動(dòng)力電池梯次利用技術(shù) 課件 1.1動(dòng)力蓄電池

動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)項(xiàng)目一

動(dòng)力蓄電池概述任務(wù)一

動(dòng)力蓄電池學(xué)習(xí)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.了解動(dòng)力電池的發(fā)展進(jìn)程。 2.了解廢舊動(dòng)力電池梯次利用與資源化的意義。3.了解國(guó)家關(guān)于退役動(dòng)力電池的相關(guān)政策。4.了解退役動(dòng)力電池的處理方法。二、技能目標(biāo)1.能正確選擇退役動(dòng)力電池的處理方法。2.能夠?qū)U舊電池回收的相關(guān)政策進(jìn)行解讀。三、素養(yǎng)目標(biāo)1.通過(guò)了解電池的發(fā)展歷史，培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)造的科學(xué)精神。2.通過(guò)小組討論各類(lèi)電池的優(yōu)缺點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生辯證分析的思維能力。3.通過(guò)古迪納夫的案例，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)待工作精益求精的匠心精神。4.通過(guò)了解國(guó)內(nèi)外廢舊電池回收企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。5.學(xué)習(xí)完本課，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立“為中華之崛起而讀書(shū)”的偉大理想。學(xué)習(xí)目標(biāo)大量退役的動(dòng)力電池如處置不當(dāng)，既給社會(huì)帶來(lái)環(huán)境和安全隱患，也會(huì)造成資源浪費(fèi)，同時(shí)制約新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。國(guó)務(wù)院高度重視新能源汽車(chē)退役動(dòng)力電池回收利用，并召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)議進(jìn)行研究部署。推動(dòng)新能源汽車(chē)退役動(dòng)力電池回收利用，不僅有利于保護(hù)環(huán)境和社會(huì)安全，而且能有效提高資源循環(huán)利用水平，促進(jìn)我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展；對(duì)于加快綠色發(fā)展、建設(shè)生態(tài)文明和美麗中國(guó)具有重要意義。你了解目前國(guó)內(nèi)外廢舊動(dòng)力電池回收行業(yè)概況嗎？任務(wù)導(dǎo)入目錄鉛酸電池01.鎳氫電池02.鋰離子動(dòng)力電池03.燃料電池04.conents相關(guān)知識(shí)動(dòng)力電池性能比較05.鉛酸電池01PARTONE第一種鉛酸蓄電池鉛酸電池的發(fā)展歷史由法國(guó)物理學(xué)家FrenchGastonPlante于1859年發(fā)明。是第一種商業(yè)化應(yīng)用的可充電電池。第一種鉛酸蓄電池鉛酸電池的發(fā)展歷史現(xiàn)在，鉛酸蓄電池被廣泛用于汽車(chē)、機(jī)車(chē)、通信后備電源和不間斷電源（UPS）系統(tǒng)等。以往的鉛酸蓄電池是開(kāi)口式的富液式電池，電池不能臥式放置，電解液需要經(jīng)常通過(guò)加水加酸和調(diào)整酸的密度等進(jìn)行較為復(fù)雜的維護(hù)。閥控式密封鉛酸蓄電池鉛酸電池的發(fā)展歷史1957年德國(guó)陽(yáng)光公司發(fā)明了膠體電解質(zhì)技術(shù)；1971年美國(guó)Gates公司發(fā)明了吸液式超細(xì)玻璃棉隔板技術(shù)解決了電池內(nèi)部氧氣的復(fù)合循環(huán)問(wèn)題，使鉛酸蓄電池實(shí)現(xiàn)了100多年來(lái)的密封、不漏液的夢(mèng)想，開(kāi)創(chuàng)了鉛酸蓄電池發(fā)展歷史上一個(gè)新的里程碑。目前，作為車(chē)載動(dòng)力的鉛酸蓄電池大都是閥控式密封鉛酸蓄電池。鉛酸電池的發(fā)展歷史對(duì)于解決負(fù)極的硫酸鹽化問(wèn)題，國(guó)外已有公司推出超級(jí)電池和Pb-C電池的產(chǎn)品，高倍率放電（HRPSoC）下的循環(huán)壽命比傳統(tǒng)鉛蓄電池高出5倍以上，與鎳氫電池相當(dāng)，但價(jià)格只有鎳氫電池的1/3。超級(jí)電池和Pb-C電池鉛酸電池的發(fā)展歷史

回顧鉛酸蓄電池160多年（1859～2021年）的發(fā)展歷史，技術(shù)進(jìn)步是鉛酸蓄電池能夠持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力。由于不斷的技術(shù)進(jìn)步才使鉛酸蓄電池在與其他二次電池的競(jìng)爭(zhēng)中生存和發(fā)展。鉛酸電池主要發(fā)展技術(shù)年份主要技術(shù)1881Faure研制成功涂膏式極板Swan發(fā)明了板柵代替平板鉛片Sellon研制成功Pb-Sb板柵合金并沿用至今1882Ttibe和Gladstone提出了鉛酸蓄電池電極反應(yīng)的雙極硫酸鹽化理論Tudor在盧森堡建立第一個(gè)鉛酸蓄電池廠(chǎng)1890Phillipart和Woodward發(fā)明了管式正極1935Haring和Thomas研制成功Pb-Ca板柵合金1938A.Dassler提出了氣體復(fù)合原理，為密封鉛酸蓄電池奠定了理論基礎(chǔ)鉛酸電池的結(jié)構(gòu)鉛酸電池的結(jié)構(gòu)特征：①VRLA電池的內(nèi)部與周?chē)髿庵g沒(méi)有連續(xù)的氣體交換通道；②VRLA電池不能做到完全密封，而必須要安裝一個(gè)閥，甚至在正常條件下，閥也會(huì)打開(kāi)釋放氣體。閥控式鉛酸蓄電池（valveregulatedleadacidbattery），縮寫(xiě)為VRLA蓄電池。鉛酸電池的結(jié)構(gòu)鉛酸電池的結(jié)構(gòu)單格電池由一個(gè)正極板和一個(gè)負(fù)極板組合成極板組，在正、負(fù)極板中間插入一隔板，加入稀硫酸的電解液。由于單格電池電量有限，實(shí)際上鉛酸電池都是由多個(gè)單格電池組成的。鉛酸電池的結(jié)構(gòu)鉛酸電池的結(jié)構(gòu)圖為6V鉛酸電池的結(jié)構(gòu)。它由三個(gè)相同的單格電池組成。每個(gè)單格電池的電壓為2V，用聯(lián)條把3個(gè)單格串聯(lián)起來(lái)，便成了一個(gè)6V鉛酸電池。鉛酸電池放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負(fù)極主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。鉛酸電池鉛酸電池工作原理充放電反應(yīng)鉛酸電池最大的改良，則是新近采用高效率氧氣重組技術(shù)完成水份再生，借此達(dá)到完全密封不需加水的目的，而制成的“免加水電池”其壽命可長(zhǎng)達(dá)4年(單一極板電壓2V)。鉛酸電池鉛酸電池工作原理閥控式密封鉛酸蓄電池的氧復(fù)合原理普通蓄電池鉛酸電池的分類(lèi)干荷蓄電池免維護(hù)蓄電池優(yōu)點(diǎn)：消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)。是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。特點(diǎn)是負(fù)極板有較高儲(chǔ)電能力，在完全干燥狀態(tài)下，能在兩年內(nèi)保存所得到的電量，使用時(shí)，只需加入電解液，等過(guò)20~30分鐘就可使用。常用的鉛酸蓄電池主要分三大類(lèi)根據(jù)鉛酸電池在汽車(chē)中的作用可將其分為三種起動(dòng)式鉛酸電池不能深度充放電，不能用于電動(dòng)汽車(chē)的主電源，一般僅作為低壓輔助電源使用。牽引式鉛酸電池容量相對(duì)較大，可深度充放電，比能量較高，可用于電動(dòng)汽車(chē)主動(dòng)力電源。固定式鉛酸電池容量可以做到很大，但是比能量較低，體積和質(zhì)量很大，不適合車(chē)用，一般僅用于不間斷電源等位置相對(duì)固定的場(chǎng)合。鉛酸電池的分類(lèi)鉛酸電池的分類(lèi)三類(lèi)鉛酸電池的性能差異類(lèi)型電池容量（A·h）正極板負(fù)極板特點(diǎn)起動(dòng)式鉛酸電池5~200涂膏式涂膏式比能量高、比功率高牽引式鉛酸電池40~1200管狀涂膏式可深度放電固定式鉛酸電池40~5000板狀涂膏式比能量較低、自放電率小鉛酸電池的應(yīng)用

鉛酸動(dòng)力電池是目前使用最為廣泛的動(dòng)力電池，主要運(yùn)用在電動(dòng)兩輪車(chē)、電動(dòng)三輪車(chē)和微型電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在已經(jīng)生產(chǎn)的電動(dòng)兩輪車(chē)上，使用鉛酸電池的比例占98%以上。鉛酸動(dòng)力電池用途動(dòng)力用鉛酸蓄電池電動(dòng)助力車(chē)輛用鉛酸蓄電池用于電動(dòng)兩輪車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)、高爾夫球車(chē)及電動(dòng)滑板車(chē)等動(dòng)力源電動(dòng)道路車(chē)輛用鉛酸蓄電池用于電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)三輪車(chē)的動(dòng)力源潛艇用鉛酸蓄電池用于潛艇的動(dòng)力源牽引用鉛酸蓄電池用于叉車(chē)、電瓶車(chē)、工程車(chē)的動(dòng)力源煤礦防爆特殊性電源裝置用鉛酸蓄電池用于煤礦車(chē)井下車(chē)輛動(dòng)力源鉛酸電池的應(yīng)用從動(dòng)力用鉛蓄電池各用途占比來(lái)看，鉛酸動(dòng)力電池主要運(yùn)用在電動(dòng)兩輪車(chē)、電動(dòng)三輪車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。動(dòng)力用鉛酸蓄電池各用途占比鎳氫電池02PARTTWO超級(jí)電池和Pb-C電池＞＞＞＞1985年MH-Ni電池是由荷蘭菲利浦公司于1985年首先研制成功20世紀(jì)60年代末發(fā)現(xiàn)新型功能材料——儲(chǔ)氫合金，在一定的溫度和壓力下可吸放大量的氫，被人們稱(chēng)為“吸氫海綿”。1985年后美國(guó)Ovonic公司、日本松下、東芝、三洋等電池公司先后開(kāi)發(fā)成功MH-Ni電池，并大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。20世紀(jì)80年代末成功研制電池用貯氫合金，1990年研制成功AA型MH-Ni電池，初期容量在900～1000mA·h鎳氫電池的發(fā)展歷史

隨著電子、通信、電動(dòng)汽車(chē)、新能源等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，MH-Ni電池的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，高容量、污染小、壽命長(zhǎng)的綠色MH-Ni電池仍是21世紀(jì)應(yīng)用最廣的高能電池之一。

目前，商品化效果最好的豐田PriusHEV使用的就是MH-Ni電池，如圖1-9所示。截止到2020年1月，銷(xiāo)售量已超過(guò)1500萬(wàn)輛。鎳氫電池鎳氫電池的發(fā)展歷史豐田普銳斯汽車(chē)采用的鎳氫電池單元鎳氫電池的結(jié)構(gòu)鎳氫電池結(jié)構(gòu)主要由正極、負(fù)極、堿性電解質(zhì)、隔膜、密封橡膠、外殼等組成。鎳氫電池及其結(jié)構(gòu)是一種堿性電池，鎳氫電池正極材料是氫氧化鎳Ni(OH)2，負(fù)極材料采用由儲(chǔ)氫材料作為活性物質(zhì)的氫化物電極，即儲(chǔ)氫合金（MH），電解質(zhì)為氫氧化鉀水溶液，充放電時(shí)的電化學(xué)反應(yīng)如下。鎳氫電池鎳氫電池的工作原理充放電反應(yīng)充電的時(shí)候，正極發(fā)生Ni(OH)2-NiOOH轉(zhuǎn)變，負(fù)極則發(fā)生水分解反應(yīng)，合金表面吸附氫，生成氫化物。放電過(guò)程是充電過(guò)程的逆反應(yīng)，即正極NiOOH轉(zhuǎn)變?yōu)镹i(OH)2，負(fù)極儲(chǔ)氫合金脫氫，在表面生成水。鎳氫電池鎳氫電池的工作原理鎳氫電池工作原理鎳氫電池的分類(lèi)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型特點(diǎn)內(nèi)部壓力高壓鎳氫電池單體采用鎳為正極，氫為負(fù)極，可以通過(guò)氫壓來(lái)指示電池荷電狀態(tài)，但容器需要耐高氫壓。低壓鎳氫電池以?xún)?chǔ)氫合金為負(fù)極，氫氧化鎳為正極，在鎳氫電池中放入具有可逆吸放氫的儲(chǔ)氫合金，以降低氫壓。外形圓柱形鎳氫電池①密封蓄電池，安全性好。②比表面積大，散熱用途好。③工藝比較成熟，適合大批量持續(xù)化生產(chǎn)。④電池外殼耐壓高，使用過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)膨脹等現(xiàn)象。方形鎳氫電池①封裝可靠度高。②系統(tǒng)能量效率高。③相對(duì)重量輕。④能量密度較高。電池性能標(biāo)準(zhǔn)型①使用壽命應(yīng)在500～1000次之間。②密封防漏，使鎳氫電池成為免維護(hù)電池。③性能穩(wěn)定，可以在很寬的濕度和溫度范圍內(nèi)使用。④適用范圍廣：應(yīng)急燈、便攜電話(huà)、遙控器、玩具等，無(wú)特殊要求的移動(dòng)電源幾乎都可使用。高容量型（S型）由于是選用性能優(yōu)異的高分子材料構(gòu)成鎳氫電池，因而具備高容量，該款電池重要適用于比較耗電的數(shù)碼相機(jī)。高倍率型該款鎳氫電池具有優(yōu)異的快速充電和大電流放電性能，特別適合大電流放電的用電器具，如電動(dòng)工具、大型玩具（車(chē)仔玩具、遙控飛機(jī)）等。低溫和高溫型低溫和高溫型鎳氫電池分別具有優(yōu)異的低溫和高溫工作性能，它們僅是在主電源出現(xiàn)故障時(shí)才進(jìn)行放電，這兩種鎳氫電池主要應(yīng)用在低溫和高溫環(huán)境下的指示燈、應(yīng)急燈。鋰離子動(dòng)力電池03PARTTHREE鋰離子電池的發(fā)展歷史

2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給約翰·B.古迪納夫、M.斯坦利·威廷漢和吉野彰，以表彰他們“開(kāi)發(fā)鋰離子電池”的貢獻(xiàn)。美國(guó)M.斯坦利·威廷漢：在開(kāi)發(fā)首個(gè)功能性鋰電池時(shí)就利用了鋰的巨大動(dòng)力來(lái)釋放其外部電子。美國(guó)約翰·B.古迪納夫：將鋰電池的潛力提高了一倍，為功能更強(qiáng)大、更有用的電池創(chuàng)造了合適的條件。日本吉野彰：成功地從電池中去除了純鋰，取而代之的是基于比純鋰更安全的鋰離子。鋰離子電池的發(fā)展歷史

鋰離子動(dòng)力電池主要運(yùn)用在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，主要品種為發(fā)展較早較成熟的磷酸鐵鋰和新興的三元鋰電池，安全性問(wèn)題成為制約其發(fā)展的原因之一。

鋰離子電池根據(jù)其正極運(yùn)用的材料不同分為以下幾類(lèi)：鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池等。運(yùn)用最早的鋰電池，容量密度大是其特性，但安全性、穩(wěn)定性差，在數(shù)碼電子領(lǐng)域運(yùn)用較多。因其安全穩(wěn)定性差，并不適用于大多數(shù)新能源車(chē)，但由于其超強(qiáng)續(xù)航能力獲得了特斯拉的青睞，特斯拉Roadster運(yùn)用的就是鈷酸鋰電池鈷酸鋰電池鋰離子電池的主要種類(lèi)鈷酸鋰動(dòng)力電池目前主流動(dòng)力電池，其綜合能力出色。容量密度中等，價(jià)格便宜，安全環(huán)保等特點(diǎn)被眾多新能源車(chē)企業(yè)所青睞，日韓作為錳酸鋰電池的佼佼者一直領(lǐng)先全球。在新能源車(chē)運(yùn)用方面，如日產(chǎn)聆風(fēng)等都有所運(yùn)用。錳酸鋰電池鋰離子電池的主要種類(lèi)錳酸鋰電池國(guó)內(nèi)新能源車(chē)運(yùn)用廣泛，其最大優(yōu)點(diǎn)是安全穩(wěn)定性和壽命在其他類(lèi)型鋰電池中堪稱(chēng)“霸主級(jí)別”，但其較低的容量密度，低續(xù)航能力限制了其“一家獨(dú)大”的能力。比亞迪E6、比亞迪秦等運(yùn)用的就是磷酸鐵鋰電池，并且比亞迪發(fā)布的最新刀片電池也是磷酸鐵鋰電池，磷酸鐵鋰電池鋰離子電池的主要種類(lèi)磷酸鐵鋰電池近期興起的新型鋰電池，如圖1-17所示。其正極材料是用鎳鈷錳按一定比例混合搭配。其優(yōu)點(diǎn)是容量密度大，續(xù)航能力強(qiáng)，但其安全性能略差，優(yōu)于鈷酸鋰電池。國(guó)內(nèi)電池企業(yè)巨頭寧德時(shí)代以生產(chǎn)三元鋰電池為主，市面上中高端乘用車(chē)幾乎全部被三元鋰電池占據(jù)，如蔚來(lái)ES8，特斯拉Model3等運(yùn)用的就是三元鋰電池。三元鋰電池鋰離子電池的主要種類(lèi)三元鋰電池燃料電池04PARTFOUR燃料電池是一種將燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池通常由形成離子導(dǎo)電體的電解質(zhì)板和其兩側(cè)配置的燃料極（陽(yáng)極）和空氣極（陰極）、及兩側(cè)氣體流路構(gòu)成，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣（氧化劑氣體）能在流路中通過(guò)。燃料電池按燃料處理方式分類(lèi)燃料電池燃料電池的應(yīng)用非常廣泛，可用于航天、空間站、電站區(qū)域性供電、電動(dòng)車(chē)及移動(dòng)電源等。燃料電池按電解質(zhì)類(lèi)型分類(lèi)燃料電池豐田Mirai搭載的燃料電池是由370多片薄片燃料電池堆疊組成的，因此被稱(chēng)為“堆棧”，一共可以輸出114千瓦的發(fā)電功率。德國(guó)奔馳汽車(chē)公司也研究了PEMFC（質(zhì)子交換膜燃料）電池為動(dòng)力的汽車(chē)。燃料電池燃料電池汽車(chē)燃料電池動(dòng)力電池性能比較05PARTF