锂电池—神秘的线索

想更多地了解锂离子电池？里面有什么？它们是如何制造的？锂离子电池和电池生产的起源是什么？这是底漆。

电池内部

大多数人都知道汽车中的铅酸电池，或者熟悉手电筒中的圆柱形电池。电池单元由正极，负极，负极，负极，在正极和负极之间传输离子的电解质以及通常使电极保持分开并防止其短接的隔板组成。

一个简单的原电池可以由称为电极和电解质的不同元素制成。电解质可以是使用具有溶解盐的液体的溶液。普通食盐在水中形成钠和氯离子，使其具有导电性。确定电池电压的关键是电极的化学性质，称为电负性。电负性是材料吸引键合电子对的趋势。电池电压由电极的电负性差异决定。电负性差异会导致外部端子上产生电势，并且当端子与负载连接时，会发生化学反应，使这些离子通过电解质转移。电池内部的化学变化会转换为电池外部的电流。如果电池具有可逆化学性质，则可以通过向端子上的电势发送电流来逆转反应。

锂离子电池是由英国化学家M Stanley Whittingham在1970年代为埃克森公司工作时提出的。Ned A Godshall和John Goodenough与水岛浩一分别在1979年展示了可充电锂电池。

锂电池在使用的阴极，阳极和电解质方面与其他电池不同。锂电池使用涂覆有金属氧化物阴极的铝集流体，由有机溶剂和锂盐组成的电解质以及具有铜集流体的碳阳极。

化学家意识到锂可以制造出一种具有相对较高电压的轻质电池。不幸的是，金属形式的锂在水和氧气存在下可燃。科学家发现，稳定的锂化合物可与金属氧化物阴极和石墨阳极一起使用，通过插入（嵌入）或萃取到多孔石墨阳极中来交换锂离子（Li +）。

阳极反应LiC6> <C6 + Li + + e-

阴极反应CoO2 + Li + + e-> <LiCoO2

在阳极，锂离子与碳结合，形成石墨插层化合物LiC6。在阴极，钴酸锂被转化成钴氧化物和锂离子。

反应物必须在有机溶剂（如碳酸亚丙酯，PC或二甲氧基乙烷，DME）中在电解质（如LiPF6，六氟磷酸锂，盐）中运输。

现在，您只需要了解电解质，它就必须是一种良好的载体，以传输电池中使用的离子，同时保持其物理稳定性。尽管插层过程和某些材料已为人所知，但必须继续进行开发以发现如何控制细胞反应以延长寿命。电池在电解质与正极和负极相互作用时遇到困难，正极和负极也会降解，从而缩短了电池寿命。锂电池性能的突破来自许多发展和研究，这些原因限制了电池寿命和能量密度，这些不良反应的原因。

制造

索尼开发了目前广泛使用的电池制造工艺，这是第一个大量引入商用锂离子电池的过程。索尼当时正在制造用于记录器的磁带，并意识到制造磁带的过程可以适用于制造锂离子电池。由于CD是从磁带接管的，因此可以使用技术，设备和人员。胶带工艺将氧化铁或其他金属氧化物浆液施加到胶带上，将其干燥，然后将其切成胶带卷。对于锂电池，使用铜和铝箔片。它们涂有金属氧化物和石墨，并涂有隔膜，包装并填充了电解质。

电池的制造过程始于为由金属氧化物或石墨组成的正极和负极材料制成的浆料。添加粘合剂并将浆料施加到金属箔上。将铜和铝薄板卷送入涂布机中，以将浆料固定到箔上。接着，将片材压延或使其厚度均匀，然后通过干燥机。

干燥后，将纸张切成一定尺寸，以准备在包装中组装。箔片与分隔物堆叠在一起，并卷成螺旋状（即所谓的果冻卷），然后组装成圆柱形包装或分层放置成薄片状，放入小袋包装中。添加电解质并密封包装。

锂电池可能会膨胀，因此袋包装需要外部组装才能完成功能。

电池制造商使用正极，负极，隔膜和电解质材料从Johnson Matthey和3M等化学供应商那里采购组件，以形成成品。

实验室中如何制作锂袋电池：

圆柱形电池的生产方式：

一旦包装被密封，细胞就形成。即，允许电解质有时间相互作用并形成SEI或固体电解质界面层。电解质盐与形成SEI层的阴极碳材料剧烈相互作用。在SEI形成过程中，锂会插入或嵌入碳中。当电池在第一循环中充电时，形成可以继续，并且可以使用充电来形成电池。SEI层对于锂电池的运行至关重要。

SEI层抑制进一步的反应并使细胞稳定。有趣的是，SEI层既辅助又抑制了电活动。它负责诸如自放电和电池电导率的特性。当电池在其使用寿命中使用时，SEI层会增长，从而增加电阻并最终限制有用的功能。

SEI层不是由钛酸盐电极形成的，而是由碳形成的，这是钛酸锂电池具有高循环寿命的原因之一。

锂电池是基于最早电池中使用的相同原理的电池设计的发展。它们的操作与早期电池基本相同，但是在材料和某些新特性（例如嵌入）方面有所不同。许多开拓性的科学家为他们的发展做出了贡献。有趣的是，锂电池制造业的发展与录音带有关。

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