锂离子电池原理及基础知识介绍ppt

锂离子电池 ppt课件

类别钴酸锂锰酸锂安全比容量循环寿电压材料性能 mAh/ 命/次平台成本 g 差较好较好很好 145 105 160 150 ＞500 ＞ 500 ＞800 ＞ 1500 目前，磷酸铁锂材料最适合制作大型动力电池，已成为世界各国竞相研究和开发的重要方向。
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所占成本比重 40% 25%
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正极材料的要求
1. 具有较高的氧化还原电位，使
电池输出电压高 2. 可利用活性物质高，容量高 3. 充放电过程中，结构稳定 4. 氧化还原电位变化小 5. 化学稳定性好，与电解质反应小 6. 较高的电子和离子导电率，大电流充放电性能好 7. 价格便宜，对环境无污染
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几种正极材料应用优劣势比较
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聚合物锂离子电池
（1）固体聚合物电解质锂离子电池
（2）凝胶聚合物电解质锂离子电池（3）聚合物正极材料的锂离子电池
由于用固体电解质代替了液体电解质 , 与液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50％以上。
1.
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常见负极材料
电极电动势
比容量
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金属锂负极
由于锂在溶解沉积的过程中生成枝晶，导致电极的表面积不断增大，新增加的表面由于生成 SEI 膜导致与集体的接触不良，因此锂的溶解沉积效率较低。
充电前
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充电后
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《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》课件

指电池在特定条件下可以储存的电量，通常以毫安时（mAh）或安时（Ah）为单位。
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。

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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。

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1.7 磷酸铁锂电池性能简介
磷酸铁锂电池的特点
1 安全性能卓越由其本身的晶体结构和物理性质决定的。4在
0～350℃之间热量变化很小，因此磷酸铁锂电池的安全性很好，不会出现爆炸的现象。我们公司的测试数据表明：18650型磷酸铁锂电池3C过充、过放性能良好，且振动、短路、针刺、碰撞、挤压、跌落等安全性测试，及其他相关测试项目，均达到认证的要求。
工作原理
通常状态：
保护时刻采样电池电压和充放电回路中电流，当电池电压在过放电检出电压以上且在过充电检出电压以下，回路中的电流小于过流检测电流时，充放电控制用管均打开，这时可自由充放电，这种状态叫通常状态。
过充电保护：防止电池的特性劣化、起火及破裂，确保安全性
在通常充电状态下，当电池电压达到或超过过充电检测电压，并持续时间超过过充电检测延时时间时，保护端输出低电平，使过充电控制用管关断，将回路断开。过充电回复一般是电池电压低于过充电释放电压时，过充电控制用管重新打开。恢复至通常状态。另外, 还必须注意因噪声所产生的过度充电检出误动作，以免判定为过充保护。因此，需要设定延迟时间，并且延迟时间不能短于噪声的持续时间。
2.锂离子电池各部件简介
▪ 2.1 ▪ 2.2 ▪ 2.3 ▪ 2.4 与的比较 ▪ 2.5 线材、插头
2.1
有哪几种？根据所适用的电池特性来分，有适合一节使用的板，当然也就有适
合两节、三节、四节的板。值得注意的是，由于不同的制造商生产的特性各不相同，各公司按各自电池的特性设计出的单节或多节电池板是不能互换使用的： 1）所选用的也不一样，主要指过充电检测电压。 2）采用不同的管由于其内阻不一，所以根据工作电流应选用不同的； 3）识别电阻、码片不一样 4）物理性能不同如长、宽、厚等 5）设计电路也不同如：采用升压、降压、大电流、温度保护或发光特性等因此不同的公司生产的产品，板是没有通用性的。按照板的材料划分，则有两种。一种是普通的玻璃纤板也称硬板，另一种是柔性电路板。硬板的板基材料是玻璃纤维，其绝缘性、高频电特性都很好，但较脆，不能弯曲。在电池保护电路中常用的是0.4~0.8厚的玻纤板。另一种是柔性板。它的板基材料是聚脂或聚酰亚胺，其特点是柔性好、可弯曲成90°安装，其厚度一般为0.1左右，所以占的体积小，适合小型电池块使用，但成本高，是玻纤板的3~5倍。

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1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的种类
电解质
壳体/包装
隔膜
集流体
液态锂离子电池液态
不锈钢、铝
聚合物锂离子电池
胶体聚合物
铝/PP复合膜
25μPE
没有隔膜或个 μPE
铜箔（负极）和铝箔（正
极）
铜箔（负极）和铝箔（正
极）
1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的种类
由于聚合物锂离子电池使用了胶体电解质不会象液体电液泄露，所以装配很容易，使得整体电池很轻、很薄。也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50％以上。此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比液态锂离子电池有所提高。基于以上优点，聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。
1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的种类按形状分类：圆柱形、方形和扣式(或钱币形)；
按正极材料分类：氧化钴锂型、氧化镍锂型和氧化锰锂型
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的工作原理
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的工作原理
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的工作原理
2 锂离子电池的原理和特性
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的充电原理
锂离子电池的充电过程分：
预充电阶段；恒流充电阶段-1C 恒压充电阶段。4.1V一4.2V
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的充电原理
预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。

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4.电解质
2015年，全球电解液整体产量为11.1万吨，同比增长34.3%；中国电解液产量为6.9万吨，同比增长52.7%；从增长速度来看，中国电解液产量的增长速度明显高于全球。
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电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料组成，在一定条件下，按一定比例配制而成的，其中电解质在电解液成本中比重最大，也是电解液中技术壁垒最高的环节。
锂离子电池
纲要
1.介绍 2.正极材料
3.负极材料
4.电解质材料 5.隔膜材料
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1.介绍
锂离子电池结构组成
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工作原理
锂离子电池是一种以 Li+ 在正负极入嵌和脱嵌来回循环的二次储能电池。正极一般采用插锂化合物（右图以 LiCoO2为例），负极目前广泛使用石墨层间锂化合物 LixC6 ，电解质主要是 LiPF6 、 LiClO4等有机溶剂，溶剂分为碳酸乙烯酯 EC 、碳酸丙烯酯 PC 、碳酸二甲酯 DMC 和氯碳酸酯ClMC。充电时， Li+ 从正极脱出，经过电解质嵌入到负极，此过程中伴随电子从正极沿外电路到达负极，保持正负极电荷平衡；放电时， Li+ 从负极脱嵌，经电解质回归正极，同时电子从外电路经负载返回，故可以看做是一个可逆过程。所以一般要求 Li+ 在正负极来回入嵌、脱嵌过程中正负极材料晶体结构不会发生明显变化，而只引起材料层间距的变化。
单层 PE 25 21
单层 PE 25 26
离子阻抗/Ω cm2
2.23
2.55
1.36
1.85
2.66
2.56
孔隙率/% 熔化温度/℃

《锂离子电池介绍》课件

性能有重要影响。
发展趋势
寻找高比容量、高稳定性、低成本的负极材料
是当前的研究重点。
电解液
作用
电解液在锂离子电池中起到传输锂离子的作用，是电池内部
电荷转移的媒介。
种类
主要包括有机电解液和无机电解液。
性能特点
电解液的离子电导率、电化学稳定性、闪点等对电池的安全性能和使用寿命有重要影响。
发展趋势
安全问题
锂离子电池在过充、过放、高温等条件下可能发生燃烧或爆炸，对使用者和环境造成威胁。
解决方法
采用高安全性的材料，如阻燃电解质和高温稳定的正负极材料。同时，加强电池管理系统，防止电池过充和过放，并实时监测电池温度和电压，确保电池在安全范围内工作。
锂离子电池的回收与再利用问题
回收与再利用问题
随着锂离子电池的大规模应用，废旧电池的处理和资源回收成为了一个重要的问题。
锂离子电池的种类
圆柱形锂离子电池
常见于电子产品，如手机、笔记本电脑等。
方形锂离子电池
扣式锂离子电池
常用于小型电子设备，如手表、计算器等。
适用于电动汽车、储能系统等领域。
锂离子电池的应用领域
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电子产品
由于其高能量密度和较长的使用寿命，锂离子电池广泛应用于手机、笔记本电脑等电子产品。
开发新型电解液体系以提高电池性能和安全性是当前的研究
重点。
隔膜
作用
隔膜在锂离子电池中起到隔离正负极，防止短路的作用，同时允许锂离子的通过。
性能特点
隔膜的孔径、孔隙率、透气性等对电池的充放电性能和使用寿命有重要影响。
种类
主要包括聚烯烃隔膜和聚酯隔膜等。
发展趋势