儲(chǔ)能技術(shù)概述

二次電池根本內(nèi)容簡(jiǎn)述儲(chǔ)能技術(shù)概述講述人：劉雨雯儲(chǔ)能技術(shù)概述——二次電池根本內(nèi)容簡(jiǎn)述2CONTENTS01電池行業(yè)發(fā)展概況市場(chǎng)環(huán)境下常用幾種電池描述02鋰離子電池原理及工藝鋰離子電池的起源

，鋰離子電池的分類(lèi)，鋰離子電池工作原理03其他二次電池概況鉛酸蓄電池，鎳鎘電池、鎳氫電池04電池的應(yīng)用充電機(jī)理及快充定義，電池品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)電池行業(yè)開(kāi)展概況市場(chǎng)環(huán)境下常用幾種電池描述/01電池行業(yè)開(kāi)展概況4電池物理電池太陽(yáng)能電池溫差發(fā)電器化學(xué)一次電池鎳一次電池堿錳電池鋅錳電池鉛酸蓄電池鋰離子電池鎳氫電池鎳鎘電池化學(xué)二次電池5電池行業(yè)開(kāi)展概況鉛酸電池1859AlessandroVolta發(fā)明第一個(gè)電池（鋅片與銅片夾以鹽水浸濕的紙片組裝成電堆）1800鎳鎘電池1899鎳氫電池1976鋰離子電池1991第一個(gè)干電池1888太陽(yáng)能電池1954我國(guó)商業(yè)化生產(chǎn)一次鋰電池1987二次電池開(kāi)展情況其他電池開(kāi)展情況鋰電子電池原理及工藝鋰離子電池的起源

，鋰離子電池的分類(lèi)，鋰離子電池工作原理/02鋰電子電池原理及工藝7正極構(gòu)造：LiCoO2

+導(dǎo)電劑+粘合劑(PVDF)+集流體〔鋁箔〕負(fù)極構(gòu)造：石墨+導(dǎo)電劑+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+集流體〔銅箔〕

正極材料負(fù)極材料隔膜電解液電池的四大結(jié)構(gòu)鋰離子電池結(jié)構(gòu)8充電過(guò)程一個(gè)電源給電池充電，此時(shí)正極上的電子e-從通過(guò)外部電路跑到負(fù)極上，正鋰離子Li+從正極“跳進(jìn)〞電解液里，“爬過(guò)〞隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳〞到達(dá)負(fù)極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。此時(shí)：正極發(fā)生反響：LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi++xe負(fù)極發(fā)生反響：6C+xLi++xe→LixC6鋰電子電池原理及工藝鋰離子電池工作原理9放電過(guò)程放電有恒流放電和恒阻放電，恒流放電其實(shí)是在外電路加一個(gè)可以隨電壓變化而變化的可變電阻，恒阻放電的實(shí)質(zhì)都是在電池正負(fù)極加一個(gè)電阻讓電子通過(guò)。由此可知，只要負(fù)極上的電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會(huì)放電。電子和Li+都是同時(shí)行動(dòng)的，方向相同但路不同，放電時(shí)，電子從負(fù)極經(jīng)過(guò)電子導(dǎo)體跑到正極，鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)〞電解液里，“爬過(guò)〞隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳〞到達(dá)正極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。鋰電子電池原理及工藝01當(dāng)x>0.5時(shí)，Li1-xCoO2的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為極其不穩(wěn)定02必須有一局部Li留在負(fù)極C6中心，以保證下次充放電Li的正常嵌入03過(guò)度充電和過(guò)度放電，將對(duì)鋰離子電池的正負(fù)極造成永久的損壞04不適合的溫度將引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部其他化學(xué)反響生成我們不希望看到的化合物鋰電子電池原理及工藝充電特性11開(kāi)展高能鋰離子電池的的關(guān)鍵技術(shù)之一是正極材料的開(kāi)發(fā)。商品化的鋰離子電池中正極材料的比容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)極材料，成為制約鋰離子電池整體性能進(jìn)一步提高的重要因素。鋰電子電池原理及工藝鋰離子電池正極材料的選擇作為理想的鋰離子正極材料，要求為：1〕具有較高的氧化復(fù)原電位，保證鋰離子電池的高壓特性；2〕允許大量鋰離子嵌入脫出，保證鋰離子電池的高容量特性；LiCoO2為273mAh/g、LiNiO2為274mAh/g、LiMn2O2為148mAh/g、LiFePO2為170mAh/g3〕嵌入脫出過(guò)程的可逆性好，充放電過(guò)程中材料結(jié)構(gòu)變化較??；4〕鋰離子能過(guò)快速嵌入和脫出，具有高的電子導(dǎo)電率和離子導(dǎo)電率；5〕在電解液中化學(xué)穩(wěn)定性好；6〕低廉、容易制備，對(duì)環(huán)境友好等。13鋰電子電池原理及工藝鋰離子電池分類(lèi)層狀結(jié)構(gòu)橄欖石結(jié)構(gòu)尖晶石結(jié)構(gòu)鋰離子電池鈷酸鋰（LiCoO2）、鎳酸鋰（LiNiO2）錳酸鋰（LiMn2O4）磷酸鐵鋰（LiFePO4）鋰離子電池三元鋰電池（LiNixCo1-x-yMnyO2）磷酸鐵鋰（LiFePO4）14鋰電子電池原理及工藝

LiCoO2層狀結(jié)構(gòu)，二維運(yùn)動(dòng)，Li電導(dǎo)率高；理論容量274mAh/g；實(shí)際容量只有140mAh/g；充放電電壓2.5~4.2V；不可逆容量損失小，循環(huán)性非常好；合成工藝比較簡(jiǎn)單；鈷資源有限，價(jià)格昂貴；鈷毒性較大，污染環(huán)境。15鋰電子電池原理及工藝

LiNiO2與LiCoO2結(jié)構(gòu)相似，層狀結(jié)構(gòu)；理論容量275mAh/g；實(shí)際容量只有180~200mAh/g；鎳的儲(chǔ)存量比鈷大，價(jià)格廉價(jià)，環(huán)境污染??；制備條件比較苛刻；充放電穩(wěn)定性劣化嚴(yán)重。16鋰電子電池原理及工藝

LiMn2O4尖晶石型LiMn2O4為面心立方結(jié)構(gòu)，三維隧道結(jié)構(gòu)；理論容量148mAh/g；實(shí)際容量只有120mAh/g；錳氧化物本錢(qián)低、資源豐富、無(wú)毒；放電電壓要求高3V~4V；17鋰電子電池原理及工藝

LiNi1-x-yCoy

MnxO2Mn在放電過(guò)程中保持不變，起到“骨架〞支撐作用，因此結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定；不會(huì)像LiNiO2的結(jié)構(gòu)變化，具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性和平安性能。理論容量275mAh/g；實(shí)際容量只有160mAh/g；壓實(shí)密度較低18鋰電子電池原理及工藝

LiFePO4LiFePO4為橄欖石型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定；理論容量170mAh/g；價(jià)格低廉，環(huán)境友好；導(dǎo)電性非常差，脫嵌運(yùn)動(dòng)受影響。其他二次電池概況鉛酸蓄電池，鎳鎘電池、鎳氫電池/0320鉛酸蓄電池工作原理總反應(yīng)：Pb+PbO2+4H++2SO42+2PbSO2+2H2O放電充電正極反應(yīng)：PbO2+3H++HSO42++2e-PbSO2+2H2O放電充電負(fù)極反應(yīng)：Pb+HSO42+PbSO2+H++2e-

放電充電21鉛酸蓄電池蓄電池的應(yīng)用鉛酸蓄電池備用電源電池儲(chǔ)能電池起動(dòng)電池動(dòng)力電池不間斷電源應(yīng)急設(shè)備及其他通訊設(shè)備電源汽車(chē)燃油機(jī)發(fā)動(dòng)摩托車(chē)電動(dòng)自行車(chē)電動(dòng)特種車(chē)低速電動(dòng)車(chē)新能源儲(chǔ)能22鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池比較特性性能穩(wěn)定：實(shí)現(xiàn)工業(yè)化程度高，技術(shù)成熟，實(shí)用性好；本錢(qián)優(yōu)勢(shì)：最廉價(jià)的二次電池，是鋰離子電池和氫鎳電池的本錢(qián)的1/3左右；回收優(yōu)勢(shì)：全球再生鉛產(chǎn)量已超過(guò)原生鉛產(chǎn)量。能量密度低：能量密度只有鋰離子電池的1/3，氫鎳電池的1/2，體積大；循環(huán)壽命短：循環(huán)壽命僅為鋰離子電池的1/3；產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)存在污染：鉛冶煉、電池制造、再生冶煉等劣勢(shì)優(yōu)勢(shì)23氫鎳電池工作原理總反應(yīng)：Ni（OH）2+MNiOOH+MH放電充電正極反應(yīng)：Ni（OH）2+OH-NiOOH+H2O+e-

放電充電負(fù)極反應(yīng)：M+H2O+e-

-MH+OH-

放電充電氫鎳電池比較特性能量密度高低溫性能較好耐過(guò)充能力強(qiáng)對(duì)環(huán)境無(wú)污染24其他二次電池概況性能指標(biāo)密封鉛酸蓄電池鎘鎳電池氫鎳電池鋰離子電池工作電壓（V）21.21.23.7重量比能量（Wh/kg）354150~80120~160體積比能量（Wh/kg）80120100~200200~800循環(huán)壽命300300500>500工作溫度（℃）-20~60-20~60-20~60-20~75自放電<10<10<30<5記憶效應(yīng)無(wú)有略有無(wú)毒性有毒有毒輕毒輕毒電池的應(yīng)用充電機(jī)理及快充定義，電池品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)/0426電池的應(yīng)用階段1：涓流充電——涓流充電用來(lái)對(duì)完全放電的電池單元進(jìn)行預(yù)充(恢復(fù)性充電)。在電池電壓低于3V左右時(shí)采用涓流充電，涓流充電電流是恒流充電電流的十分之一即0.1c。階段2：恒流充電——當(dāng)電池電壓上升到涓流充電閾值以上時(shí)，提高充電電流進(jìn)行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過(guò)程逐步升高,一般單節(jié)電池設(shè)定的此電壓為。充電過(guò)程電流電壓充電時(shí)間階段3：恒壓充電——當(dāng)電池電壓上升到4.2V時(shí)，恒流充電結(jié)束，開(kāi)始恒壓充電階段。電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過(guò)程的繼續(xù)充電電流由最大值慢慢減少，當(dāng)減小到0.01C時(shí)，認(rèn)為充電終止。階段4：充電終止——通常有兩種典型的充電終止方法。一個(gè)就是采用最小充電電流判斷或采用定時(shí)器(或者兩者的結(jié)合)。最小電流法監(jiān)視恒壓充電階段的充電電流，并在充電電流小于0.02C時(shí)終止充電。第二種方法就是從恒壓充電階段開(kāi)始時(shí)計(jì)時(shí)，持續(xù)充電兩個(gè)小時(shí)后終止充電過(guò)程。27電池的應(yīng)用可以用測(cè)量電壓的方法估算電池剩余容量：3.50V----5%4.20V----100%3.85V----50%2.75V----0%3.73V----25%3.95V----75%28電池的應(yīng)用脈沖充電與常規(guī)充電方法相比：脈沖充電能以較大的電流充電，在停充期電池的濃差極化和歐姆極化會(huì)被消除，使下一輪的充電更加順利地進(jìn)行，充電速度快、溫度的變化小、對(duì)電池壽命影響小。但其缺點(diǎn)很明顯：需要一個(gè)有限流功能的電源，這增加了脈沖充電方式的本錢(qián)。29電池的應(yīng)用快充定義慢充：<1.6C小快充：1.6~3C快充：>3C1.6C充電：30分鐘將電池從0%充至80%快充技術(shù)快充是對(duì)負(fù)極材料接受鋰離子能力的極大考驗(yàn)！材料性能提高納米材料結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的正極材料能量密度更高的負(fù)極材料更加適應(yīng)充電的環(huán)境30鋰電子電池爆炸原因現(xiàn)象原因擠壓短路電池過(guò)熱負(fù)極容量不足微短路電池過(guò)充電池快充電池過(guò)放燒壞隔膜水分含量過(guò)高Li2O，氣體H2保護(hù)線路老化失效外部短路31電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試

氫鎳電池常用標(biāo)準(zhǔn)：

QC/T744-2006電動(dòng)汽車(chē)用金屬氫化物鎳蓄電池（國(guó)）；IEC61951-2

金屬氫化物鎳電池；

鋰離子電池常用標(biāo)準(zhǔn)：

QC/T743-2006電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子蓄電池（國(guó)）；鉛酸電池常用標(biāo)準(zhǔn)：GB/T5008.1啟動(dòng)電池標(biāo)準(zhǔn)〔國(guó)〕；SAEJ537〔美〕；EN50342〔歐〕；JISD5301〔日〕；Q/SQR04.075啟動(dòng)電池標(biāo)準(zhǔn)〔企〕；QC/T742-2006電動(dòng)汽車(chē)用鉛酸蓄電池〔國(guó)〕；32電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試短路：滿充電池外部短路后不漏液、不爆炸、不燃燒

過(guò)充電：滿充電池1C充電至5V或90min后不漏液、不爆炸、不燃燒

擠壓：擠壓滿充電池至殼體破裂或內(nèi)部短路后不爆炸、不燃燒

針刺：針刺滿充電池至貫穿后不爆炸、不燃燒跌落：滿充電池自1.5米高處跌落至木板上后不變形、不漏液、不破裂、不爆炸、不燃燒

熱沖擊：滿充電池在70℃±2℃條件下擱置20min后不變形、不漏液、不破裂、不爆炸、不燃燒平安性能測(cè)試33電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試工作電壓：放電電壓或者負(fù)荷電壓，電池對(duì)外輸出電流時(shí)，電池兩級(jí)的電位差。電性能測(cè)試電動(dòng)勢(shì)：電池在斷路時(shí)處于可逆平衡狀態(tài)下，兩級(jí)平衡電極電位差，是理論計(jì)算值；開(kāi)路電壓：實(shí)際測(cè)量值工作電壓<開(kāi)路電壓<電動(dòng)勢(shì)放電終止電壓：電壓下降到不宜繼續(xù)放電的最低工作電壓，為認(rèn)為規(guī)定值。內(nèi)阻：內(nèi)阻越小越好。電池容量：容量大小是由正負(fù)極中的活性物質(zhì)的數(shù)