電池基礎(chǔ)知識(shí)-課件

電池基礎(chǔ)知識(shí)1PPT課件內(nèi)容安排電化學(xué)常識(shí)電化學(xué)應(yīng)用電池的基礎(chǔ)知識(shí)鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)分類歷史研究?jī)?nèi)容基本理論原電池原理電池2PPT課件第一部分電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

3PPT課件化學(xué)分類無機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)物理化學(xué)→分析化學(xué)高分子化學(xué)核化學(xué)生物化學(xué)電化學(xué)

－－－－－→化學(xué)熱力學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)量子化學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)光化學(xué)溶液、膠體和表面化學(xué)電池電解池4PPT課件電化學(xué)名詞1電化學(xué)→研究電現(xiàn)象與化學(xué)現(xiàn)象之間內(nèi) 在聯(lián)系的學(xué)科電化學(xué)系統(tǒng)→電極＋電解質(zhì)

5PPT課件電化學(xué)名詞2電極學(xué)→電極的平衡性質(zhì)和通電后的極 化性質(zhì)，即電極和電解質(zhì)界面 上的電化學(xué)行為電解質(zhì)學(xué)→電解質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)、離子的 傳輸性質(zhì)、參與反應(yīng)離子的 平衡性質(zhì)6PPT課件電化學(xué)起源1791年意大利的伽伐尼發(fā)現(xiàn)以金屬片接觸青蛙腿部肌肉時(shí)，有收縮的現(xiàn)象發(fā)生。7PPT課件伏打電池上述現(xiàn)象1799年被意大利的伏打捕捉到并加以研究，發(fā)明了世界上第一個(gè)電池----伏打電池，即原電池。8PPT課件原電池原理及應(yīng)用9PPT課件原電池的原理較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從較活潑的金屬（負(fù)極）流向較不活潑的金屬（正極）化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置電極電極材料電極反應(yīng)反應(yīng)類型得失電子的粒子電子流動(dòng)方向負(fù)極鋅片Zn－2e－==Zn2+氧化反應(yīng)Zn原子Zn片→Cu片正極銅片2H++2e－==H2↑還原反應(yīng)H+離子10PPT課件組成原電池的條件有兩種活動(dòng)性不同的金屬（或一種是非金屬導(dǎo)體）作電極電極材料均插入電解質(zhì)溶液中兩極相連形成閉合電路11PPT課件正負(fù)極與陰陽極陰極：發(fā)生還原反應(yīng)的電極，得電子陽極：發(fā)生氧化反應(yīng)的電極，失電子正極：電勢(shì)較高的電極負(fù)極：電勢(shì)較低的電極電池：正極→陰極負(fù)極→陽極電解池：正極→陽極負(fù)極→陰極12PPT課件電流與離子的流向當(dāng)電池中有電流通過時(shí)，電解質(zhì)中的離子在電場(chǎng)的作用下作定向移動(dòng)陰離子總是移向陽極陽離子總是移向陰極整個(gè)電流在溶液中的傳導(dǎo)是由陰、陽離子的移動(dòng)共同承擔(dān)的13PPT課件電子流動(dòng)14PPT課件電流15PPT課件電化學(xué)應(yīng)用化學(xué)電源金屬防腐蝕：大部分金屬腐蝕是電化學(xué)腐蝕機(jī)械工業(yè)：電鍍、電拋光、電泳涂漆環(huán)境保護(hù)：電滲析除去氰、鉻離子等污染物電解、電冶煉工業(yè)生命科學(xué)：如肌肉運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)的信息傳遞都涉 及到電化學(xué)機(jī)理16PPT課件第二部分

電池的基本知識(shí)17PPT課件電池分類依據(jù)電解質(zhì)種類電池所用正負(fù)極材料工作特性和儲(chǔ)存方式18PPT課件以電解質(zhì)種類分類：堿性電池→電解質(zhì)以KOH溶液為主，如堿性 鋅錳電池（俗稱堿錳電池或堿性 電池）、鎳鎘電池和鎳氫電池等酸性電池→電解質(zhì)以硫酸水溶液為主，如鉛 酸電池中性電池→電解質(zhì)為鹽溶液，如鋅錳電池和 海水電池有機(jī)電解質(zhì)電池→電解質(zhì)為有機(jī)溶液，如鋰 電池、鋰離子電池19PPT課件以電池所用正負(fù)極材料分類：鋅系列電池→鋅錳電池和鋅銀電池等鎳系列電池→鎳鎘電池和鎳氫電池等鉛系列電池→鉛酸電池等鋰系列電池→鋰離子電池和鋰錳電池等二氧化錳系列電池→鋅錳電池和堿錳電池空氣（氧氣）系列電池→鋅空氣電池

20PPT課件以工作特性和儲(chǔ)存方式分類：一次電池→又稱原電池，即不能再次充電的電池，如鋅錳電池和鋰電池等二次電池→又稱蓄電池，即可充電電池，如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等燃料電池→正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，活性材料連續(xù)不斷從外部加入的電池儲(chǔ)備電池→電池儲(chǔ)備時(shí)不直接接觸電解質(zhì)，直到電池使用時(shí)，才加入電解液，如鎂氯化銀（海水電池）。

21PPT課件一次電池：鋅錳電池：Zn|NH4Cl,ZnCl2|MnO2(C)堿性鋅錳電池：Zn|KOH,K2[Zn(OH)4|MnO2(C)鋅銀電池：Zn|KOH|Ag2O鋰錳電池：Li|LiClO4(PC,DME)|MnO2(C)鋅空氣電池:Zn(Hg)|NH4Cl,ZnO|O2(C)22PPT課件二次電池蓄電池（二次電池）：電極反應(yīng)可逆特點(diǎn)：可循環(huán)使用例：鉛酸電池Pb∣H2SO4∣PbO2鎘鎳電池Cd∣KOH∣NiOOH鐵鎳電池Fe∣KOH∣NiOOH氫化物鎳電池MH/∣KOH∣NiOOH23PPT課件四種主要的二次電池24PPT課件鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池性能對(duì)比

技術(shù)參數(shù)

鎳鎘電池

鎳氫電池

鋰離子電池

工作電壓（V）

1.2

1.2

3.6

重量比能量(Wh/Kg)

50

65

105-140

體積比能量(Wh/l)

150

200

300

充放電壽命(次)

500

500

1000

自放電率（%/月）

25-30

30-35

6-9

有無記憶效應(yīng)

有

有

無

有無污染

有

無

無

25PPT課件電池組成11）電極：電池的核心部分，由活性物質(zhì)添加劑和導(dǎo)電骨架組成活性物質(zhì)要求：比容量高；電化學(xué)活性高；在電解液中化學(xué)穩(wěn)定性好；導(dǎo)電骨架要求：集流性能好，分布均勻，柔軟性好．

26PPT課件集電體27PPT課件活性物質(zhì)28PPT課件電池組成22）電解質(zhì)：主要組成之一，傳遞正、負(fù)極之間電荷穩(wěn)定性強(qiáng)；比電導(dǎo)高，歐姆壓降??；化學(xué)穩(wěn)定性高。29PPT課件電解液30PPT課件電池組成33）隔膜：正、負(fù)電極之間，避免正、負(fù)極活性物質(zhì)直接接觸在電解液中穩(wěn)定性好；電子緣絕體，離子導(dǎo)體；常用PP、尼龍；強(qiáng)度高，透氣性好，耐氧化能力強(qiáng),耐高、低溫能力強(qiáng)31PPT課件隔膜32PPT課件電池組成44）外殼（case）：要求：機(jī)械強(qiáng)度、耐振動(dòng)、耐沖擊、能耐高、低溫變化和電解液的腐蝕。33PPT課件電池原理例：鎘—鎳電池工作原理化學(xué)能電能成流反應(yīng)2NiOOH+Cd+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2

NiOOH+2H2O+e-Ni(OH)2+OH-Cd+2OH-–2e-Cd(OH)2放充放充放充

34PPT課件充電35PPT課件放電36PPT課件電池基本概念1短路：電流不經(jīng)負(fù)載而由電源一端直接回到另一端，導(dǎo)致電路中電流猛烈加大，這就叫短路。斷路：電路中電流不通叫斷路。電流強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體某一截面，電荷量的代數(shù)和，常用字母“A”表示。電壓：水要有水位差才能流動(dòng)，同樣的，要使電荷作有規(guī)則的移動(dòng)，必須在電路兩端有一個(gè)電勢(shì)差，這個(gè)電勢(shì)差叫電壓。常用字母“V”表示。37PPT課件電池基本概念2電流：在電場(chǎng)力的作用下，自由電子或離子所發(fā)生的有規(guī)則地運(yùn)動(dòng)稱為電流。電阻：電子在物體內(nèi)移動(dòng)所遇到的阻力叫電阻。電阻單位是歐姆，常用字母“Ω”表示。38PPT課件電池的性能11、電動(dòng)勢(shì)：兩電極電勢(shì)之差（平衡電極電法）39PPT課件電池的性能22、內(nèi)阻：R=RΩ+Rf

電池的內(nèi)阻：是指電池在工作時(shí)，電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力。RΩ：電極材料、電解液、隔膜及各部分零件的接觸內(nèi)阻；Rf

：正、負(fù)極活性物質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)所引起的內(nèi)阻，包括電化學(xué)極化和濃差極化所引起的電阻之和；Rf與活性物質(zhì)本身、電極結(jié)構(gòu)、制造工藝、電池工作條件等因素相關(guān)。40PPT課件電池性能33、開路電壓、工作電壓1開路電壓：是指電池在非工作狀態(tài)下，即電路中無電流流過時(shí)，電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。工作電壓：又稱端電壓，是指電池的工作狀態(tài)下，即電路中有電流，流過時(shí)電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。

V=V開—IR41PPT課件電池性能33、開路電壓、工作電壓終點(diǎn)電壓：電池在放電過程中，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的工作電壓為終點(diǎn)電壓。如再繼續(xù)使電池放電則稱之為過放。過放對(duì)電池性能會(huì)產(chǎn)生破壞性影響，是導(dǎo)致電池零電壓及綜合性能下降的主要原因，在電池的檢測(cè)和使用過程中，應(yīng)盡量避免過放。中點(diǎn)電壓：是指電池以一定的倍率放電至終點(diǎn)電壓的時(shí)間之中點(diǎn)的電池電壓。42PPT課件開路電壓43PPT課件標(biāo)稱電壓44PPT課件電池電壓45PPT課件放電終止電壓46PPT課件電池性能44、容量、比容量：理論容量(Co)（活性物質(zhì)100%利用）：Co=26.8n=1/kmo（Ah）mo為活性物質(zhì)的質(zhì)量；M為活性物質(zhì)分子量；n為成流反應(yīng)得失電子數(shù)；26.8為常數(shù)1克當(dāng)量活性物質(zhì)反應(yīng)時(shí)所放出電量；實(shí)際容量（C）：C=∫0TIdT恒流：IT恒阻：∫0TVdT額定容量（C額）：設(shè)計(jì)和制造電池時(shí)，規(guī)定或保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。47PPT課件容量48PPT課件電池能量49PPT課件放電深度50PPT課件電池性能55、能量,比能量：理論能量（a、活性物質(zhì)100%利用；b、電極反應(yīng)處于平衡狀態(tài)）：

Wo=Co·E實(shí)際能量：W=∫0TIVdT比能量：體積比能量：W體=（Wh/L）重量比能量：W重=（Wh/l）51PPT課件電池性能66、貯存性能和循環(huán)壽命：貯存性能：（自放電）電池的貯存性能是衡量電池綜合性能穩(wěn)定程度的一個(gè)重要參數(shù)，電池經(jīng)過一定時(shí)間的貯存后，允許電池的容量及內(nèi)阻有一定程度的變化。電池自放電與活性物質(zhì)本身、電極結(jié)構(gòu)、制造工藝、電池工作條件等因素相關(guān)。循環(huán)壽命：充、放電循環(huán)的數(shù)目。52PPT課件電池性能77、充放電效率和充放電倍率充電效率：指電池在充電過程中所消耗的電能轉(zhuǎn)化成電池所能儲(chǔ)存的化學(xué)能程序的量度。放電效率：指電池在一定的放電條件下放電至終點(diǎn)電壓所放出的實(shí)際電量與電池的額定容量之比。充放電倍率：是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)，通常的字母是用C表示。時(shí)率：又稱小時(shí)率：是指電池以一定的電流放完其額定容量所需要的小時(shí)數(shù)。

53PPT課件電池性能88、內(nèi)壓內(nèi)壓：指電池的內(nèi)部氣壓，是密封電池在充放電過程中，產(chǎn)生的氣體所致，主要受電池材料制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素影響。54PPT課件第三部分鋰離子電池基本知識(shí)55PPT課件鋰離子電池結(jié)構(gòu)鋰離子聚合物電池方形鋰離子電池56PPT課件三種鋰電池結(jié)構(gòu)比較

軟包裝鋰離子電池硬包裝鋰離子電池鋰聚合物電池外

殼鋁塑復(fù)合膜外殼鋁殼或鋼殼方型和鋼殼圓柱型鋁塑復(fù)合膜外殼電

芯卷繞式電芯卷繞式電芯疊片式或卷繞式電芯電解質(zhì)含鋰鹽的液態(tài)電解質(zhì)含鋰鹽的液態(tài)電解質(zhì)含鋰鹽的凝膠態(tài)電解質(zhì)特

點(diǎn)輕巧，電池尺寸可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要靈活改變，厚度可薄至1.0mm以下，長(zhǎng)度可達(dá)到100mm以上電池較重；在制造薄型大面積電池方面受到限制輕巧，電池尺寸可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要靈活改變，厚度可薄至1.0mm以下，長(zhǎng)度可達(dá)到100mm以上57PPT課件性能比較

軟包裝鋰離子電池硬包裝鋰離子電池鋰聚合物電池體積能量密度優(yōu)良差重量能量密度優(yōu)良良大電流放電性能優(yōu)優(yōu)良低溫放電性能優(yōu)優(yōu)差安全性能良差優(yōu)注：優(yōu)、良、差的比較是相對(duì)該三種電池而言，不涉及其它種類電池58PPT課件鋰離子電池的特點(diǎn)

鋰離子蓄電池的一般特性：

1、體積及質(zhì)量的能量密度高；其能量密度大于300Wh/L，比能量達(dá)110～120Wh/kg，分別是Ni/Cd、Ni/MeH電池的2．5和1．5倍

2、壽命長(zhǎng)（大于1200次充、放電），

3、單電池的輸出電壓高，為4.2V；

3、自放電率小，可實(shí)現(xiàn)快速充放電，也可做成大容量的電池組。

4、在60℃左右的高溫下也可以使用；

5、無記憶效應(yīng)

6、不含有毒物質(zhì)等。59PPT課件鋰離子電池的性能鋰離子電池與其它二次電池性能比較性能階段Li-IonNi/CdNi/MH電池能量密度現(xiàn)在240～260134～155190～197(Wh/L)將來400240280比能量(Wh/kg)現(xiàn)在100～11449～6059～70將來1507080平均電壓（V）

3.61.21.2電壓范圍（V）

4.2～3.51.4～1.01.4～1.0使用壽命現(xiàn)在500～1200500500（次）將來150010001000優(yōu)點(diǎn)

高電壓，高比能，自放電小，污染小高功率，快充，成本低高功率，高比能，污染小缺點(diǎn)

成本高記憶效應(yīng)，Cd污染成本高，自放電大60PPT課件鋰離子電池的市場(chǎng)1全世界鋰離子電池應(yīng)用分析(單位：百萬顆)應(yīng)用別1997199819992000200120022003所占比例(%)筆記型計(jì)算機(jī)74.8105.9155.1191.8241.4296.1367.447.7數(shù)字調(diào)制解調(diào)器0.91.82.85.28.81116.92.2行動(dòng)電話93.7124.4167.9143.1188.9238285.637.1攝錄像機(jī)1822.327.235.444.253.655.17.2數(shù)字式相機(jī)0.71.61.72.93.54.250.7迷你光驅(qū)3.65.78.613.417.32227.43.6掌上型終端機(jī)3.34.867.78.611.212.51.6合計(jì)195266.5369.3399.5512.7636.1769.910061PPT課件鋰離子電池的市場(chǎng)2全世界小型二次電池長(zhǎng)期需求量年代1997199819992000200120032005鎳鎘電池(億顆)1098.27.67.26.86.6鎳氫電池(億顆)6.16.46.56.56.66.66.7鋰離子電池(億顆)1.92.63.745.17.79.7鋰離子電池占有率(%)1115202227364262PPT課件BYD的電池的市場(chǎng)Li-ionNi-CdNi-MH2002SANYOSONYBYDPANASONICSAMSUNGGSTOSHIBA2002SANYOPANASONICBYDGPIYUASASAFT2002BYDSANYOPANASONICSAFTGPI2001SANYOSONYPANASONICBYDGSTOSHIBASAMSUNG2001SANYOPANASONICBYDMAXELLGPIYUASASAFT2001SANYOBYDPANASONICSAFTGPI63PPT課件全球鋰離子電池生產(chǎn)廠商及客戶：64PPT課件原理1：

鋰離子二次電池的正負(fù)極都是插入化合物，以LiyMnYm表示負(fù)極材料，LizAvBw表示正極材料，則反應(yīng)式可表示為：

負(fù)極：LiyMnYm+xLi++xe-=Lix+yMnYm

正極：LizAvBw=Liz-xAvBw+xLi++xe-

總反應(yīng)：

LiyMnYm+LizAvBw=Lix+yMnYm+Liz-xAvBw65PPT課件原理2

鋰離子二次電池反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為一個(gè)Li+濃差電池：充電時(shí)，Li+從正極化合物中脫出并嵌入負(fù)極晶格，正極處于貧鋰態(tài)；放電時(shí)，Li+從負(fù)極脫出并插入正極，正極為富鋰態(tài)。為保持電荷的平衡，充、放電過程中應(yīng)有相同數(shù)量的電子經(jīng)外電路傳遞，與Li+一起在正負(fù)極間遷移、使正負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，保持一定的電位。工作電位與構(gòu)成電極的插入化合物的化學(xué)性質(zhì)、Li+的濃度有關(guān)。這種充、放電過程似一把搖椅，故鋰離子二次電池又稱搖椅電池（RockingChairBatteries,簡(jiǎn)稱為RCB）。66PPT課件原理3

鋰離子電池的電化學(xué)反應(yīng)原理及特性：充電時(shí)：Li+從正極逸出，嵌入負(fù)極放電時(shí)Li+則從負(fù)極脫出，嵌入正極。以LiCoO2為正極材料，石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池，充放電反應(yīng)式為：

67PPT課件工作原理圖

充電

放電68PPT課件

第四部分鋰離子電池主要原材料69PPT課件正極材料

鋰離子電池常用的正極材料：

1、鋰鈷氧化物L(fēng)iCoO2

2、鋰鎳氧化物L(fēng)iNiO23、鋰錳氧化物L(fēng)iMn2O44、其它正極材料：納米正極材料，共混電極，釩氧化物，其他層狀化合物

我們采用是：LiCoO270PPT課件負(fù)極材料

鋰離子電池常有的負(fù)極材料：

1、石墨和改性石墨

2、高度石墨化碳

3、不含氫無序碳

4、含氫無序碳

我們生產(chǎn)中采用的是：石墨和改性石墨71PPT課件電解液

鋰離子電池常用的電解液為：目前鋰離子二次電池主要使用的鋰鹽有：LiClO4、LiAsF6、LiPF6等，一般將它們?nèi)芙庥诜琴|(zhì)子性的有機(jī)溶劑中，如PC（碳酸丙烯酯）、EC（碳酸乙烯酯)、DMC(碳酸二甲酯)、THF(四氫呋喃)、DME（乙二醇二甲醚）等，為了改善性能常采用混合有機(jī)溶劑。

我們生產(chǎn)采用的是：LiPF6溶于DMC中

72PPT課件隔膜紙

鋰離子電池常用的隔膜材料為：

1、PP（聚丙烯微孔膜）

2、PE（聚乙烯微孔膜）

3、PP/PE/PP（聚丙烯聚乙烯微孔膜）

我們生產(chǎn)采用的是：PP和PE紙73PPT課件第五部分鋰離子電池生產(chǎn)流程74PPT課件電池生產(chǎn)流程1、配料將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑按照一定的比例均勻的混合在一起，配制成溶漿料的過程。

2、拉漿通過設(shè)備將配置好的漿料均勻的粘附在集流體上的過程。

3、制片將拉漿制成的大片采用不同的設(shè)備制成滿足工藝要求的卷繞的極片的過程。

75PPT課件電池生產(chǎn)流程4、卷繞將極片、隔膜紙按照一定的層次，通過設(shè)備卷繞在一起并放入電池外殼內(nèi)的過程

5、焊接通過設(shè)備將電池的蓋板和殼體焊接在一起的過程，

6、注液將電解液注入電池殼體的過程76PPT課件電池生產(chǎn)流程7、化成電池制造后，通過一定的充放電方式將內(nèi)部正負(fù)極活性物質(zhì)激活，改善電池的充放電性能及自放電、貯存等綜合性能的過程稱為化成。注：電池經(jīng)過化成后才能體現(xiàn)其真實(shí)性能。

8、封口通過一定的方法將注液孔密封起來的過程。

9、分容：電池在制造過程中，因工藝原因使得電池的實(shí)際容量不可能完全一致，通過一定的充放電制度檢測(cè)，并將電池按容量分容的過程稱為分容。

77PPT課件

第六部分

鋰離子電池的性能78PPT課件容量

對(duì)鋰離子電池容量影響的因素有：正極活性物質(zhì)的含量（負(fù)極活性物質(zhì)的含量）；電解液的組成與配比和活性物質(zhì)的匹配性；

SEI膜的形成情況；

H2O的含量；79PPT課件循環(huán)壽命電池壽命是評(píng)價(jià)電池優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，一般以電池容量降低到某一特定值的充、放電循環(huán)次數(shù)來度量。影響因素有：

1、電極材料；可逆性好，充、放電循環(huán)中結(jié)構(gòu)變化小的電極材料可使電池的壽命長(zhǎng)

2、電解質(zhì)種類及配比、鋰鹽的選擇和溶劑的配比可影響SEI膜的質(zhì)量，凡可提高SEI膜的質(zhì)量者則又利于延長(zhǎng)電池壽命；若在初次充電中電壓未達(dá)到Li+的嵌入電壓之前SEI膜就已形成，則電極的穩(wěn)定性就提高；80PPT課件循環(huán)壽命

3、充放電速率；加入添加劑、低速率放電利于延長(zhǎng)電池壽命；

4、放電深度；放電太深可使負(fù)極達(dá)到鋰的析出電位，發(fā)生鋰沉積，這時(shí)正極中的Li+向電解液中逸出，形成死鋰。

5、溫度；在低溫下，SEI膜形成慢，以溶劑還原為主，鋰鹽的還原速度變慢，溶劑還原產(chǎn)物的沉積更為有序致密，電極鈍化更有效，利于延長(zhǎng)電池的壽命。

6、H2O的含量。81PPT課件自放電

影響自放電的因素：

1、SEI膜的特性。

2、電池的密封狀況。