鋰電知識培訓(xùn)

1、1鋰電知識培訓(xùn)鋰電知識培訓(xùn)2目錄目錄p 鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池初識及特點(diǎn)p 鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池組成的四要素p 鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理p 鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池的安全性測試p 鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池為什么要保護(hù)？p 鋰離子電池正極材料鋰離子電池正極材料p 鋰離子電池廠家介紹鋰離子電池廠家介紹p 記憶效應(yīng)的解釋記憶效應(yīng)的解釋3鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池為什么要保護(hù)

2、？鋰離子電池正極材料鋰離子電池正極材料鋰離子電池廠家介紹鋰離子電池廠家介紹記憶效應(yīng)的解釋記憶效應(yīng)的解釋4p 鋰的氧化/還原電位為-3.03V,原子序?yàn)?，它是地球上最輕的金屬。這種輕但能量密度高的金屬是小尺寸可充電電池的理想材料。p 電極材料具有層狀或隧道結(jié)構(gòu)。在鋰離子電池中，此結(jié)構(gòu)提供鋰離子容易進(jìn)出的管道與快速的遷移率，可增加電池循環(huán)壽命。鋰金屬的特點(diǎn)鋰金屬的特點(diǎn)5p 高的能量密度鋰離子電池密度約為鉛蓄電池的3倍、鎳鎘電池的2倍、鎳氫電池的1.5至2倍之間，與相同容量的鎳鎘電池和鎳氫電池相比較，鋰離子電池的重量減少了一半，體積縮小了20%到50%。p 高的工作電壓（3.6V）鋰離子電池能提供

3、的電壓是鎳鎘和鎳氫電池的三倍從而減少了需求電池的數(shù)量，使用于小型化的電子設(shè)備。 p 無記憶效應(yīng) 和鎳鎘鎘電池不同，鋰離子電池?zé)o因重復(fù)的淺充放電而引起充電容量減少的記憶效應(yīng)，因此，什么時候充電都可以。p 安全性高 因鋰離子電池正極使用的是鋰的氧化物，而無金屬鋰，故其安全性高。 鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)6鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池正極材料鋰離子電池正極材料鋰離子電池廠家介紹鋰離子電池廠家介紹記

4、憶效應(yīng)的解釋記憶效應(yīng)的解釋7p 正極：鋰氧化物（鋰鈷(LiCoO2)、鋰鎳(LiNiO2) 及鋰錳(LiMn204) ）p 負(fù)極：石墨系碳和非石墨碳材p 電解液：液態(tài)電解質(zhì)溶液鋰離子電池采用溶有鋰鹽的非質(zhì)子有機(jī)溶劑為電解液 固體聚和物電解質(zhì) 將有機(jī)電解質(zhì)溶液作為增塑劑加入到聚合物基質(zhì)材料形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，并使之固定化。p 隔膜鋰離子電池四要素鋰離子電池四要素89鋰電池材料種類可能造成的危害：材料危害材料危害10鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池為什么要

5、保護(hù)？鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池正極材料鋰離子電池正極材料鋰離子電池廠家介紹鋰離子電池廠家介紹記憶效應(yīng)的解釋記憶效應(yīng)的解釋11p 鋰離子電池是一個濃度電池。p 在充電時，Li+從正極脫出，嵌入負(fù)極。放電時，Li+從負(fù)極脫出，插入正極材料中。充放電過程中，Li+在正負(fù)極間嵌入脫出往復(fù)運(yùn)動猶如來回擺動的搖椅或往復(fù)運(yùn)動的羽毛球，因此這種電池又被稱為 “Rocking-chair”電池。工作原理工作原理12p 正極與負(fù)極皆使用層狀化合物，而這些層狀化合物必須要能夠容許鋰離子的進(jìn)出，而不使材料結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化，如此才能讓鋰離子在充放電過程中往返于正負(fù)極之間。p 由下圖可表達(dá)出這樣的概念，當(dāng)充

6、電時由外界輸入電能，鋰離子由能量較低的正極被趕往負(fù)極中而成為能量較高的狀態(tài)，放電反之。工作原理工作原理13充放電過程圖充放電過程圖14p 一般地，鋰離子電池以恒壓的方法和恒流方法充電。如下圖，一小時后電池已充電約90%，兩小時后則充電到99%。鋰離子電池充放電特性鋰離子電池充放電特性15鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池正極材料鋰離子電池正極材料鋰離子電池廠家介紹鋰離子電池廠家介紹記憶效應(yīng)的解釋記憶效應(yīng)的

7、解釋16p 內(nèi)部短路測試要求不爆炸、不燃燒電安全性測試電安全性測試p 外部短路測試要求不爆炸、不燃燒，最高溫度不超過150測試溫度：25方法：用一條最大電阻為0.1歐姆的銅導(dǎo)線將電池正負(fù)極直接連接p 過充電測試要求不爆炸、不燃燒、不漏液方法：1C的電流對電池充以其額定容量250%的電量p 反常充電測試要求不爆炸、不燃燒，最高溫度不超過150充滿電電池測試方法：用電壓為12V，電流為3C的直流電源為電池充電48小時p 過放電測試17p 擠壓測試要求不爆炸、不燃燒、方法：將電池放在兩平行的鋼板之間，且電極片平面也與鋼板平行，在鋼板上施以13KN的力物理安全性測試物理安全性測試p 沖擊測試要求不爆炸

8、、不燃燒、環(huán)境溫度：25條件：充滿電測試方法：將直徑為15.8mm的圓柱狀棒垂直放在電池的正極頂部，將一個重量為9.1Kg的重物從61cm高處跌落在圓木上p 振動測試要求不爆炸、不燃燒、不漏液環(huán)境溫度：25條件：充滿電方法：電池在振幅0.8mm、頻率在10-55Hz,XYZ方向以1Hz/分震動90分.p 自由落體測試p 針刺測試p 跌落測試要求不開裂、不燃燒充滿電池方法：將電池從1.9mm高處、以任意方向自由跌落在水泥地面上10次。18環(huán)境安全性測試環(huán)境安全性測試p 加熱測試要求不爆炸、不燃燒、充滿電電池方法：將電池放在烘箱中，以每分鐘52速率升高溫度至1502，并保持此溫度10分鐘p 高溫貯

9、存測試要求無氣體產(chǎn)生、不漏液，電池容量降低量小于2%新做電池測試方法：充滿電電池儲存在溫度為85烘箱中48小時將充滿電的電池儲存在溫度為90的烘箱中4小時p 高濕貯存測試要求無氣體產(chǎn)生、不漏液新做電池充滿電電池儲存在溫度為60、相對濕度為90%的環(huán)境中30天p 高原模擬測試要求不爆炸、不燃燒、不漏液充滿電池將電池放在大氣壓強(qiáng)為11.6KPa的環(huán)境中6小時p 溫度循環(huán)測試要求不爆炸、不燃燒、不漏液p 焚燒p 油浴p 微波加熱p 耐菌性19鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池的安

10、全性測試鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池正極材料鋰離子電池正極材料鋰離子電池廠家介紹鋰離子電池廠家介紹記憶效應(yīng)的解釋記憶效應(yīng)的解釋20p 鋰離子電池的負(fù)極主要是碳或石墨，它能儲存及釋放鋰離子。一旦過充電發(fā)生，鋰離子變成鋰金屬沉積在碳或石墨表面。因?yàn)殇嚱饘俜浅；顫?，任何沖擊或其它原因都能導(dǎo)致其燃燒；p 鋰離子電池的電解液為易燃的有機(jī)物。因此，一旦錯誤充電導(dǎo)致過充電電壓出現(xiàn)，在電壓達(dá)到4.7V以上時，鋰離子電池將過度發(fā)熱，甚至燃燒；p 過充電會使正極材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使材料具有很強(qiáng)的氧化性，可能將電解液中溶劑氧化，過程不可逆，熱量積累會引發(fā)熱失控。p 電池電壓平臺高，即能

11、量密度很高，如果發(fā)生熱失控，放出的熱量相對較高。為何鋰離子電池保護(hù)更關(guān)鍵？為何鋰離子電池保護(hù)更關(guān)鍵？21p 保護(hù)鋰離子電池的作用1、防止過充電電壓2、防止放電超過限定值3、防止過電流4、短路保護(hù)5、防止電池溫度過高6、防止電池內(nèi)部壓力的升高22鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池正極材料鋰離子電池正極材料鋰離子電池廠家介紹鋰離子電池廠家介紹記憶效應(yīng)的解釋記憶效應(yīng)的解釋23p 正極材料也叫嵌鋰化合物，在充電時

12、，Li+從正極脫出，嵌入負(fù)極。放電時，Li+從負(fù)極脫出，插入正極材料中。即在充放電過程中，Li+在正負(fù)極間嵌入脫出往復(fù)運(yùn)動猶如來回擺動的搖椅或往復(fù)運(yùn)動的羽毛球。p 根據(jù)工作原理，正極材料在性質(zhì)上一般應(yīng)滿足：p 在要求的充放電電位范圍，與電解質(zhì)溶液具有相容性；p 溫和的電極過程動力學(xué)；p 高度可逆性；p 在全鋰化狀態(tài)下穩(wěn)定性好。p 結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：p 層狀或隧道結(jié)構(gòu)，以利于鋰離子的脫嵌，且在鋰離子脫嵌時無結(jié)構(gòu)上的變化，以保證電極具有良好的可逆性能；p 鋰離子在其中的嵌入和脫出量大，電極有較高的容量，并且鋰離子嵌脫時，電極反應(yīng)的自由能變化不大，以保證電池充放電電壓平穩(wěn)；p 鋰離子在其中應(yīng)有較大的

13、擴(kuò)散系數(shù)，以使電池有良好的快速充放電性能；p 正極材料研究的熱點(diǎn)主要集中在層狀LiMO2和尖晶石型LiM2O4結(jié)構(gòu)的化合物（M=Co、Ni、Mn、V等過渡金屬離子）。市面上較為常見的是鋰鈷(LiCoO2)、鋰鎳(LiNiO2) 及鋰錳(LiMn204)三種。正極材料正極材料24p 鋰鈷電池p 類似-NaFeO2的層狀結(jié)構(gòu)。理論容量為274mAh/g，實(shí)際可逆容量約為：120150 mAh/g。p 能夠大電流放電，并且其放電電壓高，放電平穩(wěn)，循環(huán)壽命長，比容量偏低。p 鋰鈷氧化物最為普遍且制造容易，但是原料蘊(yùn)藏量最少，價格最貴。p 最早用于商品化的鋰離子蓄電池的正極材料，也是目前廣泛應(yīng)用于小型便

14、攜式電子設(shè)備（移動電話、筆記本電腦、小型攝像機(jī)等）的正極材料。p 在實(shí)際應(yīng)用中，該材料電化學(xué)性能優(yōu)異，熱穩(wěn)定性好；在過充電條件下，由于鋰含量的減少和金屬離子氧化水平的升高，材料的穩(wěn)定性降低。正極材料知識正極材料知識25p 鋰鎳電池p 2D層狀結(jié)構(gòu)，與鋰鈷極相似。理論容量為274mAh/g，實(shí)際可逆容量約為：190210 mAh/g。p 比能量高，安全性一直無法尋得適當(dāng)?shù)慕鉀Q。大電流充放能力差、穩(wěn)定性差，存在安全隱患。p 自放電率低，沒有環(huán)境污染，對電解液的要求較低。p 與LiCoO2相比，從價格上看，比LiNiO2昂貴；從結(jié)構(gòu)上看，兩者結(jié)構(gòu)相同，取代容易。p LiNiO2摻雜改性研究的很多，包

15、括Na、Ca、Mg、Al、Zn、B、F、S、Co、Mn、Ti、Cr、Cu、Fe等，其中Co的摻雜研究的較早，也較為成功，比容量達(dá)180 mAh/g。摻雜能提高LiNiO2的熱穩(wěn)定性及其安全性。在LiNiO2正極材料中添加Co、Mn、Ca、F等可增加其穩(wěn)定性，提高充放電容量和循環(huán)壽命。p LiNi0.8Co0.2O2（鎳鈷固熔體），為層狀結(jié)構(gòu)，比容量：180至190 mAh/g，循環(huán)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是最具有應(yīng)用前景的正極材料。鋰鎳材料鋰鎳材料26p 鋰錳電池p 尖晶石型結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)。理論容量283mAh/g，實(shí)際可逆容量160190 mAh/g，最有希望取代鋰鈷氧化物的正極活性物質(zhì)。p 耐過

16、充性能及電池安全性能好 。p 價格最便宜，蘊(yùn)藏量也最豐富。p 需克服較低的能量密度及高溫之熱穩(wěn)定性兩個問題。結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定：即在放電低于某一電壓后，其嵌鋰容量大大降低，且不可逆容量增加。Li-Mn-O2元素能形成多種化合物，不同條件下可相互轉(zhuǎn)化,這也是導(dǎo)致鋰錳氧化物在充放電過程中結(jié)構(gòu)晶型易變、容量衰減快的原因之一。如何保持鋰錳氧化物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性成為當(dāng)今鋰離子電池研究與開發(fā)的熱點(diǎn)。p 其中，最有希望的解決辦法是在鋰錳氧化物中摻雜其他金屬離子。LiMn2O4是最具有發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子電池正極材料之一。p 改善LiMn2O4的循環(huán)性：A、摻雜金屬離子如Cr、Al、Ni等-LiMn2-xMxO2B、合成富鋰

17、的錳鋰氧化物L(fēng)i1+Mn2-O4 p 尖晶石錳系材料雖然價格低廉，但比容量太低，因此在小型商品化鋰離子電池中很難獲得應(yīng)用，但可能在更注意成本及安全性考慮的動力電池中應(yīng)用。p 層狀LiMnO2的循環(huán)性較差 ，嵌鋰電位偏低，其應(yīng)用前景并不樂觀。 鋰錳材料鋰錳材料27p 嵌鋰磷酸鹽電池 p 橄欖石型結(jié)構(gòu)，其平均放電電壓：約3.4V，比容量：約130 mAh/g（理論比容量170 mAh/g）。p 循環(huán)性能較好，突出的優(yōu)點(diǎn)是廉價，存在的問題是大電流放電能力差，放電電壓平臺偏低。熱性能很好。p 由于電導(dǎo)率低，因此低溫下性能較差。p LiFePO4原料來源、成本、環(huán)保及其化學(xué)穩(wěn)定性都令人滿意。被認(rèn)為是下一

18、代鋰離子電池中極有希望的候選材料。但是LiFePO4（受本身容量的限制）不大可能取代Li CoO2作為高容量小型電池的正極材料。p 生產(chǎn)工藝有待提高。 磷酸鹽材料磷酸鹽材料28p 納米正極材料納米正極材料p 已有納米結(jié)晶尖晶石LiMn2O4、鋇鎂錳礦型MnO2納米纖維、聚吡咯包覆尖晶石型LiMn2O4納米管、聚吡咯V2O5納米復(fù)合材料，其高空隙率為鋰離子的嵌入與脫出和有機(jī)溶劑分子的遷移提供了足夠的空間。p 共混電極共混電極p 部分取代鎳共混電極LiNi1-xMxO2（0 x1，M為Co、Al、Mn、Fe、V、Ti等）具有層狀結(jié)構(gòu)。以LiNi1-xCoxO2為正極材料，電池的比容量將大幅度提高。

19、所以LiNi1-xCoxO2將LiCoO2和LiNiO2的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在了一起，應(yīng)用前景廣泛。提高LiNi1-xCoxO2的工作電壓，改善其循環(huán)性能，提高材料的耐過充穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性是其商品化應(yīng)用的關(guān)鍵。p 部分取代錳共混電極由于鋰鈷氧化物和鋰錳氧化物在電極反應(yīng)時收縮和膨脹情況正好相反，因此將兩者制成共混電極可達(dá)到性能互補(bǔ)的目的，從而提高電極的可逆性。摻鈷有助于改善電極的循環(huán)性能。p 三元供混電極Li(NiCoAl)O2、Li(NiMnCo)O2 其它正極材料其它正極材料29p 釩氧化物釩氧化物V2O5正極能提供高工作電壓。通過添加少量過渡金屬氧化物，如Fe2O3、NiO、Co2O3等，在首次充放

20、電后可改善V2O5的晶格結(jié)構(gòu)，提高可逆性，減少容量衰減，比容量最高可達(dá)334mAhg。但目前尚沒有達(dá)到高可逆性和高比容量的統(tǒng)一。以V2O5和Li2CO3為原料，得到富鋰的釩氧化物(Li6V5O15)，比容量達(dá)340mAhg，有很好的嵌入和脫出鋰離子的能力。p 其他層狀化合物其他層狀化合物鋰離子電池的基本反應(yīng)原理是鋰離子在正、負(fù)極層間化合物之間的嵌入和脫出?；谶@一思想，除了已有較多研究的過渡金屬氧化物和過渡金屬二硫化物以外，其他的層狀化合物也得到了應(yīng)用。經(jīng)過苯胺改性后的氧基氯化鐵(FeOCl)具有較高的放電平臺，能夠大電流放電，有望為鋰離子電池的正極材料。但放電電壓尚不夠理想。具有層狀結(jié)構(gòu)的化

21、合物-Sn-（HPO4）作為鋰離子電池正極材料的探索也在進(jìn)行。其它正極材料其它正極材料30鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池初識及特點(diǎn)鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池組成的四要素鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池的安全性測試鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池為什么要保護(hù)？鋰離子電池正極材料鋰離子電池正極材料鋰離子電池廠家介紹鋰離子電池廠家介紹記憶效應(yīng)的解釋記憶效應(yīng)的解釋31p 蘇州星恒1999年 手機(jī)電池材料 鈷酸鋰2004年 電動自行車電池 錳酸鋰 2007年 汽車電池 磷酸鐵鋰p 北京盟固利從事新型復(fù)合金屬氧化物材料和鋰離子動力電池的生產(chǎn)。銷售鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰正極材料和大容量鋰離子動力電池公交大巴p 廈門中橋曾經(jīng)和杭州萬向集團(tuán)電動汽車開發(fā)中心共同開發(fā)HEV、EV用鋰