锂离子电池
《锂离子电池》课件
安全性能与环境影响
安全性能
锂离子电池的安全性能是其应用领域的重要考量因素。由于锂离子电池内部存在 可燃物质，不当使用或过充过放可能导致电池起火或爆炸。因此，提高锂离子电 池的安全性能是技术发展的重要方向。
环境影响
锂离子电池在使用和处理过程中可能对环境产生一定影响。主要包括废旧电池处 理问题、电解液泄漏和重金属元素释放等。因此，发展环保型的锂离子电池技术 也是当前的重要研究方向。
能量密度与功率密度
能量密度
锂离子电池的能量密度是指单位体积或质量所存储的电能，是衡量电池储能能 力的重要指标。提高能量密度是锂离子电池技术发展的重要方向。
功率密度
锂离子电池的功率密度是指单位体积或质量所输出的电能，是衡量电池快速充 放电能力的重要指标。提高功率密度有助于提升电动汽车等设备的加速性能和 响应速度。
为锂离子电池产业提供更广阔的发展空间。
06
锂离子电池的挑战与解决 方案
锂离子电池的安全问题与解决方案
总结词
锂离子电池的安全问题是当前面临的重要挑 战，包括过热、过充、短路等情况下的安全 隐患。
详细描述
为了解决锂离子电池的安全问题，需要采取 一系列措施，如改进电池设计、提高电池管 理系统智能化水平、加强生产工艺控制等。 此外，研发新型安全材料也是重要的研究方
工作原理
锂离子电池通过锂离子在正负极之间的迁移实现电能的储存和释放。充电时，锂离子从正极脱出，通过电解液和 隔膜迁移到负极并嵌入；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解液和隔膜迁移到正极并嵌入，同时电子通过外电 路传递形成电流。
锂离子电池的种类
01
02
03
根据正极材料
钴酸锂、磷酸铁锂、三元 材料等。
根据用途
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》课件
能量密度
表示电池每单位重量或体积所能储存的能量，单位为瓦时每千克（Wh/kg）或瓦 时每升（Wh/L）。
电池的循环寿命与自放电率
循环寿命
指电池在特定充放电条件下能够维持 性能参数的时间，通常以充放电循环 次数来表示。
自放电率
通过掺杂金属离子或进行表面改性 ，可以改善正极材料的电化学性能 和循环稳定性。
负极材料的制备
负极材料的选择
常用的负极材料包括石墨、硅基材料 、钛酸锂等，选择合适的负极材料对 电池性能至关重要。
表面处理与改性
通过表面涂覆、化学处理、物理气相 沉积等方法对负极材料进行改性，以 提高其电化学性能和循环稳定性。
装配工艺流程
电池的装配工艺流程包括正负极片的切割、涂布、碾压、制片、装 配等环节，每个环节都需要严格的质量控制和工艺参数的优化。
电池的性能测试
电池装配完成后需要进行性能测试，如电化学性能测试、安全性能测 试等，以确保电池的质量和可靠性。
04 锂离子电池的性能参数与 测试
电池的容量与能量密度
电池容量
合成方法
负极材料的合成方法与正极类似，也 有多种方法可供选择，如固相法、化 学气相沉积法、电化学沉积法等。
电解液的制备
电解液的组成
锂离子电池电解液主要由 有机溶剂、锂盐和其他添 加剂组成。
电解液的制备方法
电解液的制备方法包括直 接混合法、共沸精馏法、 离子交换法等。
电解液的性能要求
电解液需要具有良好的离 子导电性、化学稳定性、 电化学稳定性以及安全性 等。
表示电池在不使用情况下，电量自行 减少的速度，通常以每月电量减少的 百分比来表示。
《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。
什么是锂离子电池
什么是锂离子电池锂离子电池(Li-ion)是锂电池发展而来。
所以在介绍Li-ion 之前，先介绍锂电池。
举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。
锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。
电池组装完成后电池即有电压,不需充电.这种电池也可能充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,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。
后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。
当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。
而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。
回正极的锂离子越多，放电容量越高。
我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
在Li-ion 的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。
Li-ion 就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。
所以Li-ion 又叫摇椅式电池。
2.锂离子电池电池有哪几部分组成？（1）电池上下盖（2）正极——活性物质为氧化锂钴（3）隔膜——一种特殊的复合膜（4）负极——活性物质为碳（5）有机电解液（6）电池壳（分为钢壳和铝壳两种）3.锂离子电池电池有哪些优点？哪些缺点？锂离子电池具有以下优点：1）单体电池的工作电压高达3.6-3.8V：2）比能量大，目前能达到的实际比能量为100-115Wh/kg 和240-253Wh/L（2 倍于Nl-Cd，1.5 倍于Ni-MH）,未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg 和400 Wh/L3）循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000 次.对于小电流放电的电器,电池的使用期限将倍增电器的竞。
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。
锂离子电池工作过程及原理
锂离子电池工作过程及原理1. 引言1.1 锂离子电池是什么锂离子电池是一种利用锂离子在正负极之间移动来存储和释放电能的电池。
它是目前应用最广泛的二次电池之一，被广泛应用于手机、电动汽车、笔记本电脑等设备中。
锂离子电池的工作原理是利用正极材料（如钴酸锂、磷酸铁锂等）和负极材料（如石墨、硅等）之间锂离子的嵌入和脱嵌来存储和释放电能。
在充电过程中，锂离子从正极脱嵌并嵌入负极；在放电过程中，锂离子则从负极脱嵌并嵌入正极，通过这种方式实现电能的转化。
与传统的镍镉电池和铅酸电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和轻量化等优点。
由于其优良的性能特点，锂离子电池在电动车、储能系统、无人机等领域有着广阔的应用前景。
随着新材料、新工艺的不断发展，锂离子电池的性能将不断提升，未来将更好地满足人们对能源存储和利用的需求。
1.2 发展历程锂离子电池的发展历程可以追溯到20世纪70年代初期。
当时，由美国斯坦福大学的研究团队首次提出了使用锂金属作为负极材料的概念。
随后的几十年里，科研人员们陆续进行了大量实验，并不断改进和完善锂离子电池的结构和性能。
在1991年，索尼公司首先成功商业化了锂离子电池，推出了第一款可供消费者购买的锂离子电池产品，从此开启了锂离子电池在消费电子领域的广泛应用。
随着移动通讯设备的普及和电动汽车市场的兴起，锂离子电池的需求量急剧增加，促使了锂离子电池技术的进一步发展和创新。
近年来，随着能源存储需求的不断增长，锂离子电池正在逐渐成为各种领域的首选能源储存解决方案。
与此为了提高循环寿命、安全性能和能量密度等关键指标，科研人员们还在不断开展关于锂离子电池的研究工作，以期不断推动其发展到新的高度。
锂离子电池已经成为现代社会中不可或缺的能源储存技术之一，并且将在未来得到进一步的发展和应用。
1.3 应用领域在电动汽车领域，锂离子电池作为动力源已经逐渐取代了传统燃油发动机，成为未来新能源汽车的主要驱动力。
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可逆电池
电化学与热力学的联系：
可逆电池
构成可逆电池的必要条件：
原电池
电解池
化学反应可逆
能量变化可逆
可逆电池
原电池： • 化学能转变为电能的装臵
• 较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的 金属（负极）流向较不活泼的金属（正极）
构成原电池的条件： • 有两种活性不同的金属（或其中一种是非金属
三、锂离子电池基础知识
简介
• • • • • • • 电池的特点 锂离子电池的分类及命名 锂离子电池的工作原理 锂离子电池基本性能及其术语 锂离子电池基本构成及重要原材料 锂离子电池主要性能的影响因素 锂离子电池的生产工艺流程
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电池的特点
电池的特点
工作电压高
锂离子电池的工作电压为4.2V~3.0V， 标称电压为3.7V。
用途最广的电池 － 碱锰电池
现代碱锰电池的结构如图 :
电池的发展历史
锌银电池
1941年，法国的Herri Andre 发表了锌银电池的实用性论文并 于1943年获得了美国专利。锌银 电池内阻小、放电功率大、电性 能稳定、比能量高，多用于电子 、通信、航空航天、国防等领域 。
电池的发展历史
二次电池的起源 －铅蓄电池
二次电池
Lead-Acid Batteries
电池的分类
二次电池
Nickel-Cadmium Batteries
电池的分类
二次电池
Nickel-Metal Hydride Batteries
电池的分类
二次电池
Lithium-Ion Batteries
电池的分类
二次电池
Lithium Polymer Batteries
阳极
法拉第定律
在电极界面上发生化学变化物质的质量与通入的电量 成正比。
Q m nM M zF
m － 电极上反应物的质量； n － 电极上反应物的物质的量 ； Q － 通入的电量； Z － 电子的得失数； M － 电极上反应物的摩尔质量; F － 法拉第常数,其数值 F＝9.648456×104 C／mol
电池的特点
能量密度高
锂离子电池的体积比能量大于 300Wh/L，质量比能量达110 ～120Wh/kg，分别是Ni/Cd电 池和Ni/MH电池的2.5倍和1.5 倍。
电池的特点
无记忆效应 锂离子电池可以长期浅充浅放而不影响容量。
电池的特点
自放电率小 锂离子电池的自放电率约为2%/月，适于串、并联后制成高容量的 电池组。
太阳能电池
光电效应太阳能电池的工作原理 太阳光照在半导体p-n结上，形 成新的空穴-电子对，在p-n结电场 的作用下，空穴由n区流向p区， 电子由p区流向n区，接通电路后 就形成电流。
电池的发展历史
未来的希望 － 燃料电池
燃料电池按电化学方式直接将化学能转化为电能，效率高，无 污染，被认为是21世纪首选的洁净、高效的能源技术。 1839年，英 国的Grove发明了第一个燃料电池装臵。
法拉第定律
法拉第定律是电化学上最早的定量的基本定律，揭示 了通入的电量与析出物质之间的定量关系。该定律在任何 温度、任何压力下均可以使用，没有什么限制条件。
电解质溶液
Kohlrausch 离子独立移动定律
德国科学家Kohlrausch 根据大量的实验数据，发现在无限稀释溶 液中，每种离子独立移动，不受其它离子影响，电解质的无限稀释摩尔 电导率可认为是阴、阳两种离子无限稀释摩尔电导率之和：
电池的分类
太阳电池
Solar Batteries In Space
电池的分类
太阳电池
Solar Cell Phone Battery
电池的分类
燃料电池
Fuel Cell
电池的分类
燃料电池
NEC’s prototype at CETEC 2003 Ave. 14W, Max 24W, 12V 50mW/cm2 Module 900g including 300g MeOH Module size 270x270x40mm NBPC total weight 2kg Run-time 5Hrs with 300g 10wt% MeOH
化学电池按照工作特性和储存方式可以分为：
• 一次电池→又称原电池，即不能再次充电的电池， 如锌锰电池和锂电池等； • 二次电池→又称蓄电池，即可充电电池，如铅酸 电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等； • 燃料电池→正、负极本身不包含活性物质，活性 材料连续不断从外部加入的电池； • 储备电池→电池储备时不接触电解质，直到电池 使用时，才加入电解液，如镁氯化银（海水电池）。
1864年，法国的Georges Leclanche发明了勒克朗舍电池，其 电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，因此获得了广泛应用。后几 经改良，成了现今一次电池工业的基础。
电池的发展历史
干电池
1888年，美国的Carl Gassner 将负极改为锌制圆筒， 兼作容器，发明了著名的干电池 ；1898年，世界上第一款商业化 的碳锌干电池 －－ “Columbia” 在美国正式发售。
导体）作电极插入电解质溶液中 • 两电极相连形成闭合电路
原电池示意图
原电池电子流动
e¯
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e¯
Cu2+(aq) + 2 e¯ → Cu(s)
总反应:
Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
可逆电池
电解：
在外电路中并联有一个有一定电压的外电源，则有电流从外加电 源流入电池，迫使电池中发生化学变化，此时电能就转变为化学能，该 电池就称为电解池。
电池的发展历史
绿色电池 － 镍氢电池
电池的发展历史
锂一次电池
1971年，日本松下电器公司的福田雅太郎首先发明了锂氟化碳 电池并获得应用，锂电池由此走向实用化和商品化。由于锂电池固 有的高比能量特性，世界各国竞相开发各种新型锂电池以满足日益 增长的需求，于是相继出现了锂碘电池（1972）、锂铬酸银电池（ 1973）、锂二氧化硫电池（1974）、锂亚硫酰氯电池（1974）和 锂二氧化锰电池（1976）等。
1859年，法国的Plante发明出用铅做电极的电池。这种电池能 够充电，可以反复使用，所以称它为铅蓄电池。这就是现代二次电 池的起源。 20世纪70年度，又出现了新型的阀控密封铅酸电池。
电池的发展历史
二次电池的起源 －铅蓄电池
Pb(s) + PbO2(s) + H2SO4(aq) ↔ 2 PbSO4(s) + H2O(l)
电池的发展历史
干电池
现代干电池的基本结构示
意图
电池的发展历史
用途最广的电池 － 碱锰电池
1945年，电解二氧化锰的使用，又极大地提高了锌锰电池的各 项性能；1950年，Hesbert制成了第一个商品化的碱性锌锰电池。 现在，世界上产量最大、用途最广的一次电池即为高性能碱锰电池 。
电池的发展历史
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电池的发展历史
电池的发展历史
电池的诞生－福特电堆
1791年，意大利的Luigi Galvani 发现了以金属片接触青蛙 肌肉时，有收缩的现象的发生， 当时他误以为此现象为青蛙肌肉 所产生的动物电流所致。
电池的发展历史
电池的诞生－福特电堆
1799年，意大利的Alessandro Volta 为了说明了该现象实际上是因不同金属片 间的电位差透过青蛙肌肉作为电解液而产 生的电流所致，将许多锌片与银片之间垫 上浸透盐水的绒布或纸片，平叠起来，成 功的制成了世界上第一个电池──伏特电 堆。
使用温度范围广
锂离子电池可以在-20~60°C的环境下正常工作。
电解池示意图
总反应: Zn2+(aq) + Cu(s) → Zn(s) + Cu2+(aq)
电化学应用
1、电解 精炼和冶炼； 电解法合成； 电镀及氧化着色； 2、电池 广泛应用于交通、宇航、照明、通讯 、生化和医疗等方面。 3、电化学分析 4、生物电化学及传感器
二、电池简史
简介
• 电池的发展历史 • 电池的分类 • 各类电池性能比较
电池的发展历史
锂聚合物电池
1993年，Bellcore公司首先报导了采用PVdF工艺制造的锂聚合 物电池，而1999年被日本称为锂聚合物电池的元年，以松下公司为 首的6家公司开始生产商品化的锂聚合物电池。其工作原理与液态锂 离子电池相同，但它材料柔软、不漏液，易于制成超薄型和任意形 状的电池。
电池的发展历史
电池的发展历史
未来的希望 － 燃料电池
1958年，就职于GE公司的 Grubb与Niedrach使用磺化的聚苯 乙烯离子交换膜作为电解质，获得 了第一个质子交换膜燃料电池（ PEMFC），并在双子星座项目中得 到了应用 。PEMFC的工作原理如 右图所示：
电池的分类
电池的分类
电池的分类
电池的分类
内容简介
• 电化学入门 • 电池简史 • 锂离子电池基础知识
一、电化学入门
简介
• • • • • •
电化学研究对象 基本概念 法拉第定律 电解质溶液 可逆电池的电动势 电化学的应用
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电化学研究对象
电化学主要是研究电能和化学能之间的相互转化及转 化过程中有关规律的科学。
电解
电能
电池
化学能
基本概念
电池的分类
一次电池
Zinc-Air Batteries
电池的分类
一次电池
Carbon-Zinc Batteries
电池的分类