起的诸多问题。

　　锂离子电池是一个复杂的体系，包含了正极、负极、隔膜、电解液、集流体和粘结剂、导电剂等，涉及的反应包括正负极的电化学反应、锂离子传导和电子传导，以及热量的扩散等。一般而言，锂离子电池的开发分为几个周期，首先是实验室内的基础研究，这一部分主要是适用扣式半电池，或者简单的软包电池，这一步主要的目的是测试材料和配方的性能，因为电池的结构没有进行优化，因此这里得到的结果并不能直接应用在生产上。

　　氧化还原反应在进行了实验室级别的初步测试和评估后，好的材料和配方就会转移到下一个阶段——中试阶段，在这一阶段需要考虑电池的综合性能，例如电池能量密度(正负极的涂布量)和快充、倍率等特性，并发现在大规模生产过程中可能面临的工艺问题，及时做出调整。通过上述的过程，完善了电池配方和生产工艺后，成熟的产品才能最终投入正式生产。由于影响锂离子电池性能的因素众多，因此设计和生产或接的每一个参数都会对电池最终的电性能和安全性产生重大的影响，因此我们有必要深入了解材料、设计和工艺参数对于产品最终性能的影响。

　　电池材料选择锂电池原材料资源的开采、加工，主要有锂资源、钴资源和石墨。能量密度、成本、安全性、热稳定性、循环寿命是动力锂电池的5个关键指标，三元材料，锰酸钾与磷酸铁锂任何一个在这5个方面都不具有绝对优势，导致动力锂电池极材料路线的差异。

　　一款电池的设计要首先从材料的选择开始，需要根据目标需求，例如能量密度、倍率特性、循环寿命和安全等指标，选择合适的材料。正极材料选择方面，我们可以选择橄榄石结构的LiFePO4，这种材料更加适合应用在对能量密度需求不高的大巴车上，此外还有高容量的层状材料，例如NCM和NCM，这些材料更加适合应用在纯电动汽车上，尖晶石结构的LiMN2O4则更加适合应用在混合动力汽车上。负极材料方面，石墨一直是锂电池负极材料的不二选择，事实上如果只考虑能量密度的话，金属锡更适合作为负极材料。为了改善正负极的导电性，通常还需要在其中添加少量的导电剂，目前最常见的导电剂为炭黑类材料，碳纤维类材料，以及近几年兴起的碳纳米管和石墨烯类材料。此外，为了将电极粘附在集流体的表面还需要添加1-4%的粘结剂，目前的粘结剂主要分为两大类一类是油系粘结剂，另一大类是水系粘结剂。电池的四个部件非常关键：正极(放电为阴极)，负极(放电为阳极)，电解质，膈膜。正负极是发生化学反应的地方，重要地位可以理解。但是电解质有啥么用处?做功还很占重量。电池内部，金属锂在负极失去电子被氧化，成为锂离子，通过电解质向正极转移;正极材料得到电子被还原，被正极过来的锂离子中和。电解质的理想作用，是运送且仅运送锂离子。电池外部，电子从负极通过外界电路转移到正极，中间进行做功。理想情况下，电解质应该是好的锂离子的载体，但绝不能是好的电子载体。因此在没有外界电路时，电子无法在电池内部从负极转移到正极;只有存在外界电路时，电子转移才能进行。