一文读懂锂离子电池壳体、集流体、极耳选型与应用

锂电联盟会长 2024-09-19 09:30

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前  言
锂离子电池作为现代高性能储能设备的代表,在众多领域得到了广泛应用,如电动汽车、消费电子、储能系统等。而锂离子电池的性能和可靠性在很大程度上取决于其内部关键组件的选型,其中壳体、集流体和极耳起着至关重要的作用。
一、锂离子电池壳体
锂离子电池的壳体按材质可分为钢壳、铝壳和铝塑复合膜。钢壳不易变形、抗压能力大,可以制备体积较大的电池,早期圆柱形和方形锂离子电池采用钢壳。但钢壳电池质量比能量低,不适合制备薄电池和用于蓝牙耳机等电子设备上的小型电池。
铝壳是采用铝合金材料冲压成型的电池外壳。铝壳体的重量轻,质量比能量高于钢壳,但受铝材强度限制不适合制备大电池。软包装锂离子电池通常采用铝塑复合膜,这是近年来发展的趋势。
铝塑复合膜制备的电池的体积比铝壳体范围大,也能制备电池和异形电池。铝塑复合膜内层为黏结剂层,多采用聚乙烯或聚丙烯材料;中间层为铝箔;外层为保护层,多采用高熔点的聚酯或尼龙材料。目前,动力锂离子电池组外壳也有采用PA66、ABS或PP塑料作为壳体的。
二、锂离子电池集流体
集流体的作用主要是:承载电极活性物质、将活性物质产生的电流汇集输出、将电极电流输入给活性物质。要求集流体纯度高,电导率高,化学与电化学稳定性好,机械强度高,与电极活性物质结合好。
锂电集流体通常采用铜箔和铝箔。由于铜箔在较高电位时易被氧化,主要用于负极集流体,厚度通常为6~12μm。铝箔在低电位时腐蚀问题较为严重,主要用于正极集流体,厚度通常为10~16μm。
集流体成分不纯会导致表面氧化膜不致密而发生点腐蚀,甚至生成 LiAl合金。铜和铝表面都能形成一层氧化膜:铜表面氧化层属于半导体,电子能够导通,但是氧化层太厚会导致阻抗较大;而铝表面氧化层属绝缘体,不能导电,但氧化层很薄时可以通过隧道效应实现电子电导,氧化层较厚时导电性极差。因此,集流体在使用前最好经过表面清洗,去油污和氧化层。
三、锂离子电池极耳
极耳就是从锂离子电池电芯中将正负极引出来的金属导电体,正极通常采用铝条,负极采用镍条或者是铜镀镍条,极耳应具有良好的焊接性。
极耳作为电池内部与外部电路连接的桥梁,实现电流的输入和输出。它会影响电池的内阻和充放电性能,合理设计的极耳可以降低电阻,提高电池的功率特性。
四、结论
锂离子电池的壳体、集流体和极耳虽然在电池中所占比例较小,但它们的选型和设计对电池的性能、安全性和使用寿命有着重要影响。
在实际应用中,需要根据具体的需求和技术要求,综合考虑各种因素,进行合理的选择和优化,以提高锂离子电池的整体性能和可靠性,满足不断发展的市场需求。
来源:锂电人的笔记
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