锂离子电池简介
锂离子电池简介
锂离子电池简介2017-021.锂离子电池原理充电的时候，在外加电场的影响下，正极材料LiCoO2中的锂元素脱离出来，变成带正电荷的锂离子（Li+），在电场力的作用下，从正极移动到负极，与负极的碳原子发生化学反应，生成LiC6，于是从正极跑出来的锂离子就很“稳定”的嵌入到负极的石墨层状结构当中。
从正极跑出来转移到负极的锂离子越多，电池可以存储的能量就越多。
放电的时候刚好相反，内部电场转向，锂离子（Li+）从负极脱离出来，顺着电场的方向，又跑回到正极，重新变成钴酸锂分子（LiCoO2）。
从负极跑出来转移到正极的锂离子越多，这个电池可以释放的能量就越多。
在每一次充放电循环过程中，锂离子（Li+）充当了电能的搬运载体，周而复始的从正极→负极→正极来回的移动，与正、负极材料发生化学反应，将化学能和电能相互转换，实现了电荷的转移，这就是“锂离子电池”的基本原理。
由于电解质、隔离膜等都是电子的绝缘体，所以这个循环过程中，并没有电子在正负极之间的来回移动，它们只参与电极的化学反应。
2.锂离子电池构成锂离子电池内部需要包含几种基本材料：正极活性物质、负极活性物质、隔离膜、电解质。
正负极需要活性物质，是为了更容易参与化学反应，从而实现能量转换。
正负极材料不但要活泼，还需要具有非常稳定的结构，才能实现有序的、可控的化学反应。
一般选用锂的金属氧化物，如钴酸锂、钛酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元等材料。
负极通常选择石墨或其他碳材料做活性物质。
电解质是锂离子传导的介质，要求锂离子电导率要高，电子电导率要小（绝缘），化学稳定性要好，热稳定性要好，电位窗口要宽。
人们找到了由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、和必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的电解质。
有机溶剂有PC（碳酸丙烯酯），EC（碳酸乙烯酯），DMC（碳酸二甲酯），DEC （碳酸二乙酯），EMC（碳酸甲乙酯）等材料。
电解质锂盐有LiPF6，LiBF4等材料。
锂离子电池
锂离子电池容易与下面两种电池混淆 （1）锂电池：以金属锂为负极。 （2）锂离子电池：使用非水液态有机电解质。 （3）锂离子聚合物电池：用聚合物来凝胶化液态有机溶剂，或者直接用全固态电解质。锂离子电池一般以石 墨类碳材料为负极。
发展过程
1970年，埃克森的ingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。锂电池的正极 材料是二氧化锰或氯化亚砜，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电。锂离子电池（Li-ion Batteries）是锂电池发展而来。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。这种电池也可以充电， 但循环性能不好，在充放电循环过程中容易形成锂结晶，造成电池内部短路，所以一般情况下这种电池是禁止充 电的。
工作原理
作用机理
锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。 锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱 嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱 嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被 形象地称为“摇椅电池”。
《锂离子电池介绍》课件
02
锂离子电池的组成
正极材料
01
02
03
04
作用
正极材料是锂离子电池的重要 组成部分，主要负责存储和释
放能量。
常见种类
包括三元材料、钴酸锂、磷酸 铁锂等。
特点
具有较高的能量密度、循环寿 命长、自放电率低等特点。
应用
广泛应用于电动汽车、混合动 力汽车、手机、笔记本电脑等
领域。
负极材料
作用
负极材料是锂离子电池 的另一个重要组成部分 ，主要负责存储锂离子
VS
详细描述
电池组装通常在洁净的环境中进行，以确 保产品质量。组装过程包括将正负极片叠 放在一起，中间夹上隔膜，然后注入电解 液。最后，通过封装形成完整的电池。电 池的封装形式有多种，如圆柱形、扁平型 和棱柱形等。
电池测试
总结词
电池测试是确保电池性能和质量的重要环节 ，包括电性能测试、安全性能测试和循环寿 命测试等。
电极制备
总结词
电极制备是将正负极材料涂布在金属箔上，形成集流体和活 性物质的结构。
详细描述
电极制备过程中，首先将正负极材料与粘结剂混合，制成浆 料。然后，将浆料涂布在金属箔上，经过干燥和碾压，形成 电极片。电极片的质量直接影响电池的电化学性能和生产成 本。
电池组装
总结词
电池组装是将正负极片、隔膜和电解液 等组件组装在一起，形成完整的电池结 构。
回收与环保问题
总结词
锂离子电池回收和环保问题亟待解决
详细描述
锂离子电池中含有有毒有害物质，如钴、镍 等重金属和有机溶剂等。这些物质对环境和 人体健康造成潜在威胁。同时，锂离子电池 回收技术尚不成熟，回收率较低，也给环保
带来压力。
锂离子电池介绍
3 锂离子电池产业链
中国锂离子电池产量：
3 锂离子电池产业链
2016年动力电池市场份额：
3 锂离子电池产业链
• 五、航天军工电源 • 1.大型舰船类动力电源（航线、战船、大型邮轮、货轮等) • 2.航空飞行器所用动力电源(大型民航客机、商务飞机、直升机、战斗机 等飞行器具所用动力电源) • 3.航天载具动力电源系统(航天飞机、卫星、火箭、导弹等) • 4.军用装甲车，民用大型挖掘器械所用动力电源(坦克、装甲车、军用大 型装甲车辆、民用大型挖掘器械、大型吊车等)
汇报完毕 感谢您的聆听
报告人：肖益帆
2 锂离子电池性能指标
充电效率和放电效率： 充电效率是指电池在充电过程中所消耗的电能转化成电池所能储存的化学能程度的量度。主要受电
池工艺、配方及电池的工作环境温度影响，一般环境温度越高，则充电效率越低。 放电效率是指在一定的放电条件下放电至终点电压所放出的实际电量与电池的额定容量之比，主要
受放电倍率，环境温度，内阻等因素影响，一般情况下，放电倍率越高，则放电效率越低。温度越低， 放电效率越低。 自放电率：
分散剂（如NMP）、极耳、铝塑膜等。 • 电池成本分布如右图：
主要企业有：中信国安、宁波容百锂电 （金和锂电）、杉杉股份、江苏国泰、 贝特瑞、当升科技、天齐锂业、湖南中 科星城石墨、湖南中锂、新乡中科、星 原材质、惠强、新宙邦、天赐、国泰华 荣、北化所、香河昆仑、湖北中一等。
3 锂离子电池产业链
2014-2018年中国锂电正极材料产量及预测(单位：万吨)
锂离子电池简介
1.锂离子电池哪一年商业化？锂离子电池首次由日本Sony公司在1990年研制成功并实现商业化。
2.锂离子电池工作原理。
以炭为负极，钴酸锂（LiCoO2）为正极为例。
充电过程中，锂离子从正极脱出，释放一个电子，三价钴氧化成四价钴，锂离子通过电解质嵌入负极，维持电荷平衡；放电过程中，电子从负极流经外部电路到达正极，在电池内部，锂离子通过电解液嵌入到正极，正极得到外电路一个电子，四价钴还原成三价钴。
3.锂离子电池的组成。
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和外包装组成。
其中，正极、负极、隔膜和电解液是锂离子电池的四大主材。
4.锂离子电池正极材料的作用。
锂离子电池正极材料不仅作为电极材料参与电化学反应，还要作为锂离子源。
5.锂离子电池正极材料应该满足哪些条件？①比容量大，这就要求正极材料具有低的相对分子质量，且其宿主结构中能插入大量锂离子；②工作电压高，这就要求体系放电反应的吉布斯自由能负值要大；③高倍率下的充放电性能好，这就要求锂离子在正极材料内部和表面的扩散速率大；④循环寿命长，这就要求锂离子脱出和嵌入正极材料的过程中，正极材料的结构变化要尽可能小；⑤安全性好，这就要求材料具有较高的化学稳定性和热稳定性；⑥容易制备，对环境友好，价格便宜。
6.锂离子电池正极材料有哪些？锂离子电池正极材料一般为含锂的过渡金属氧化物或聚阴离子化合物，包括LiCoO2、LiMnO2、LiFeO4及其相关衍生材料。
含锂的过渡金属氧化物作为锂离子电池正极材料的优势。
过渡金属往往具有多种价态，可以保持锂离子嵌入和脱出过程中的电中性；另外，过渡金属氧化物对锂有较高的电极电势，可以保证电池具有较高的开路电压。
一般来说，对锂电势，过渡金属氧化物＞过渡金属硫化物；3d过渡金属氧化物＞4d过渡金属氧化物＞5d过渡金属氧化物。
3d过渡金属氧化物中，尤其以含Co、Ni、Mn元素的锂金属氧化物为主。
7.锂离子电池负极材料应该满足哪些条件？①低氧化还原电位，以满足锂离子电池具有较高的输出电压；②锂离子脱嵌过程中的电极电位变化较小，以保证充放电的电压波动小；③脱嵌锂离子过程中的结构稳定性和化学稳定性好，以使电池具有较高的循环寿命和安全性；④具有高的可逆比容量；⑤良好的锂离子导电性和电子导电性，以获得较高的充放电倍率和低温充放电性能。
锂离子电池介绍
如果发现锂离子电池膨胀，应立即停止使用 该电池，因为这可能是电池内部短路或过充 的迹象，可能导致爆炸或火灾等安全问题。
电池的保养与维护
定期检查
定期检查锂离子电池的外观、连接和性能，以确保电池正常工作 并避免潜在的安全问题。
清洁
使用干燥的布或纸巾清洁锂离子电池的表面，以去除灰尘和污垢， 保持电池外观整洁并确保散热良好。
电池检测与包装
对电池进行性能检测，确保其符合规格要求，并进行包 装。
生产设备与设施
材料混合设备
用于混合正负极材料和电解液的 设备。
涂布设备
用于将正负极材料涂布在金属箔 上的设备。
干燥设备
用于去除电极材料中的水分和气 体的设备。
检测与包装设备
用于对电池进行性能检测和包装 的设备。
注液与密封设备
用于将电解液注入电芯中并进行 密封的设备。
充电和存储
在充电和存储过程中，应遵循制造商的指示，确保锂离子电池得到 适当的充电和存储，以保持其性能和延长其寿命。
06
锂离子电池的发展趋势与未 来展望
技术创新与突破
固态电解质
固态电解质是下一代锂离子电池的关键技术，具有更高的 能量密度和安全性，能够解决现有锂离子电池的安全问题 和寿命问题。
锂硫电池
材料准备
根据电池规格和性能要求，选择合适的正负 极材料、电解液和隔膜。
涂布与碾压
将正负极材料涂布在金属箔上，并进行碾压， 以调整其厚度和密度。
干燥与除气
去除涂布后的电极材料中的水分和气体，以确保 电池性能稳定。
卷绕与组装
将正负极、隔膜和集流体等材料卷绕在一起，组成 电池的电芯。
注液与密封
将电解液注入电芯中，并进行密封，以形成完整 的电池结构。
锂离子电池知识介绍
放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到正 极中。
二、锂离子电池工作原理
锂离子电池工作原理图
四、锂离子电池各组成部分工作原理说明
• 正极材料：
当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反 之。一般采用嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、 LiMn2O4、LiFePO4 等，正极的作用就是提供锂源和存储锂离子。
• 负极材料：
做为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物， 如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等 和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz等，负极的 作用就是存储从正极嵌入的锂离子。
四、锂离子电池各组成部分工作原理说明
• 电解液：
电解液的电解质为无机盐LiPF6，溶剂主要是一些有机物液体， PC（碳酸丙烯酯），EC（碳酸乙烯酯），DMC（碳酸二甲酯），DEC （碳酸二乙酯），EMC（碳酸甲乙酯）等。
随着技术及产品研究的深入，锂离子电池的应用范围将会进一步 扩大，将会遍及到我们生活中的各个领域。
锂电实验室 刘云峰
• 外壳：
电池组装完成后，放置到电池外壳中。 外壳类型有铝壳、钢壳、铝塑膜等。 外壳的作用就是能够安全、密封的存放电芯及电解液。
三、锂离子电池各组成部分工作原理说明
• 锂离子电池充电原理图
锂离子电池组装完成后，首先要对电池 进行充电激活，锂离子电池的充电过程 分三个阶段：预充电阶段；恒流充电阶 段；恒压充电阶段。预充电阶段是在电 池电压低于3V时，电池不能承受大电流 的充电，这时有必要以小电流对电池进 行浮充；恒流充电阶段，当电池电压达 到3V时，电池可以承受大电流的充电， 这时应以恒定的大电流充电，以使锂离 子快速均匀转移；恒压充电阶段，当电 池电压达到4.2V时，达到了电池承受电 压的极限，对电池进行进行恒压充电。
锂离子电池简介
锂离子电池1.锂离子电池：（摇椅电池）锂离子电池是一种充电电池（二次电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。
在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
2.锂电池：锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
3.自放电：电池不与外电路连接时，由内部自发反应引起的电池容量损失。
4.比能量：单位重量或单位体积的能量。
比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。
Wh 是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克(重量单位)，L是升(体积单位)。
5.记忆效应：镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象。
锂离子电池不存在这种效应。
6.锂离子电池结构：正极、负极、隔膜、电解液、外壳等部分组成。
（1）负极：锂-碳层间化合物LixC6（2）正极：钴酸锂LiCoO2：有开路电压高，放电平稳，比能量大，能高速放电，循环性能好等特点，具有较好的应用前景。
但是由于Co资源有限，价格昂贵，生产成本高以及污染等缺点。
镍酸锂LiNiO2：比钴酸锂便宜，而且锂镍氧化物的理论容量为274mAh/g实际容190~210 mAh/g。
自放电低，对电解液要求低，没有污染。
但是合成比较苛刻，电池安全性能不好，热力学和电化学稳定性不好。
锰酸锂LiMn2O4：理论容量为148mAh/g实际容量为120mAh/g左右，价格便宜，而且对环境没有污染。
但是高电压充电是电解液容易分解以及锰在电解液中的分解而导致它的循环性能不是很好，而且热稳定性不好。
（尖晶石型LiMn2O4属立方晶系，易转化成层状LiMnO2）磷酸铁锂LiFePO4：a.优点：寿命长、使用安全、耐高温（电热峰值）、无记忆效应、耐过充性能良好.b.两大缺点：离子扩散速率低、电子导电率低三元材料复合锂镍锰钴氧化物LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2：（333材料）有比容量高的优势，而且安全性也相对较好，价格相对较低，与电解液的相容性好，循环性能优异，是最有可能在小型通讯和小型动力领域同时应用的电池正极材料，甚至有在大型动力领域应用的可能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
鋰離子電池的充電特性圖
Fig. 1. Charge Characteristics for ICP1003450A Cell. 2.0 5.0
藍線表電流曲線 黑線表電壓曲線 紅線表電容量 %
120
Char ge : Constant Current-Constant Voltage Charge to 4.2V at 23'C.
循環壽命 ( Cycle Life )：二次電池在特定狀態下，其性能還維持在 特定基準以上所能得到的充放電循環次數
貨架壽命 ( Shelf Life )：可確保電池性能符合出貨規格之有效期限
(Ⅴ) 鋰離子電池的性能及安全
常見的性能測試項目
常見的安全測試項目
放電特性試驗 壽命特性試驗 儲存特性試驗 客戶的特殊要求 電池組試驗項目
例：電池的額定電容量為 1800 mAh 0.2 C 的充放電速率, 相當於 360 mA 的充放電電流 0.5 C = 900 mA, 1 C = 1800 mA, 1.5 C = 2700 mA, 1 C = 3600 mA
鋰離子電池常用的術語 (續)
其他常見的名詞
內部交流阻抗 ( ACR, Alternating Current Resistance )：電池或電 池組對特定頻率交流電之對抗或阻力
(Ⅵ) 鋰離子電池的應用領域
各種可隨身擕帶或騎乘的電子產品或交 通工具。
筆記型電腦、手機、攝影機、照相機、 VCD、DVD、PDA、電動工具、照明器 …..。 電動腳踏車、機車、太陽能車…..等。
各式各樣的鋰離子電池組
無線電對講機 ( Walkie-Talkie ) DVD 放影機 ( DVD Player )
Protection for Lithium-ion Batteries
There are usually 3 levels of protection against overcharge built into devices using Lithium-ion batteries;
能元科技股份有限公司
E-ONE MOLI ENERGY CORP.
鋰離子電池簡介
2006 年 6 月 戴尤美/Steve Hsiao
Confidential 禁止翻印
鋰離子電池簡介
鋰離子電池的發展史 外型、結構及組成 工作原理及電化學反應 鋰離子電池常用的術語 鋰離子電池的性能及安全 鋰離子電池的應用領域 鋰離子電池的使用注意事項
4.0 1.5
100
1.0
Voltage (V)
Current (A)
3.0
60 2.0 40
0.5 1.0 20
0.0
0.0 0 1 Time (hrs) 2 3
0
實線部份為 1 C 充電；虛線部份則為 0.5 C 的充電曲線
Capacity (%)
1600mA
800mA
80
不同放電速率下的電壓曲線 Rated Capability
(Ⅰ) 鋰離子電池的發展史
1990 年由日本 SONY 成功商品化 1991 圓形鋰離子電池上市 (Sony) 1995 方形鋼罐鋰離子電池上市 (GS、ATB) 1997 方形鋁罐鋰離子電池上市 (Sanyo) 1999 年被日本人稱爲是高分子鋰電池的元年 可攜式產品的盛行及輕薄短小的需求，促使韓國、台 灣、中國大陸等相繼投入開發與生產 由於鋰離子二次電池的出現僅是在近十年左右，目前 對此電池的性能提升與改進仍持續進行中 2004年 電動工具鋰離子動力電池上市
DOD and SOC
DOD 0 % , SOC 100 %
DOD ( Depth of Discharge)：放電深度 SOC ( State of Charge)：蓄電狀態 DOD & SOC 都以 % 為單位 DOD 60% = SOC 40%
DOD 60 % SOC 40 %
DOD 100 % , SOC 0 %
例：600 mAh 表示以 600 mA 放電,可持續 1 小時
如以 300 mA 工作, 則可持續放電 2 小時
瓦特小時數 ( Wh, 能量單位, W＝V× I )
例：1 Wh 表示 1 W 放電, 可維持1小時
額定電容量 ( Nominal Capacity )：電池在室溫下，以 0.2 C 的放電電流，放電至 3.0 V 截止可釋出的電容量 電池可提供的電容量會隨環境溫度、放電電流與截止 電壓定義不同而有差異
Voltage (V)
3
-20'C -10'C
2
Charge:Constant Current-Constant Voltage, 1.6A, 4.2V, 2.5hr at 23'C. Discharge: Constant Current, 0.32A, Cut off at 3.0V.
1
0 0 200 400 600 800 1000 Capacity (mAh) 1200 1400 1600 1800
數字碼：什麼是18650 ? 什麼是1003450？
英文碼：最後一碼 A, B, C …表不同版次的電容量
鋰離子電池常用的術語 (續)
電容量 ( Capacity )
電容量：在特定放電狀態下，完全充飽之電池或電池 組可放出之總安培小時數或瓦特小時數
安培小時數 ( Ah 200 400 600 800 1000 Capacity (mAH) 1200 1400 1600 1800
不同放電溫度下的電壓曲線
Fig. 4. Discharge Temperature Characteristics for ICP1003450A Cell. 5
4
60'C 45'C 23'C
助導劑
鋰之吸收材料 Carbonate solvent Salt
Carbon Black
石墨,碳纖維,特殊金屬材料 EC/DEC/PC/DMC/EMC LiPF6, LiBF4 PE, PP, PP/PE/PP
絕緣元件, 罐體材料(Fe/Al), 保護元件 PTC, thermal fuse
(Ⅲ) 工作原理及電化學反應
正極：LiCo2O , Li2Mn2O4 … 負極：碳粉 , 石墨
隔離膜：PP , PE
電解液：LiPF6, 有機溶劑
充電反應 正極：LiCoO2 Li1-xCoO2 + x Li+ + x e負極：6C + x Li+ + x eLixC6 放電反應 全反應：6C + LiCoO2 LixC6 + Li1-xCoO2
鋰離子電池之優缺點
優點
高電壓（3.6V） 減少串聯，增加可靠度 能量密度高 自放電小 高放電能力及可快速充電 高溫運作（45~60℃）優良 （鎳鎘電池的致命傷） 無記憶效應
鎳氫或鎳鎘 1.2 V/Cell 缺點
鋰離子 3.6 V
價格較高 電池對電壓敏感度高,需要 保護線路保護
燃燒試驗
鋰離子電池的保護設計與元件
低壓斷路設計
斷路壓力 機構設計 安全閥種類 開閥壓力 Bi-metal ( 雙金屬 ) Thermal Fuse ( 熱保險絲 ) PTC ( Positive Temperature Coefficient, 正溫度係數 )
安全閥設計
溫度電流保護元件
行動電話 ( Cellular Phone )
數位相機 ( Digital Camera )
Other Pack Applications
Molicel Safety Design
Outline
What Happens on Overcharge Cell level Safety Pack Safety (Protection Circuits) Charging Techniques Discharging Issues Approvals
Li-Ion
(Ⅱ) 外型、結構及組成
不同外形的鋰離子單電池
圓形電池
方型電池
鋼罐電池
高分子( polymer )電池
鋁罐電池
圓形電池的結構
上帽蓋 (＋)
PTC 裝置 密封絕緣環 上絕緣片
洩氣孔 安全閥
正極柄
隔離紙
罐體 (－)
下絕緣片
負極片 負極柄 正極片
方形電池的結構 (鋁罐)
密封絕緣環
安全閥 負極柄 隔離紙
負極端
正極柄
正極片 負極片 正極罐體
鋰離子電池的組成及材料
鋰 離 子 電 池 正 極 含鋰之金屬氧化物 導電基材 接著劑 負 極 電 解 液 隔離紙 其他材料 LiCoO2,LiMn2O4… etc Al Foil (＋), Cu Foil (－) PVDF, SBR/CMC
Fig. 2. Discharge Characteristics for ICP1003450A Cell. 5 4
0.5C
0.2C
Voltage (V)
3
2.0C 1C
2
Charge:Constant Current-Constant Voltage, 1.6A, 4.2V, 2.5hr. Discharge:Cut 0ff at 3.0V. Temperature: 23'C.
室溫下的循環壽命特性
Fig. 6. Cycle Life Characteritics for ICP1003450A Cell at 23¢ J 120 100