锂离子电池电极材料结构图
锂离子电池三电极制作
锂离子电池三电极制作
锂离子电池的三电极包括正极、负极和隔膜。
1. 正极：
正极通常由锂化合物（如LiCoO2、LiFePO4等）和导电剂（如碳黑）组成。
首先，将锂化合物和碳黑混合，并在此基础上添加粘合剂（如PVDF），形成均匀的浆料。
然后，将浆料在导电铝箔片上涂布，并在室温下烘干，形成正极片。
2. 负极：
负极主要由石墨材料组成。
首先，将石墨粉末与粘结剂混合，形成糊状浆料。
然后，将浆料涂布在铜箔片上，并进行烘干，形成负极片。
3. 隔膜：
隔膜通常由聚合物材料制成，目的是隔离正极和负极，防止直接接触。
隔膜表面具有微孔结构，以允许锂离子的传输。
制作隔膜的方法包括湿法和干法。
湿法制作隔膜时，聚合物溶液通过浸渍或涂布的方式涂覆在聚乙烯或聚丙烯基质上，然后经过烘干和拉伸等处理。
而干法制备隔膜则是通过将聚合物材料熔融，然后经过拉伸、冷却和固化等工艺制成。
这些正极、负极和隔膜片通过卷绕或层叠等方式组装在一起，并与电解液一起封装在金属壳体或软包装中，制成锂离子电池的三电极结构。
锂离子电池极片模切工艺简介
（4）尺寸不满足要求极片分切机是按电池规格，对经过辊压的电池极片进行分切，要求分切极片尺寸精 度高等。卷绕电池设计时，隔膜要包裹住负极避免正负极极片之间直接接触形成短路，负极要包裹住正 极避免充电时正极的锂离子没有负极活物质接纳出现析锂，一般地，负极和隔膜、负极和正极的尺寸差 为2-3mm，而且随着比能量要求提高，这个尺寸差还不断减小。因此，极片尺寸精度要求越来越高，否 则电池会出现严重的品质问题。
能 所能 可
尽
创造
Sherk
常见问题分析
现象 原因分析 解决方案
极耳残留和边缘掉料 刀模更换不及时 设设备刀模及时更换
能 所能 可
尽
创造
Sherk
常见问题分析
现象 原因分析 解决方案
负极极耳内折
模切时未打加强筋
负极铜箔有较强柔韧性，不打加强筋容易出现卷绕内折
能 所能 可
尽
创造
Sherk
层会有裸露现象。随着动力电池容
量越来越大，对电池极片要求也越
来越高，这样的产品缺陷会给产品
带来安全隐患
图7单面涂层的负极在激光作用下极片厚度 方向的铜成分和温度分布
可 能 图8切边问题：露金属箔和切屑异所物能
尽
创造
Sherk
模切设备
锂电池极片分切工序特点
极片分切的主要缺陷极片分切断面典型形貌图，断裂面涂层主要颗粒之间相互剥离断裂，而集流体发 生塑性切断和撕裂。当极片涂层压实密度增大，颗粒之间的结合力增强时，极片涂层部分颗粒也出现被 切断的情况。极片分切中存在的主要缺陷包括以下几种： （1）毛刺毛刺，特别是金属毛刺对锂电池的危害巨大，尺寸较大的金属毛刺直接刺穿隔膜，导致正负极 之间短路。而极片分切工艺是锂离子电池制造工艺中毛刺产生的主要过程。即为极片分切产生的金属毛 刺的典型形貌，极片在分切时形成了集流体毛刺，尺寸达到100μm以上。通过切刀倒角、刀具侧向压力 以及收放卷张力的调节来控制毛刺的数量和尺寸。
锂电池性能介绍
2)负极导电材料: 能够提高负极活性材料导电能力的材料, 一般为碳黑类材料,本身不提供能量. 3) 负极粘接材料: 能够将负极活性材料与集流体紧密粘接 的材料,油系一般为聚偏氟乙烯类材料,水系一般为丁苯胶乳, 本身不提供能量. 4) 负极集流体: 能够将负极活性材料的电能收集并输送到 极耳进而输送到电池外部的材料,主要为铜箔,铜网.
实例
如我们的P0132电池,采用的是: 电芯:比克;型号:523450AH 控制IC:台湾精能 ;型号:DWO1 MOS管:台湾富晶;型号:TM8205
ID电阻:10KNTC±5%
电路图的分析 电路图的分析:
1.下面介绍保护IC个引脚功能:VDD是IC电源正极,VSS是电源负极, V-是过流/短路检测端,Dout是放电保护执行端,Cout是充电保护执 行端. 2.保护板端口说明:B+,B-分别是接电芯正极,负极;P+,P-分别 是保护板输出的正极,负极;T为温度电阻(NTC)端口,一般需要 与用电器的MCU配合产生保护动作,后面会介绍,这个端口有时也标 为ID,意即身份识别端口,这时,图上的R3一般为固定阻值的电阻, 让用电器的CPU辨别是否为指定的电池. 保护板工作过程: 保护板工作过程:
锂离子电池电芯的主要材料及结构
一) 正负极 1 正极材料可分为以下几种: 1) 正极活性材料:能够提供能量的材料,一般为钴酸锂, 锰酸锂,镍酸锂,磷酸铁锂等. LiCoO2 LiMn2O4 LiNiO2 148mAh/g 180mAh/g 理论容量 274mAh/g 110mAh/g 165mAh/g 实际容量 140 mAh/g 2) 正极导电材料: 能够提高正极活性材料导电能力的材料, 一般为碳黑类材料,本身不提供能量. 3) 正极粘接材料: 能够将正极活性材料与集流体紧密粘接 的材料,一般为聚偏氟乙烯类材料,本身不提供能量.
锂离子电池正极材料的表面包覆
结论
利用几种包覆的方法，均能实现LiNi0.8Co0.2O2 的表面掺杂 包覆后在常温下，高温下的循环性能有较大的 改善 比容量有所减小 在不减小比容量的前提下，进一步改善的循环 性能，尤其是高温下的循环性能，是值得研究 的一个课题
谢 谢
氢氧化物凝胶混合法
制得均一、半透明的氢氧化铝溶胶 脱水后的氢氧化铝溶胶与LiNi0.8Co0.2O2混 合均匀 干燥水分后，在750℃高温处理四小时
包覆Al2O3 的SEM图
包覆Al2O3 的XRD图
I
0
20
40
60
80
100
2θ /℃
包覆前后表面组成
包覆Al2O3后常温下的首次充放电
循环性能不理想的原因
原因是正极材料与电解液直接接触，发生 恶性相互作用 在高温下，这种恶性相互作用加剧
采用在正极材料表面包覆来抑 制这种恶性相互作用
本论文的工作
前驱体包覆 溶胶凝胶法
有机物水解 氢氧化物凝胶混合法
采用控制结晶法制备前驱体 β--Ni0.8Co0.2(OH)2
以NiSO4与CoSO4的混合溶液，NaOH与 NH3· H2O的混合溶液为原料 参照控制结晶法合成球形Ni(OH)2 严格控制 pH值以及在反应釜中氨的浓度 用容器接收溢流出的反应液，经过固液分 离、洗涤和干燥
沉淀法表面包覆的机理分析
异相成核优先于体系中的均相成核 新相的核心优先在具有相同或相似的基底 上形成 随后形成的将优先在已部分包覆表面继续 成核、生长，有利于成膜包覆 严格控制pH值和金属离子浓度
确定最佳反应条件 Mg(OH)2取得最佳的包覆效果
包覆后的β--Ni0.8Co0.2(OH)2 SEM图
锂离子电池正极材料知识培训
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•3. 锂离子电池正极材料
•3.1 LiCoO2
LiCoO2最早是由Goodenough等人在1980年提出可以用 于锂离子电池的正极材料，之后得到了广泛的研究。
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从电子结构来看，由于Li+（1s2）能级与O 2 （2p6）能级 相差较大，而Co3+（3d6）更接近于O2（2p6）能级，所以LiO间电子云重叠程度小于Co-O间电子云重叠程度，Li-O键远 弱于Co-O键，在一定的条件下，Li+离子能够在CoO层间嵌入 脱出，使LiCoO2成为理想的锂离子电池嵌基材料。由于锂离 子在键合强的CoO层间进行二维运动，锂离子导电率高；另 外，共棱的CoO6的八面体分布使Co与Co之间以Co-O-Co的形 式发生作用，电子导电率也较高。
2. 二元材料实际放电容量较高，可达175 mAh/g以上，但平台较低，合成 困难（需在氧气气氛中进行），压实密度不高。
3. 三元材料结构稳定，循环性能好，安全，实际放电容量较高，可达160 mAh/g以上，但压实密度较低。
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•压实密度
• 压实密度与材料的理论密度和颗粒形貌、粒度分布等有关。
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锂离子电池正极材料知识培训
与LiCoO2相比，LiNiO2的制备条件比较苛刻，其组成和结构随合成条件的改 变而变化。因为Ni2+难于氧化，按照制备LiCoO2的工艺合成出的LiNiO2几乎不具 备电化学活性，必须要在含有O2的气氛中进行反应，合成的产物往往是非整比的 LixNi2-xO2。在这种非整比产物中，部分Ni2+占据Li+位置（3a），在锂位产生部分 无序的阳离子分布，降低了材料的结构有序性，为了维持Ni2+进入Li-O层后体系 的电中性平衡，Ni-O层中也必然有等量的Ni2+存在（3b），化学式可以表示为 [Li+yNi2+1-y]3a[Ni2+1-yNi3+y]3bO22，这就是“阳离子混排”现象。
锂离子电池三元正极材料(全面)
1997年, Padhi等人最早提出了LiFePO4的制 备以及性能研究 。LiFePO4具备橄榄石晶体结构, 理论容量为170 mAh／g, 有相 对于锂金属负极的稳 定放电平台, 虽然大电流充放电存在一定的 缺陷, 但 由于该材料具有理论比能量高、电压高、环境友好、 成本低廉以及良好的热稳定性等显著优点, 是近期研究的重点替 代材料之一。目前, 人们主要采点用击高添温加固标相题法制备LiFePO4 粉体, 除此之外, 还有溶胶-凝胶法、水热法等软化学方法, 这些方法都 能得到颗粒细、纯度高的LiFePO4材料。
三价锰氧化物LiMnO2是近年来新发展起来的一种锂离子电池 正极材料, 具有价格低, 比容量高(理论比容量286 mAh／g, 实 际比 容量已达到200mAh／g以上) 的优势。LiMnO2存在多种结构形式, 其中单斜晶系的LiMnO2和正方晶系LiMnO2具有层状材料的结构 特征, 并具有比较优良的电化学性能。对于层状结构 的LiMnO2而 言, 理想的层状化合物的电化学行点为击要添比加中标间题型的材料好得多, 因 此, 如何制备 稳定的LiMnO2, 层状结构, 并使之具有上千次的循 环 寿命, 而不转向尖晶石结构是急需解决的问题。
(1)可以在LiNiO2正极材料 掺杂Co、Mn、Ca、F、Al等 元素, 制成复合氧化物正极 材料以增强其稳定性, 提高充 放电容量和循环寿命。
(2) 还可以在LiNiO2材料中掺杂P2O5 ； 点击添加标题
(3) 加入过量的锂, 制备高含锂的锂镍氧化物。
锰酸锂具有安全性好、耐过充性好、锰资源丰富、价格低廉及 无毒性等优点, 是最有发展前途的一 种正极材料。锰酸锂主要有尖晶 石型LiMnO4和层状的LiMnO2两种类型。尖晶石型 L iMnO4具有安 全性好、易合成等优点, 是目前研究较多的锂离子正极材料之一。但 LiMn2O4存在John—Teller效应, 在充放电过程 中易发生结构畸变, 造成容量迅速衰减, 特别是在较点高击温添度加的标使题用条件下, 容量衰减更加突 出。三价锰氧化物LiMnO2 是近年来新发展起来的一种锂离子电池正 极材料, 具有价格低, 比容量高(理论比容量286mAh／g, 实际比容量 已 达到200mAh／g以上) 的优势。
锂离子电池介绍
锂离子电池一、电池从1799年伏打发明了伏打电池(V olta cell)至今，化学电源已有200多年的发展历史。
1859年普兰特( Plante)发明的铅酸蓄电池，是世界上第一个可充电的电池;1895年琼格(hunger)发明了镍镉蓄电池。
由于镉的毒性和镍镉电池的记忆效应，被随之发展起来的镍氢电池（MH-Ni）部分取代。
在200余年的发展过程中，科学家们研究过多种不同的电池，但能够真正在生活中使用的电池只有一小部分。
随着人们对电池结构、制作工艺和电极材料等方面的改进，化学电源得到了长足的发展，新型电池推出换代从以前的几十年达到现在的十几年甚至几年一代的速度。
锂离子电池的研究始于1990年日本研制成出以石油焦为负极，以钻酸锂为正极的锂离子电池;同年日本Sony和加拿大Modi两大电池公司宣称将推出以碳为负极的锂离子电池，宣布了锂离子二次电池工业化的开始。
1.什么叫电池？电池即一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。
目前的电池通常分为两类:一次电池或原电池;二次电池或蓄电池。
前者基本上只能放电一次，放电结束后，不能再使用。
后者则是放电结束后，可以进行充电，然后又可以进行放电，反复使用多次。
2.一次电池与二次电池的区别？一次电池是指只能进行一次的完全放电的电池；二次电池则是可反复充放电循环使用，放电时通过化学反应可以产生电能，通以反向电流(充电)时则可使体系回复到原来状态，即将电能以化学能形式重新储存起来，电极体积和结构之间发生可逆变化。
一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般二次电池，但内阻远比二次电池大，因此负载能力较低。
一次电池价格便宜，使用过程轻松无须维护，寿命终了时输出能力不会陡然下降。
但是放电电压特性较软因其内阻相对较大,也导致其输出大电流的能力不及二次电池，用掉即扔却不环保,单只价廉常用却不及用蓄电池经济。
锂离子电池三元正极材料全面
配制，在700～1000℃
氛下煅烧而成。
具体采用以下几种方法：(1)用过渡金属和非过渡金属 (Ni、Mn、Mg、A1、In、Sn)，来替代LiCoO2的Co用以改善其循环性能。 LiFePO4的电化学性能主要取决于其化学反应、热稳定以及放电后的产物FePO4。
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 在要求的充放电电位范围，与电解质溶液具有相容性
钴酸锂具有三种物相 ， 即层状结构 的 尖晶石结构的 和岩盐相 。目前，在锂离子电池 中，应用最多的是层状 的 LiCoO2 ，其理 论容量为 274mAh／g ， 实际容量在140—155 mAh／g 。其优点为 ：工作电压高，充放电电压平稳 ，适合大电流放电，比能量高 ， 循环性能好。缺点 是 ：实际比容量仅为理论容量的 50％左右， 钴的利用率低 ，抗过充电性能差点，击在添较加高标充题电电压下比容量迅 速 降低。另外，再加上钻资源匮乏，价格高的因素，因此 ，在很大 程度上减少了钴系锂离子 电池的使用范围，尤其是在电动汽车和 大型储备 电源方面受到限制。
其 锂中离正子、 电负 池极 三材 元为料 正的 极了选 材提择料和 全高质 面量L直iC接o决O定2锂的离容子电量池，的性改能善与价其格循。环性能、降 低成本，人们采取了掺 1997年，P杂adh和i等包人最覆早的提出方了法LiF。ePO具4的体制采备以用及以性能下研几究。种方法：(1)用过渡金属和非过渡金属 （(1)1可）以层在状L或(iNN隧iOi道、2正结M极构材n，料、以掺M利杂于gC锂、o、离AM子1n的、、脱CI嵌an、，、F且、S在Anl锂等)离，元子素来，脱替制嵌成时代复无L合结i氧构C化上o物的O正变2的极化 材C，料o以用以保增以证强电改其极稳善具定有其性良，循好提环高的充可性放逆能电性容能量；和循环寿命 。 。试验发现过渡金属代替 Co改善了正极材料结构的稳定性；而掺杂非过 在试要验求 发的现充过渡放渡电金金电属属位代范替会围C牺，o改与牲善电了正解正质极极溶材材液料具料结有构的相的容比稳性定容性量；； 锂锂19离离97子 子年电电，池池P(a的的2d)性正hi引等能极人主材人最要料早取的P提决选、出于择V了所L等用iF电e杂P池O质内4的部原制材子备料以的以及结及性构能和一点研性究能些击。。非添晶加物标，题如H3PO4、SiO2、Sb的化合 本(其2)文中还就 正可近、以年负在物变来极L层材i等化N状料iO，的镍的2材钴选可 可料锰择中以逆三和掺元质使性杂复量P，L合直2Oi材接从C5料决；o而的定O制锂增2的法离强、子晶电循性体池能环的方结性稳面构能的定与研部价性究分格状和。况发提进生行高综变充述化,放并，简电要以容概述提量了高；锂离L子iC电o池O正2极电材极料的结发构展趋势.
锂离子电池正极材料(1)
3.4 1mol% MgO
3.2 0 20 40 60 80 100120140160180200220
capacity(mAh/g)
25
氧化镁包覆对正极材料LiCoO2形貌的影响
包覆3.8mol%氧化镁的LiCoO2的10K扫描照片
26
正极材料的设计
27
三元正极材料
1 Li[NixLi1/3-2x/3Mn2/3-x/3]O2
LiNixCo1-2xMnxO2中d轨道电子排布 示意图
比能量更趋于稳定，所以Mn3
Ucr为晶体场分裂能（crystal field
＋的eg轨道上的电子转移到Ni3 ＋的eg轨道上，形成了Mn4＋和 Ni2＋。
splitting energy）； Uex为交换能(exchange energy)
22
12
4、层状结构的LiMnO2
❖ L因iM是n，O2M为n单3+离斜子对产称生（—空—间J群-T效为应C2使/m晶）体。发主生要明原 显的形变。尽管所有锂均可以从LiMnO2中发生 脱嵌，可逆容量达到270mAh/g，但在循环过程 中，结构变得不稳定。
❖ 当锂层中有9%锰离子时，锂的脱嵌和嵌入基本 上受到锰离子的抑制。当锂层中锰离子的含量 低时（例如，低于3%时），可逆放电、充电容 量均有明显改进，只是在4V和3V生成两个明显 的平台。这表明充放电过程中发生层状结构与 尖晶石结构之间的相转变。该转变导致锰离子 迁移到锂离子层中去，结果在锂化LiMnO2尖晶 石结构中，交替层中含锰的层数与不含锰的层 数达到3：1。
六种锂电池特性及参数分析
六种锂电池特性及参数分析（钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂）我们常常会说到三元锂电池或者铁锂电池，这些都是按照正极活性材料来给锂电池命名的。
本文汇总六种常见锂电池类型以及它们的主要性能参数。
大家都知道，相同技术路线的电芯，其具体参数并不完全相同，本文所显示的是当前参数的一般水平。
六种锂电池具体包括：钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、镍钴锰酸锂（LiNiMnCoO2或NMC）、镍钴铝酸锂（LiNiCoAlO2或称NCA）、磷酸铁锂（LiFePO4）和钛酸锂（Li4Ti5O12）。
钴酸锂（LiCoO2）其高比能量使钴酸锂成为手机，笔记本电脑和数码相机的热门选择。
电池由氧化钴阴极和石墨碳阳极组成。
阴极具有分层结构，在放电期间，锂离子从阳极移动到阴极，充电过程则流动方向相反。
结构形式如图1所示。
图1：钴酸锂结构阴极具有分层结构。
在放电期间，锂离子从阳极移动到阴极; 充电时流量从阴极流向阳极。
钴酸锂的缺点是寿命相对较短，热稳定性低和负载能力有限（比功率）。
像其他钴混合锂离子电池一样，钴酸锂采用石墨阳极，其循环寿命主要受到固体电解质界面（SEI）的限制，主要表现在SEI膜的逐渐增厚，和快速充电或者低温充电过程的阳极镀锂问题。
较新的材料体系增加了镍，锰和/或铝以提高寿命，负载能力和降低成本。
钴酸锂不应以高于容量的电流进行充电和放电。
这意味着具有2,400mAh的18650电池只能以小于等于2,400mA充电和放电。
强制快速充电或施加高于2400mA的负载会导致过热和超负荷的应力。
为获得最佳快速充电，制造商建议充电倍率为0.8C或约2,000mA。
电池保护电路将能量单元的充电和放电速率限制在约1C的安全水平。
六角蜘蛛图（图2）总结了与运行相关的具体能量或容量方面的钴酸锂性能；具体功率或提供大电流的能力；安全；在高低温环境下的性能表现；寿命包括日历寿命和循环寿命；成本特性。
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锂离子电池电极材料结构图
锂离子电池电极材料结构图
锂离子电池是一种高性能、高能量密度的电池，主要由正极、负极和电解液组成。
其中电极材料是锂离子电池的关键部分。
本文将介绍锂离子电池电极材料的结构图。
1. 正极材料结构图
正极材料是锂离子电池中的主要能源来源。
在正极材料中，最常用的是锂钴氧化物（LiCoO2）、锂镍钴铝氧化物（NCA）、锂铁磷酸（LiFePO4）等。
以锂钴氧化物为例，其结构图如下图所示：
锂钴氧化物的晶体结构为六方（H1）结构，属于正电极。
其中，CoO2层是锂离子存储的关键位置，锂离子通过CoO2层中的曼格努斯位移和氧气负离子的共价键转移，实现了电极的嵌入和脱嵌。
2. 负极材料结构图
负极材料用于存储和释放锂离子。
目前在负极材料中，最常用的是石墨和硅基负极材料。
以石墨为例，其结构图如下：
石墨属于层状材料，由多个平面的六元环的芳香碳构成。
在石墨的一端，会存在层面上的孔洞，这些孔洞可以存储和释放锂离子。
当锂离子进入孔洞时，石墨层面会
逐渐膨胀，因此，负极材料的膨胀率是影响锂离子电池性能的重要因素之一。
3. 电解液结构图
电解液是锂离子电池中的一个重要组成部分，它连接了正负极，同时还可以防止电极之间短路。
通常，锂离子电池电解液是由聚合物电解质、溶液电解质和固态电解质等组成的。
其中，聚合物电解质是一种高分子材料，具有良好的电导率和机械强度，可以在长时
间的循环中保持材料的稳定性。
溶液电解质是一种易挥发的有机溶剂和锂盐的混合物，可以充当离子传输媒介。
固态电解质是一种涂在电极表面的薄膜，具有低损耗、高稳
定性和长寿命等特点。
总体来说，锂离子电池电极材料的结构图主要包括正极材料、负极材料和电解液。
这些材料的不同组合方式会影响到锂离子电池的性能。