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钛酸锂电池的基本原理及其在移动基站中的实际应用(1)

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-12-16 0:48:14 * 浏览: 11
在钛酸锂电池的充电和放电期间,相应的锂离子在正极和负极之间来回拉动,以完成向负载的供电。钛酸锂电池具有较宽的工作温度范围,无记忆效应,环保,高比能量和高电流充放电容量。 var_bdhmProtocol =((“ https:” == document.location.protocol)? ” https://”:“ http://”),document.write(unescape(“%3Cscriptsrc ='” + _ bdhmProtocol +” hm.baidu .com / h.js%3F83e8d4ba8c3dd1c5d05a795e63a2d7b4'type ='text / javascript '%3E%3C / script%3E”)),钛酸锂电池体积小,重量轻,能量密度高,密封性能好,无泄漏,无记忆效应,自放电率低,充放电快,循环寿命长,工作环境温度范围宽,安全性,稳定性,绿色环保等优点,因此在通信电源领域具有非常广阔的应用前景。 1钛酸锂电池的基本结构钛酸锂电池由正极和负极板(正极活性物质是三元锂,负极是钛酸锂),隔板,电解液,接线片,不锈钢(铝合金)外壳等组成。正极板和负极板是电化学反应的区域。隔膜和电解质提供Li +传输通道,并由接片引导电流。将三元锂正极和钛酸锂负极以一定比例与导电剂和粘合剂混合,并涂覆在铝箔上。正极和负极由聚乙烯隔板(或聚丙烯和聚乙烯复合隔板)隔开。开以防止电池短路。隔膜是具有多孔结构的薄膜。在充电和放电过程中,Li +可以通过其孔,而电子e-不能通过。电池的电解质是六氟磷酸锂的有机溶液。钛酸锂材料具有三维扩散通道。在Li +脱嵌过程中,其晶格体积基本不会变形。其结构为Li +提供了足够的平稳和快速迁移。钛酸锂材料具有三维扩散通道。变形带来应力和应变以及结构崩溃,因此钛酸锂材料具有更长的循环寿命。从化学反应特性的观点来看,钛酸锂可以大速度(快速充电和快速放电)快速地进行锂的脱嵌。图。附图说明图1是钛酸锂材料的结构图。图2是石墨和钛酸锂的晶体结构的比较。 2钛酸锂电池的工作原理充电时,Li +从三元锂材料迁移到晶体表面,并从正极板材料中释放出来。在电场力的作用下,它进入电解质,穿过隔板,然后穿过电解质。迁移至负极钛酸锂晶体的表面,然后将其嵌入负极钛酸锂尖晶石结构材料中。同时,电子电流流过正极的铝箔,流过接线片,电池极,负载,负极和负极,流到负极的铝箔电极,然后流过导体钛酸锂负极以平衡电荷。当电池放电时,Li +从钛酸锂尖晶石结构材料中脱嵌,进入电解质,穿过隔膜,通过电解质迁移到三元锂晶体的表面,然后重新嵌入三元锂中锂材料。同时,电子流过导体到达负极的铝箔电极,流过接线片,电池负极,负载,正极和正极电极到达电池的铝箔电极,然后流过导体到达三元锂正极。平衡电荷。可以看出钛酸锂电池的基本原理是在充电和放电过程中,相应的锂离子s在正极和负极之间来回拉动,以完成电池的充电和放电以及为负载供电。钛酸锂电池的充电和放电示意图如图3所示。充电当电池充电时,正极失去电子,释放锂离子,并嵌入负极中。在负极插入锂离子的同时,电子变得富含锂。放电过程完全相反。在Li +嵌入或脱嵌的反应过程中,钛酸锂(Li4Ti5O12)是理想的嵌入式电极材料。 Li +的插入和脱嵌对材料的结构几乎没有影响,因此被称为“零应变”材料。保证了其良好的循环性能。钛酸锂具有两种不同的分子结构:Li7Ti5O12和Li4Ti5O12。 Li 7 Ti 5 O 12的晶体结构和Li 4 Ti 5 O 12的晶体结构均为尖晶石结构,晶格常数变化小,体积变化小。它可以避免在充放电循环中电极材料来回膨胀和收缩引起的结构破坏,从而提高电极的循环性能和使用寿命,减少了因电极数量增加而引起的容量衰减。循环,并使钛酸锂具有优异的循环性能。钛酸锂电池的电化学反应方程式:正极反应:LiNi1 / 3Mn1 / 3Co1 / 3O2→Li1-xNi1 / 3Mn1 / 3Co1 / 3O2 + xLi ++ xe-负极反应:Li4Ti5O2 + xLi ++ xe-→Li4 + xTi5O12总化学反应方程式:----- LiNi1 / 3Mn1 / 3Co1 / 3O2 + Li4Ti5O12→Li1-xNi1 / 3Mn1 / 3Co1 / 3O2 + Li4 + xTi5O12 3钛酸锂电池组由于锂的电解质而在基站工作钛酸盐电池它是一种有机液体,加上锂金属是非常活泼的元素,因此必须密封电池,并且在正常的充电和放电条件下,电池几乎不会产生气体。即使长时间对电池进行间歇性充电,电池内部也不会承受更高的压力,因此电池安​​全可靠。另外,用于电池组的通信基站电源的供电方法是浮动充电加等充电电压稳定电流限制工作模式。对于电池组的间歇充电,浮充和相等充电电压被调整为53.9V。锂电池组已充电。此电压对电池板和电解液相对稳定。电池容量变化很小。不同的浮动充电电压值对电池容量没有显着影响。可以对电池进行间歇充电和出院很久了。状态,因此钛酸锂电池组非常适合通信基站。图4是间歇充电和放电的示意图。 T1和T3是充电过程,T1是恒流-恒压充电阶段,T3是间歇性补充功率阶段,T2是电池组开路站立阶段,T4是电池组放电过程。 4圆柱钛酸锂电池的工艺特性(1)全耳式金属耳壳的独特结构电池由带激光密封的圆柱型不锈钢壳密封,结构无泄漏,无膨胀,耐冲击,对环境适应能力强。 ,具有在高温,高寒,高湿环境中应用的优势。内极耳采用横向排水技术,可以实现多极耳的正负极提取,解决了圆柱形电池无法用多极耳排水的问题,降低了电池充放电时极化的内阻,并使电池具有高功率放电性能。正负耳在电池的两端引出,有利于电池充放电时的散热,避免了仅在一端集热的情况。电芯极线圈采用全自动绕线方式。在极靴的缠绕过程中,采用的离子控制系统使极靴之间的间隙极小。电池的每个圆都有一根极引线,可有效降低电池的内阻,提高电池的大电流放电性能,并提高电池均匀性。 (2)整体容量设计缠绕式圆柱钛酸锂电池已经实现了从低容量电池到高容量电池的飞跃,解决了高容量电池工业生产过程中的关键技术问题和应用问题。容量锂电池作为电源模块,可替代成百上千个串联和并联的小容量电池,从而减少了电池组装的隐患,提高了电池的一致性。缠绕的圆柱钛酸锂电池可以适应的温度范围是-40〜60℃。采用合理的电解液配方,使电解液具有宽的电化学工作窗口,特别是在高电压,高低温下,仍具有较高的电阻,电解液不易分解。电解质的耐高压性和高的锂离子浓度增加了锂离子在电极表面上的扩散速率。同时,电解质中包含的高介电常数溶剂减少了锂离子的溶剂化,降低了电解质在低温环境中的运动阻力,并改善了电池的低温性能和倍率性能。伤口电池可以实现连续生产,减少生产过程,大大提高生产效率,并降低电池制造成本。同时,在相同的制造成本下,大容量电池的大规模生产,占单位制造成本的减少。卷绕电池由五部分组成:正极材料(包括金属箔),负极材料(包括金属箔),隔板,电解液,外壳和组装配件。在不改变外壳和装配附件的前提下,使用常规材料和合理的电池设计可以提高电池能量密度,同时大大降低每小时的材料成本。全自动封闭式加料过程可有效控制原料的纯度并分离出杂质*。计算机控制的自动进纸过程使进纸更加准确和稳定。涂层采用β射线自动测厚技术,输出极靴涂层的厚度更加稳定可靠,干燥过程中分段温度控制使极靴产量更高。热轧采用热轧工艺轧制过程的作用使涂层的均匀性和附着力大大高于冷压过程。绕线过程采用国内外知名厂家的全自动连续绕线机,使产品核心质量更加稳定。端盖焊接采用激光焊接设备。在高精度操作中,可以通过显微镜进行目视检查,以实现生产和质量检查的同步。为了确保测量数据的准确性,将化学成分和含量都控制在恒定温度下。高精度分选构成容量设备,动态电压曲线拟合法通过智能软件控制系统自动分选。筛选后确保电池的准确性,并提高电池分配的一致性。图5显示了圆柱形钛酸锂电池的结构和物理照片。图6和7以66260圆柱钛酸锂电池为例,分别给出了电池的充电和放电率曲线。图8是30Ah电池在不同速率下的充电和放电速率的曲线图。有关特定数据,请参见表1和2。