电池材料及内部结构_电池的内部结构及其化学成分

锂电池原理及结构

一、锂电池结构示意图

电池材料及内部结构_电池的内部结构及其化学成分

了解锂电池工作原理之前，先大概了解下锂电池的组成部分，如下示意图：

锂离子电池电池组成部分如下：

（1）正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电极流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。

（2）隔膜——种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。

（3）负极——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。

（4）有机电解液——溶解有六锂的类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。

（5）电池外壳——分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。

二、锂电池工作原理图解

下面从锂电池充电过程、放电过程和电池保护板三大部分给大家介绍其工作原理：

1、锂电池充电过程

电池的正极由锂离子生成，生成的锂离子从正极“跳进”电解液里，通过电解液“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，运动到负极，与早就通过外部电路跑到负极的电子结合在一起。

●正极上发生的反应为：LiCoO2==充电==Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)

●负极上发生的反应为：6C+XLi++Xe=====LixC6

在充电的过程中，Li+从正极LiCoO2中脱出，进入电解液，在充电器附加的外电场作用下向负极移动，依次进入石墨或焦炭C组成的负极，在负极形成LiC化合物。

铅酸蓄电池的构造及其材料

极板是电池的基本部件，它接收充入的电能并向外释放电能。极板分为正极板和负极板。正极板上的活性物质是，呈棕红色；负极板上的活性物质是海绵状的纯铅，呈蓝灰色。在蓄电池的充放电过程中，电能和化学能的相互转换是通过极板上的活性物质与电解液中的硫酸发生化学反应来实现的。正负极板上的活性物质分别填充在铅锑合金制成的栅极框架中。铅锑合金中，铅占94%，锑占6%。加入少量锑，提高网架的机械强度和浇注性能。

但铅锑合金的抗电化学腐蚀能力较，用薄板进行高速放电和提高比能量时，含锑量高的栅极使用寿命必然会降低。因此，使用低锑合金非常重要。目前，栅极的锑含量为2%~3%。在板栅合金中加入0.1%~0.2%的砷，可以减缓腐蚀速度，提高硬度和机械强度，增强其抗变形能力，延长电池的使用寿命。

目前，铅锑砷合金在国内外已被用作栅极。活性物质脱落和栅极腐蚀是决定电池使用寿命的主要原因。考虑到使用寿命，正栅较厚，负栅厚度一般为正栅的70%~80%。国产电池负极板厚度为1.6~1.8mm，有的薄至1.2~1.4mm；正极板的厚度为2.2~2.4mm，有的薄至1.6~1.8mm，使用薄板可以提高汽车的启动性能和电池的比能量。为了增加电池的容量，通常将多个正极板和负极板并联，形成正极板组和负极板组。

安装时，正负极板组相互嵌入，隔板插在中间形成单个电池。在每个单电池中，负极板的数量总是比正极板的数量多一个。正极板都在负极板之间，外面的极板都是负极板。正极板的活性物质疏松，机械强度低，使正极板夹在负极板之间，可以使正极板两侧均匀放电，工作时不易因活性物质膨胀而翘曲，也不易造成活性物质脱落。汽车起动用国产铅酸电池主要有两种类型，即干式密封电池和干式充电电池。

干式电池与普通干式密封电池的区别在于其极板组可以将制造过程中获得的电荷长时间保持在干燥状态。干电池之所以具有干充性能，主要是由于负极板的制造工艺不同。在充电电池的2年保质期内，如果需要交付使用，只需在使用前加入规定密度的电解液即可。

例如，对于干充电池6-QA-60，只需加入密度为1.280g/c m3 的电解液，调节液面至比极板组高15mm左右，即可投入使用，无需初始充电。对于保质期超过2年的干充电池，由于其极板上的一些活性物质被氧化，在使用前应进行充电。

2.隔板为了减小电池的内部尺寸和内阻，电池内部的正负极板应尽可能靠近。但是，为了避免因相互接触而短路，正负极板应由绝缘隔板隔开。隔膜材料应具有多孔结构，使电解液能够自由渗透，其化学性质应稳定，具有良好的耐酸性和抗氧化性。常见的隔板材料有木材、

微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维浆粕、玻璃丝棉等。

隔板是厚度小于1毫米的矩形薄板，其长度和宽度略大于极板。异形隔板的一侧有一个特殊的凹槽。安装时，开槽侧应垂直面向正极板。

3.电解质

铅酸蓄电池电解液由密度为1.84g/cm3的纯硫酸和密度为1.24~1.31g/cm3的蒸馏水组成。电解液应根据当地气温或厂家要求选择，如表1.1所示。电解液的纯度是影响电池性能和使用寿命的重要因素。一般工业硫酸和普通水一定不能加到电池中，因为它们含有铁、铜等有害杂质，否则容易自行放电，损坏极板。因此，电池电解液应使用指定的硫酸和蒸馏水进行配制。

表1．1不同气温下的电解液密度 @2019

锂电池结构组成部分

锂离子电池结构分为五部分，即正极、负极、隔膜、电解液和外壳。

从锂离子电池结构来说，首要分为以下五个部分组成：

1、正极：电极电势较高、结构安稳的具有嵌锂才能的层状或尖晶石结构的过渡金属氧化物或聚阴离子型化合物，如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。

2、负极：电位靠近锂电位、结构安稳的并可许多储锂的层状石墨、金属单质及金属氧化物，如石墨、中心相碳微球、钛酸锂等。

3、电解液：溶有电解质锂盐的有机溶剂，供应锂离子，电解质锂盐有LiPF6、LiClO4、LibF4等，有机溶剂首要由(DEC)、碳酸(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、二甲酯(DMC)等其中的一种或几种混合组成。

4、隔膜：置于正负极之间，戒备正负极笔直触摸，且答应Li+离子经过的聚烯微多孔膜，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)，或它们复合膜，PP/PE/PP三层隔膜。

5、外壳：电池封装，首要有铝壳、盖板、极耳、绝缘片等。

锂离子电池电芯结构

1、正极极片

正极极片通常指含有在放电时发生还原反应活性物质的具有高电势的电极片。将正极材料涂覆在铝箔上，然后冲压成型。

2、负极极片

负极极片通常指含有在放电时发生还原反应活性物质的具有高电势的电极片。将负极材料涂覆在铜箔上，然后冲压成型。

3、极耳

极耳，是锂离子电池产品的一种原材料。电池是分正负极的，极耳就是从电芯中将正负极引出来的金属导电体，通俗的说电池正负两极的耳朵是在进行充放电时的接触点。这个接触点并不是我们看到的电池外表的那个铜片，而是电池内部的一种连接。

极耳的重要用途是将内部正负极的电能传递到外部电路。聚合物电池极耳为正极为铝带、负极为镍带，考虑到与铝塑包装膜的密封，故在密封处极耳上带有一层极耳胶。同时由于正极铝带很容易断裂，故在加工、运输、储存、使用等过程中要特别注意防护。

4、隔膜

隔膜是电解反应时，用以将正负两极分开防止在电解池中直接反应损失能量的一层薄膜。放在正极极片与负极极片之间，隔膜本身不导电，但电解质离子可以通过。锂离子电池电芯结构中，隔膜是关键的内层组件之一。

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用途。

5、电解液

电解液是化学电池、电解电容等使用的介质（有一定的腐蚀性），为他们的正常工作供应离子。并保证工作中发生的化学反应是可逆的。电解液在电池中作为能量传递的载体。用于锂离子电池的电解液要有以下特点：电导率高、化学及电化学稳定性高、可使用温度范围宽、安全性好、廉价等。

6、包装膜

聚合物电池采用铝塑复合膜包装，其至少分三层：中间层为铝层，起隔绝水分用途；外层为胶层，起保护铝不被外部环境氧化的用途；内层为胶层，起密封并防止电解液腐蚀铝层的用途。该铝塑膜采取冲压成型，制成要的外壳形状。

蓄电池构造

所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。构成铅蓄电池之主要成份如下：

阳极板(.PbO2)---> 活性物质

阴极板(海绵状铅.Pb) ---> 活性物质

电解液(稀硫酸) ---> 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O

电池外壳

隔离板

其它(液口栓.盖子等)

一、铅蓄电池之原理与动作

铅蓄电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2V的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：

(阳极) (电解液) (阴极)

PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应)

() (硫酸) (海绵状铅)

(阳极) (电解液) (阴极)

PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应)

() (水) ()

1. 放电中的化学变化

蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物『』。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。

2. 充电中的化学变化

由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的会在充电时被分解还原成硫酸,铅及,因此电池内电解液的浓度逐渐增加, 亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之。

二、电动车用蓄电池的构造

电动车用蓄电池,必须具备以下条件:

◎ 高性能

◎ 耐震.耐冲击

◎ 寿命长

◎ 保养容易

由于玻璃纤维管式铅蓄电池是累积多次实验结果而制成，故具有多项优点。

1.极板

根据蓄电池容量选择适当规格极板及数量组合而成。于充放电时,两极活性物质随着体积的变化而反复膨胀与收缩。两极活性物质中，阴极板之海绵状铅的结合力较强，而阳极板之的结合力弱，因而在充放电之际，会徐徐脱落，此即为铅蓄电池寿命受到限制的原因。期使蓄电池使用期限延长，能耐震并耐冲击，则阳极板的改良即成当急要务。

玻璃纤维管式的阳极板: 此乃以玻璃纤维制的软管接在铅合金制的栉状格子(蕊金)上，在软管和蕊金间充填铅粉之后，将软管密封，使其发生变化，产生活性化物质，由于活性化物质不会脱落，与电解液接触亦良好,是一种非常好的极板材料。使用具有这种极板的蓄电池是电动车的选择。编织式软管乃以9microm(μ)的玻璃纤维编成管袋状，弹性好，可耐膨胀或收缩，而且对电解液的渗透度也非常良好，此软管乃是佳产品，长久以来，实用绩效良好。

糊状式极板: 就是将稀硫酸炼制之糊状铅粉涂覆在铅合金制的格子上，俟其 干燥后所形成之活性物质。这种方式一直被采用在铅蓄电池的阴极板上，同时亦使用在汽车，小货车的蓄电池阳极板上。

2.隔离板

能防止阴、阳极板间产生短路，但不会妨碍两极间离子的流通。而且经长时间使用，也不会劣化，或释放杂质。铅蓄电池一般都使用胶质隔离板。

3.电池外壳

耐酸性强，兼具机械性强度。电动车用的蓄电池外壳乃使用材质强韧之合成树脂经特殊处理制成，其机械性强度特别强，上盖亦使用相同材质，以热熔接着。

4.电解液

电解液比重以20℃的值为标准，电动车用的蓄电池完全充电时之电解液标准比重为1.280。

5.液口栓

液口栓的功能为排出充电时所产生的气体及补充纯水，测定比重。

三、蓄电池的容量

电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之：

◎ 电解液比值 1.280/20℃

◎ 放电电流 5小时的电流

◎ 放电终止电压 1.70V/Cell

◎ 放电中的电解液温度 30±2℃

1.放电中电压下降

放电中端子电压比放电前之无负载电压（开路电压）低，理由如下：

(1)V=E-I.R

V：端子电压(V) I：放电电流(A)

E：开路电压(V) R：内部阻抗(Ω)

(2)放电时，电解液比重下降，电压也降低。

(3)放电时，电池内部阻抗即随之增强，完全充电时若为1倍，则当完全放电时，即会增强2～3倍。

用于起重时之电瓶电压之所以比用于行走时的电压低，乃是由于起重用之油压马达比行走用之驱动马达功率大，因此放电流大，则上式的I.R亦变大。

2.蓄电池之容量表示

在容量试验中，放电率与容量的关系如下：

5HR....1.7V/cell

3HR....1.65V/cell

1HR....1.55V/cell

严禁到达上述电压时还继续继续放电，放电愈深，电瓶内温会升高,则活性物质劣化愈严重，进而缩短蓄电池寿命。

因此，堆高机无负重扬升时的电池电压若已达1.75v/cell(24cell的42v,12cell的21v)，则应停止使用，马上充电。

3.蓄电池温度与容量

当蓄电池温度降低，则其容量亦会因以下理由而显著减少。

(A)电解液不易扩散，两极活性物质的化学反应速率变慢。

(B)电解液之阻抗增加，电瓶电压下降,蓄电池的5HR容量会随蓄电池温度下降而减少。

因此:

(1)冬季比夏季的使用时间短。

(2)特别是使用于冷冻库的蓄电池由于放电量大，而使一天的实际使用时间显著减短。

若欲延长使用时间，则在冬季或是进入冷冻库前，应先提高其温度。

4.放电量与寿命

每日反复充放电以供使用时，则电池寿命将会因放电量的深浅，而受到影响。

5.放电量与比重

蓄电池之电解液比重几乎与放电量成比例。因此，根据蓄电池完全放电时的比重及10%放电时的比重，即可推算出蓄电池的放电量。

测定铅蓄电池之电解液比重为得知放电量的佳方式。因此，定期性的测定使用后的比重，以避免过度放电，测比重的同时，亦侧电解液的温度，以20度C所换算出的比重，切勿使其降到80%放电量的数值以下。

6.放电状态与内部阻抗

内部阻抗会因放电量增加而加大，尤其放电终点时，阻抗，主因为放电的进行使得极板内产生电流的不良导体—及电解液比重的下降，都导致内部阻抗增强，故放电后，务必马上充电，若任其持续放电状态，则形成安定的白色结晶后(此即文献上所说的硫化现象),即使充电,极板的活性物资亦无法恢复原状,而将缩短电瓶的使用年限。

★白色化

蓄电池放电，则阴、阳极板同时产生(PbS04)，若任其持续放电，不予充电，则后会形成安定的白色结晶(即使再充电，亦难再恢复原来的活性物质)此状态称为白色硫化现象。

7.放电中的温度

当电池过度放电，内部阻抗即显著增加，因此蓄电池温度也会上升。放电时的温度高，会提高充电完成时温度，因此，将放电终了时的温度控制在40℃以下为理想。

四、充电的管理

1.蓄电池的充电特性

蓄电池充电的端子电压如下式表示

V= E+I.R，在此

E=电瓶电压(V) I=充电电流(A) R=内部阻抗(Ω)

2.蓄电池温度与寿命

蓄电池温度（电解液温度）升高，则阴阳极板上的活性物质即会劣化，并腐蚀阳极格子，而缩短电池寿命，相对的，电池温度太低时，会使电池蓄电容量减少，容易过度放电，进而使电池寿命缩短。此种关系也会因电池型式，极板材质而有变化。故应遵守下列之使用条件：

通常蓄电池之电解液温度应维持在15~55℃为理想使用状态，不得已的情况下,也不可超过放电时-15~55℃,充电时0~60℃的范围。实际使用时，由于充电时温度会上升，因此，放电终了时之电解液温度以维持在40℃以下为理想。

3.充电量与寿命

蓄电池所须之充电量为放电量的110~120%.放电量与蓄电池寿命具密切关系,假设充电量为放电量120%时的电池，使用寿命为1200回（4年），则当电池的充电量达放电量之150%时，则可推算该电池的寿命为：

1200回×120/150=960回(3．2年)

又，此150%的充电,迫使水被分解产生气体，电解液遽减，将使充电终点的温度上升,结果温度上升造成耐用年限缩短。此外，充电不足即又重复放电使用，则会严重影响电池寿命。

◎ 堆高机举重时，若电池温度保持在10~40℃之间，其充电量亦维持在110~120%者，能延长电池寿命，此时充电完成之比重，其20℃换算值约为1．28。

4.气体的产生与通风换气

充电中产生的气体为氧与氢的混合气，氢气具爆炸性，若空气中氢气达3.8%以上，且又近火源，则会发生爆炸。充电场所必须通风良好，注意远离火源，避免触电。

五、电解液之管理

1.比重测定

测量比重时，须使用吸取式比重计将电解液缓缓吸入外筒，从浮标之刻度即可测知比重。

铅蓄电池之电解液比重会随温度改变而变化，电解液比重乃以摄氏20度时的比重为标准，因此比重计上的读数，必须换算为摄氏20度时之标准比重。当温度变化摄氏一度时，则比重即变化0.0007，因此，在测量比重的同时，必须测量温度，测温时，请使用棒状酒精温度计。

该温度t℃时所测之比重为St，则以下式换算标准温度20℃时之比重S20，

S20=St+0.0007(t-20)

S20...为换算成20℃时的比重

St....为t℃时所测之比重

t.....为测得电解液之实际摄氏温度

例如：20℃时比重为1.280者，在10℃时变成1.287;30℃时，变成1.273。

2.纯水之补充

重复放电时，电解液面会缓缓下降，因此定期检视电解液液位，随时补充纯水，以维持适当之液位，若因忽略补水，而露出极板，则会伤害极板。蓄电池用纯水的标准按日本蓄电池工业会SBA4001的规定如下：

项目

单位

规格

浊度

－无色透明

液性

－中性

导电度

μυ/cm

10以下

氯(C1)

%0.0001以下

铁(Fe)

%0.0001以下

硫酸根(SO4)

%0.0001以下

强热残分

%0.001以下

其它

%0.005以下

3.电解液中的不纯物与电池寿命

电解液中若含有、盐酸、、盐素、有机物等，则会腐蚀极板，加速缩短电池寿命，同时也会加速自我放电，此外，铜、镍、铁、锰亦会伤害电池导致自我放电量增加。

蓄电池补充液位时，一定要使用纯水，用水冲洗电瓶时，一定要将电池帽盖紧以避免冲洗用水流入电瓶内。

4.补水过多所造成的弊端

补水时若超过液面（参照第4-1）则充电时就会发生满溢，而使稀硫酸成份流失，腐蚀电瓶箱,电解液比重偏低造成蓄电容量不足等。

六、其它

1.自我放电

蓄电池当其内部发生纯化学反应，或因不纯物污染造成电化学反应，或长久不用皆会耗电，此即称为自我放电。自我放电之耗电程度乃视蓄电池构造温度、比重、不纯物，使用过等而有所不同，一般在一天内会放掉0.5~1%，蓄电池在使用前的保存期间就会自我放电，消耗蓄电量。

当蓄电池处于长期持续放电状态时，则一旦形成白色化，则即使再充电，也无法恢复其容量。库存期间务必每1个月就充电一次。

2.电瓶寿命终期的判定

蓄电池到寿命终期，其容量就会减少，至于其容量在数字上退减的程度为何？则可依容量试验测定之。

放电前必须确定电池的比重与电压已达值，然后再持续充电1小时，才能完全充电。

充电终期是将比重调整到1.28±0.01(20℃)液面亦维持在规定液面的标准。

放电开始时期：充电完全放置1小时后。

放电电流：5HR规格容量的1/5(5HR400AH时固定电流为80A)

放电终止电压：平均1.7V/cell (24cell为40

正极板，负极板，PVC隔板，电池壳，铅零件连接条，电解液组成。能够反复利用，建议有废旧蓄电池不要扔弃，可以回收。

正负极板

隔板

电解液

壳体

极柱

连条

太阳能电池板的内部结构及各部件的材料

太阳能电池板的部件材料：镀锡铜带；铝边框、硅胶、接线盒、超白钢化玻璃、EVA胶膜、太阳能电池片、TPT背膜；

内部结构为（从正面->背面）：玻璃、EVA、电池片、EVA、背膜;；

电池内部构造是什么样的？

电路中电子负极运动到正极,这里的电子不是电池内部的．他是导体的．电池里面电子从正极到负极，并不断的在负极聚集，终电子都在负极，正电荷都在正极，两极分化，电池里不再有电子移动，无电流，电池没电．

但正电荷的电势＞负电荷的电势，所以电池里有电压存在．

因为这个电子的运动是需要电场的,电场的形成需要能量,需要消化化学能

拆一块3032纽扣电池，了解一下内部构造，活到老学到老。

电池的构造及原理？

电池内部电流由负极到正极 外部由正极到负极 普通电池为干电池，正极为碳棒，负极为外部包的锌皮，中间为电解液。原电池原理。规定正电荷流动的方向为电流方向，在导线中只有带负电的电子流动，与电流方向相反。

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2.锂电池工作原理图解 下面从锂电池充电过程、放电过程和电池保护板三大部分给大家介绍其工作原理: 1、锂电池充电过程 锂电池工作原理 放电时电子和Li+都是同时行动的,方向相同但路径不同,电子从负极通过外部电路