鋰電池基本原理1ppt課件

1、 聚合物鋰電池基礎(chǔ)知識聚合物鋰電池基礎(chǔ)知識東莞市西特新能源科技有限公司東莞市西特新能源科技有限公司鋰離子電池基本知識鋰離子電池基本知識v鋰離子電池的分類及優(yōu)點鋰離子電池的分類及優(yōu)點v電池行業(yè)的常見術(shù)語電池行業(yè)的常見術(shù)語v鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理v鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)1 鋰離子電池的分類及優(yōu)點鋰離子電池的分類及優(yōu)點v鋰離子電池的分類鋰離子電池的分類v根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池(lithium ion battery, 簡稱為簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池

2、和聚合物鋰離子電池(polymer lithium ion battery, 簡稱為簡稱為LIP)兩兩大類。聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料大類。聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同不同, 鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì)鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚而聚合物鋰離子電池則以凝膠聚合物電解質(zhì)來代合物鋰離子電池則以凝膠聚合物電解質(zhì)來代替替, 這種聚合物可以是這種聚合物可以是“干態(tài)的干態(tài)的,也可以是也可以是“膠態(tài)的膠態(tài)的,目前大部分采用聚合物膠體電

3、解目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。質(zhì)。v聚合物鋰離子電池可分為三類：聚合物鋰離子電池可分為三類： v1.固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。電解質(zhì)為聚合物與鹽固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低，適于高的混合物，這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低，適于高溫使用。溫使用。v2.凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。即在固體聚合物電解凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。即在固體聚合物電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導(dǎo)率，使電質(zhì)中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導(dǎo)率，使電池可在常溫下使用。池可在常溫下使用。v3. 聚合物正極材料的鋰離子電池。采用導(dǎo)電聚合物作為聚合物正

4、極材料的鋰離子電池。采用導(dǎo)電聚合物作為正極材料，其比能量是現(xiàn)有鋰離子電池的正極材料，其比能量是現(xiàn)有鋰離子電池的3倍，是最新一倍，是最新一代的鋰離子電池。代的鋰離子電池。鋰離子電池的優(yōu)點鋰離子電池的優(yōu)點v理論上，與一般的電池相比，鋰離子電池有明顯的優(yōu)點：理論上，與一般的電池相比，鋰離子電池有明顯的優(yōu)點：v1高電壓，鋰離子電池使用高電負(fù)性的含元素鋰電極，使高電壓，鋰離子電池使用高電負(fù)性的含元素鋰電極，使其端電壓高達(dá)其端電壓高達(dá)3.7V， 而而Ni-Cd和和Ni-MH 電池的電壓只有電池的電壓只有1.2V左右左右v2高能量密度，與同等容量的高能量密度，與同等容量的Ni-Cd和和Ni-MH電池相比，鋰

5、電池相比，鋰離子電池的重量輕，其體積比能量是這兩類電池的離子電池的重量輕，其體積比能量是這兩類電池的1.52倍倍v3循環(huán)壽命長，循環(huán)壽命超過循環(huán)壽命長，循環(huán)壽命超過500次次v4安全性高，鋰離子充放電過程中沒有金屬鋰的存在，避安全性高，鋰離子充放電過程中沒有金屬鋰的存在，避免了鋰電池中金屬鋰造成的安全問題免了鋰電池中金屬鋰造成的安全問題v5自放電率低，鋰離子電池在首次充電化成過程中在碳負(fù)極材料自放電率低，鋰離子電池在首次充電化成過程中在碳負(fù)極材料表面形成一層具有鋰離子導(dǎo)電性而對電子絕緣的固體電解質(zhì)中間相膜表面形成一層具有鋰離子導(dǎo)電性而對電子絕緣的固體電解質(zhì)中間相膜SEI），可較好的阻止自放電的

6、發(fā)生，），可較好的阻止自放電的發(fā)生，v6無記憶效應(yīng)無記憶效應(yīng)v7無污染，環(huán)保無污染，環(huán)保v由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì)由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì),與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰電池還有以下優(yōu)勢：電池還有以下優(yōu)勢：vA 形狀可以任意定制，厚度薄，聚合物電池可根據(jù)客戶的需求增加或減形狀可以任意定制，厚度薄，聚合物電池可根據(jù)客戶的需求增加或減少電芯厚度，開發(fā)新的電芯型號有的甚至可以根據(jù)手機(jī)形狀量身定做，少電芯厚度，開發(fā)新的電芯型號有的甚至可以根據(jù)手機(jī)形狀量身定做，以充分利用電池外殼空間，提升電池容量。以充分利用電池外殼空間，提升電池容量。 vB重量輕，聚合物電

7、池重量較同等容量規(guī)格的鋼殼鋰電輕重量輕，聚合物電池重量較同等容量規(guī)格的鋼殼鋰電輕40%，較鋁殼，較鋁殼電池輕電池輕20%。 vC.容量大。聚合物電池較同等尺寸規(guī)格的鋼殼電池容量高容量大。聚合物電池較同等尺寸規(guī)格的鋼殼電池容量高1015%，較，較鋁殼電池高鋁殼電池高510% 2 電池行業(yè)中一些常見的術(shù)語v一次電池一次電池: 只能進(jìn)行一次放電的電池，不能進(jìn)行充電而再利用。只能進(jìn)行一次放電的電池，不能進(jìn)行充電而再利用。v二次電池二次電池: 可反復(fù)進(jìn)行充電、放電而多次使用的電池，也叫蓄電池或充可反復(fù)進(jìn)行充電、放電而多次使用的電池，也叫蓄電池或充電電池。電電池。v標(biāo)稱電壓標(biāo)稱電壓: 電池電池0.2 C放

8、電時全過程的平均電壓，是一個近似數(shù)值。鋰電放電時全過程的平均電壓，是一個近似數(shù)值。鋰電的標(biāo)稱電壓是的標(biāo)稱電壓是3.7Vv額定容量額定容量: 生產(chǎn)廠家標(biāo)明的電池容量，即充滿電的電池在生產(chǎn)廠家標(biāo)明的電池容量，即充滿電的電池在20下以下以0.2C的標(biāo)準(zhǔn)實驗電流放電到終止電壓時所能放出的電量值，用的標(biāo)準(zhǔn)實驗電流放電到終止電壓時所能放出的電量值，用C5表示，表示，單位是單位是Ah或者或者mAh v倍率：是指電池在規(guī)定的時間內(nèi)放出其額定容量時所需要的電流值，它倍率：是指電池在規(guī)定的時間內(nèi)放出其額定容量時所需要的電流值，它在數(shù)據(jù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)，通常以字母在數(shù)據(jù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)，通常以字

9、母C表示。如電池的標(biāo)表示。如電池的標(biāo)稱額定容量為稱額定容量為600mAh為為1C1倍率），倍率），300mAh則為則為0.5C,6A(600mAh)為為10C.以此類推以此類推.v循環(huán)壽命循環(huán)壽命: 電池在一定條件下電池在一定條件下200.2 C5）,反復(fù)充放電，當(dāng)電池容量反復(fù)充放電，當(dāng)電池容量等性能達(dá)到規(guī)定的要求以下時所發(fā)生的充放電次數(shù)。等性能達(dá)到規(guī)定的要求以下時所發(fā)生的充放電次數(shù)。v內(nèi)阻內(nèi)阻: 電池正極與負(fù)極之間的電阻，是集流體、電極活性物質(zhì)、隔膜、電電池正極與負(fù)極之間的電阻，是集流體、電極活性物質(zhì)、隔膜、電解液的電阻之和，理論上，其值越小性能越好。電池內(nèi)阻是鋰離子電池解液的電阻之和，理論

10、上，其值越小性能越好。電池內(nèi)阻是鋰離子電池性能的重要參數(shù)。電池內(nèi)阻的數(shù)值不僅影響了電池的功率特性、電池的性能的重要參數(shù)。電池內(nèi)阻的數(shù)值不僅影響了電池的功率特性、電池的放電倍率，同時也是電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性的一個重要表征。放電倍率，同時也是電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性的一個重要表征。 v放電平臺放電平臺: 放電平臺是電池放電曲線的一個直接的表征。即電池完全充電放電平臺是電池放電曲線的一個直接的表征。即電池完全充電后，以一定速率的電流放電時，電壓下降相對緩慢的那段時間。通常以后，以一定速率的電流放電時，電壓下降相對緩慢的那段時間。通常以1C放電至放電至3.6V的時間表示放電平臺。是衡量電池好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)的時間表示

11、放電平臺。是衡量電池好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)v終止電壓：電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓終止電壓：電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓v自放電：又稱荷電保持能力，是指電池在開路狀態(tài)下，其自身內(nèi)部物質(zhì)自放電：又稱荷電保持能力，是指電池在開路狀態(tài)下，其自身內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而致使電池能量容量損失的現(xiàn)象。如自放電較大的電發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而致使電池能量容量損失的現(xiàn)象。如自放電較大的電池往往表現(xiàn)為儲存一段時間后出現(xiàn)低電壓或零電壓的現(xiàn)象。池往往表現(xiàn)為儲存一段時間后出現(xiàn)低電壓或零電壓的現(xiàn)象。 3 鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)負(fù)極負(fù)極 隔膜隔膜電解液電解液鋁塑膜鋁塑膜鋁鎳復(fù)合帶鋁鎳復(fù)合帶正極正極鋰離子電池鋰離子電池 同所

12、有的化學(xué)電源一樣，鋰離子電池也由正極、負(fù)極、隔膜紙、電解液和外殼等組成。1、正極:電池反應(yīng)的主體，主要反應(yīng)活性物質(zhì)為LiCoO2，電池反應(yīng)過程中Li+的提供者，正極片是由LiCoO2粉末調(diào)成膏狀涂覆在鋁箔上烘干壓制而成。 2、負(fù)極:與正極匹配成為電池反應(yīng)的另一個主體，主要反應(yīng)活性物質(zhì)為 C，電池反應(yīng)過程中Li+的接收者，負(fù)極片是由石墨粉末調(diào)成膏狀涂覆在銅箔上烘干壓制而成。3、隔膜:置于正極與負(fù)極之間起隔離作用，主要是防止正極與負(fù)極直接接觸而導(dǎo)致電池內(nèi)部短路。它可以讓電解液中的鋰離子自由穿過，但具有良好的電子絕緣性。4、電解液:電池反應(yīng)過程中，作Li+來回移動的載體，一般采用LiF6作 電解質(zhì)溶

13、解于EC/DMC/EMC等混合酯類物質(zhì)中而形成有機(jī)電解液。5、鋁塑膜:起包裝的作用，具要求有良好的耐沖壓，電絕緣，耐電解液腐蝕，耐熱封6、鋁鎳復(fù)合帶:用作正負(fù)極極耳，起到與外電路導(dǎo)通的作用 4 鋰離子電池的工作原理v鋰離子電池是以鋰離子電池是以Li+嵌入化合物為正負(fù)極的二次電池，實際嵌入化合物為正負(fù)極的二次電池，實際上是一個鋰離子濃差電池，正負(fù)極由兩種不同的鋰離子嵌入上是一個鋰離子濃差電池，正負(fù)極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成化合物組成v 通常正極采用鋰化合物，負(fù)極采用鋰通常正極采用鋰化合物，負(fù)極采用鋰-碳層間化合物，電解碳層間化合物，電解質(zhì)為鋰鹽的有機(jī)電解液質(zhì)為鋰鹽的有機(jī)電解液v在充放電過

14、程中，在充放電過程中， Li+在兩個電極間往返嵌入和脫出，被形在兩個電極間往返嵌入和脫出，被形象的成為象的成為“搖椅式電池?fù)u椅式電池”鋰離子電池正極主要成分為含鋰化合物，負(fù)極主要為碳材料,充電時正極反應(yīng)：LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- 負(fù)極反應(yīng)：C + xLi+ + xe- CLix 電池總反應(yīng)：LiCoO2 + C Li1-xCoO2 + CLix 放電時發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。 鋰離子電池的電化學(xué)原理鋰離子電池的電化學(xué)原理v鋰電池的正極材料是含鋰化合物，且該化合物能可逆地嵌入鋰電池的正極材料是含鋰化合物，且該化合物能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子負(fù)極是碳。當(dāng)對電池進(jìn)行充電時，電池的正極與脫嵌鋰離子負(fù)極是碳。當(dāng)對電池進(jìn)行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動到負(fù)極。同上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動到負(fù)極。同時電子的補(bǔ)償從外電路供給碳負(fù)極，保證負(fù)極的電荷平衡，時電子的補(bǔ)償從外電路供給碳負(fù)極，保證負(fù)極的電荷平衡，而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子