锂电池基本结构与原理图解,看完你就是专家!
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发布时间：2024-04-04 03:31
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时间：2024-04-06 20:05
我们俗称的锂电池其实分为锂金属电池和锂离子电池两种。
1、锂金属电池
锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。放电反应原理为：Li+MnO2=LiMnO2。
2、锂离子电池
锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。充电正极上发生的反应为：LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子)；充电负极上发生的反应为：6C+XLi++Xe- = LixC6；充电电池总反应：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6。
今天来详解一下锂电池工作原理和结构，让大家全方位的了解锂电池。
锂电池结构示意图
了解锂电池工作原理之前，我们先大概了解下锂电池的组成部分，如下示意图：
（1）正极
—— 活性物质一般是钴酸锂或者锰酸锂，镍钴锰酸锂等材料，电动车则普遍是用镍钴锰酸锂（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、性能不好或成本过高而逐渐淡出视野，导电极流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。
（2）隔膜
—— 一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
—— 溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，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。
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。
2、锂电池放电过程
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跑到正极；锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
3、电池保护板
顾名思义，电池保护板主要是针对可充电电池（一般指锂电池）起保护作用的集成电路板。锂电池（可充型）之所以需要保护，是由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂电池总会有保护板和一片电流保险器出现。下图为电池板保护电路。PTC：正温度系数热敏电阻；NTC：负温度系数热敏电阻，在环境温度升高时，其阻值降低，使用电设备或充电设备能够及时反应，控制内部中断而停止充放电；U1为电路保护芯片，U2为两个反接的MOSFET开关。正常状态下电池板U1的CO和DO都输出高电压，两个MOSFET都处于打开状态，电池可以自由充放电。
过充电保护：当U1检测到电池电压达到过充保护门限，CO管脚输出低电平，MOS管开关2由导通转为关闭，充电回路关断，充电器无法再对电池充电，从而实现过充保护。
过放电保护：在电池放电过程中，当U1检测到电池电压低于过放保护门限时，DO脚由高电平转变为低电平，MOS管开关1关闭，使电池无法再放电；过放电保护状态下电池电压不能再降低，要求保护电路的电流极小，控制电路进入低功耗。过流保护：正常情况下，电池对负载进行放电，电流经过两个串联的MOS管开关，VM管脚检测到两个MOS管的压降电压为U。若负载因某种原因导致U异常，使回路电流增大，当U大于一定值时，DO管脚由高电压转变为低电压，MOS管开关1关闭，从而使放电回路电流为零，达到过电流保护作用。
