鋰離子電池原及基礎(chǔ)知識介紹課件

1、鋰離子電池基礎(chǔ)知識Sept., 2010鋰離子電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池的歷史人類對便攜能源的追求：高能量密度，高性能，方便快捷，經(jīng)濟環(huán)保不懈追求高能電池鋰電池聚合物電解質(zhì)安全問題炭負極聚合物鋰離子繁榮的鋰離子電池石墨負極鋰離子Li固體電解質(zhì)安全活性材料二次電池70年代1989 年1993 年90 年代應(yīng)用領(lǐng)域的深化和拓展鋰離子電池的歷史人類對便攜能源的追求：高能量密度，高性能，方鋰離子電池應(yīng)用鋰離子電池應(yīng)用鋰離子電池種類按外形：圓柱形、方形、異形按包裝材質(zhì)：鋼殼、鋁殼、鋁塑軟包裝按電解液：液態(tài)鋰離子、凝膠聚合物、固體聚合物按構(gòu)造：層疊式、卷繞式按性能：高能量、高功率（高倍率）按應(yīng)用：便攜小器件、

2、電動能源鋰離子電池種類按外形：圓柱形、方形、異形鋰離子電池特點優(yōu)點：能量密度高單電池電壓高污染小，綠色環(huán)保不足:安全（在逐步提高）價格（現(xiàn)在很便宜了）鋰離子電池特點優(yōu)點：鋰離子電池的構(gòu)造五要素：正極材料：含鋰的過渡族金屬化合物負極材料：炭材料隔離膜：PP、PE類電解液：含鋰鹽的有機電解液包裝：軟包裝、鋼殼、鋁殼鋰離子電池的構(gòu)造五要素：鋰離子電池正極材料種類：Ni、Co、Mn的化合物：鈷酸鋰，鎳錳鈷鋰，鎳鈷鋰，尖錳磷酸鹽類：磷酸鐵鋰，磷酸釩鋰結(jié)構(gòu)：層狀結(jié)構(gòu)三維隧道結(jié)構(gòu)特點（鈷酸鋰）：藍黑色固體粉末易吸潮真實密度5g/cc，振實密度2.5g/cc，粒度8um容量140mAh/g鋰離子電池正極材料種

3、類：鈷酸鋰鈷原子層、氧原子層和鋰原子層交替堆疊而成的層狀晶體結(jié)構(gòu)化學(xué)式：LixCoO2通過高溫?zé)Y(jié)制造的陶瓷材料鈷氧鋰鈷酸鋰鈷原子層、氧原子層和鋰原子層交替堆疊而成的層狀晶體結(jié)構(gòu)鈷酸鋰的電性能可逆容量：140mAh/g平臺: 3.9-4.0V電壓范圍: 3.0-4.3V01505010034VmAh/gIrrRev首次充電首次放電鈷酸鋰的電性能可逆容量：140mAh/g015050100鈷酸鋰的電性能LiCoO2過充區(qū)域安全使用范圍3.04.05.0LiCoO2Li0.5CoO2Li0.8CoO2極度危險區(qū)域完全失效區(qū)域0mAh/g137mAh/g200mAh/g鈷酸鋰的電性能LiCoO2安全

4、使用范圍3.04.05.0Li鋰離子電池負極材料種類：炭材料家族：人造石墨、天然石墨、硬炭非炭類：硅炭、錫合金結(jié)構(gòu)（石墨）：層狀結(jié)構(gòu)特點：黑色固體粉末真實密度2.2g/cc，振實密度1.1g/cc，粒度20um容量340mAh/g鋰離子電池負極材料種類：石墨和石墨層間化合物鋰離子存儲在石墨層中，以一定的結(jié)構(gòu)形式存在，形成化合物L(fēng)ixC6(0 x 1) ，稱之為石墨層間化合物（GICs)，不同x對應(yīng)不同狀態(tài)GICs。石墨和石墨層間化合物鋰離子存儲在石墨層中，以一定的結(jié)構(gòu)形式存石墨的電性能幾個平臺？平臺：0.3-0.05V可逆容量：300-360mAh/g不可逆容量：首次充電過程損失部分RevIr

5、rSEI石墨的電性能幾個平臺？RevIrrSEI充電后的負極石墨顏色變化黑色淡藍色黃褐色金黃色觀察我們的負極化學(xué)活性非?；顫姡隹諝庖籽趸?，遇水劇烈反應(yīng)拆電池時要注意熱穩(wěn)定性溫度越高越活潑，熱穩(wěn)定性差充電后的負極石墨顏色變化鋰離子電池電解液溶劑有機碳酸脂溶劑環(huán)狀脂：EC、PC、GBL鏈狀脂：DEC、DMC、EMC、MPC鹽大陰離子鋰鹽LiPF6、LiBF4特點：密度：1.2g/cc電導(dǎo)率：8mScm粘度：3.5mPas（大約是水的三倍）要求極低的水分含量（我們在充氮氣手套箱中灌注電解液）控制HF含量鋰離子電池電解液溶劑有機碳酸脂溶劑鋰離子電池電解液鋰離子電池電解液電解液作用環(huán)狀脂的作用：電解質(zhì)

6、鹽強電離溶劑高沸點鏈狀脂的作用：稀釋電解液部分電離鹽的作用一般使用狀態(tài)：2550環(huán)狀脂7550鏈狀脂 1M LiPF6水分、HF20ppm電解液作用環(huán)狀脂的作用：電解液對電池的影響SEI電解液對SEI層質(zhì)量起主導(dǎo)作用內(nèi)阻產(chǎn)生一定的內(nèi)阻大電流時的濃差極化較大熱穩(wěn)定性高溫時部分溶劑可能氣化，鼓脹電池鹽在高溫下分解加速安全有氧化燃燒的危險電解液對電池的影響SEI鋰離子電池隔離膜多孔有機高分子膜（某些聚合物電池例外）：PP膜、PE膜、復(fù)合膜特點：孔隙率：45孔徑：500（20容量衰減）環(huán)境影響：3040度表現(xiàn)最佳，50度衰減加速較大為什么會衰減？材料界面循環(huán)性能一般要求：倍率性能一般使用對倍率的要求約

7、1C大電流電池要求很高的倍率放電性能，如5C，10C等。倍率性能一般使用對倍率的要求約1C自放電自放電比較小，常溫存儲5/月。正常自放電來源？自蝕內(nèi)部微電流消耗異常情況？微短路雜質(zhì)腐蝕材料不穩(wěn)定自放電自放電比較小，常溫存儲5/月。高溫存儲測試在某種SOC下，一定溫度下存儲后的容量保持率、內(nèi)阻變化和厚度增長。一般測試溫度有60、80、85度對軟包裝電池，最重要的是厚度增長不能超標（一般要求90（25儲存28天后）外包裝材料鋁塑膜90Ah單體電池基本參數(shù)標稱電壓3.8V額定容量90Ah（1電動車電池組基本參數(shù)項目小箱體大箱體備注數(shù)量7個3個共10個每箱電池數(shù)量32支64支每車總計416支組合方式4并8串4并16串額定電壓30.4V60.8V電壓范圍2433.6V4867.2V單體3.04.2V絕緣電阻50M50M使用A