(2024年)原電池公開(kāi)課課件

原電池公開(kāi)課課件12024/3/26目錄contents原電池基本概念與原理原電池性能參數(shù)與評(píng)價(jià)指標(biāo)原電池材料選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)原電池制造工藝與設(shè)備簡(jiǎn)介原電池應(yīng)用領(lǐng)域與市場(chǎng)前景實(shí)驗(yàn)操作演示環(huán)節(jié)22024/3/2601原電池基本概念與原理32024/3/26定義正極負(fù)極電解質(zhì)原電池定義及組成01020304原電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，其核心組成部分包括正極、負(fù)極和電解質(zhì)。發(fā)生還原反應(yīng)，通常是金屬氧化物或具有氧化性的物質(zhì)。發(fā)生氧化反應(yīng)，通常是金屬或具有還原性的物質(zhì)。在正負(fù)極之間傳導(dǎo)離子，形成閉合回路。42024/3/26工作原理原電池工作時(shí)，負(fù)極上的金屬失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電子通過(guò)外電路流向正極；正極上的氧化劑得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。同時(shí)，電解質(zhì)中的離子在正負(fù)極之間遷移，形成電流。負(fù)極反應(yīng)金屬失電子，形成金屬離子進(jìn)入電解質(zhì)，同時(shí)釋放出電子。正極反應(yīng)氧化劑在正極上得到電子被還原，生成相應(yīng)的還原產(chǎn)物。工作原理與電極反應(yīng)52024/3/26能量轉(zhuǎn)換原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。其轉(zhuǎn)換效率取決于電極材料的性質(zhì)、電解質(zhì)的種類(lèi)和濃度以及電池的設(shè)計(jì)等因素。效率原電池的效率通常用電壓、電流和功率等參數(shù)來(lái)衡量。理論上，原電池的效率可達(dá)到100%，但實(shí)際應(yīng)用中由于各種因素的影響，其效率會(huì)有所降低。能量轉(zhuǎn)換與效率62024/3/26鋅錳電池01以鋅為負(fù)極，二氧化錳為正極，具有成本低、容量適中等特點(diǎn)，但放電電壓不夠平穩(wěn)。鉛蓄電池02以鉛為負(fù)極，二氧化鉛為正極，電解液為硫酸。具有電壓穩(wěn)定、價(jià)格相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，但需要定期維護(hù)。鋰離子電池03以鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料，使用非水電解質(zhì)溶液的電池。具有能量密度高、自放電率低、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。常見(jiàn)類(lèi)型及其特點(diǎn)72024/3/2602原電池性能參數(shù)與評(píng)價(jià)指標(biāo)82024/3/26描述電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能力，單位通常為伏特（V）。電動(dòng)勢(shì)電池內(nèi)部阻礙電流通過(guò)的性質(zhì)，包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，單位通常為歐姆（Ω）。內(nèi)阻包括負(fù)載電阻、電流和電壓等，用于評(píng)估電池在實(shí)際應(yīng)用中的性能。外電路參數(shù)電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻及外電路參數(shù)92024/3/26描述電池在放電過(guò)程中電壓隨時(shí)間或容量的變化關(guān)系。放電曲線放電平臺(tái)放電容量電池放電過(guò)程中電壓保持相對(duì)穩(wěn)定的階段，反映電池放電性能的穩(wěn)定性。電池在特定條件下能夠放出的電量，通常以安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）表示。030201放電性能曲線分析102024/3/26電池存儲(chǔ)電量的能力，通常以安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）表示，與電池尺寸、電極材料等有關(guān)。容量單位質(zhì)量或體積的電池所能存儲(chǔ)的能量，反映電池的能量密度，通常以瓦時(shí)/千克（Wh/kg）或瓦時(shí)/升（Wh/L）表示。比能量容量、比能量等關(guān)鍵指標(biāo)112024/3/26電池在多次充放電循環(huán)后能保持其原始性能的能力，通常以充放電次數(shù)表示。包括電池過(guò)充、過(guò)放、高溫、低溫等極端條件下的安全性測(cè)試，以確保電池在實(shí)際應(yīng)用中的安全可靠性。循環(huán)壽命與安全性評(píng)估安全性評(píng)估循環(huán)壽命122024/3/2603原電池材料選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)132024/3/26高能量密度，良好的循環(huán)性能，但熱穩(wěn)定性差，安全性有待提高。鈷酸鋰（LCO）高能量密度，較好的循環(huán)性能和安全性能，但成本較高。三元材料（NCM/NCA）熱穩(wěn)定性好，安全性高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，但能量密度相對(duì)較低。磷酸鐵鋰（LFP）成本較低，環(huán)境友好，但循環(huán)性能和高溫性能較差。錳酸鋰（LMO）正極材料類(lèi)型及特點(diǎn)分析142024/3/26石墨硅基負(fù)極鈦酸鋰（LTO）合金類(lèi)負(fù)極負(fù)極材料類(lèi)型及特點(diǎn)分析導(dǎo)電性好，結(jié)晶度高，嵌鋰容量大，但首次充放電效率低，存在安全隱患。高安全性，快速充放電性能，但能量密度較低。理論比容量高，但充放電過(guò)程中體積變化大，導(dǎo)致循環(huán)性能差。高比容量，但充放電過(guò)程中體積變化大，循環(huán)性能差。152024/3/26高離子導(dǎo)電性，良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，但易燃易爆，存在安全隱患。有機(jī)電解液高安全性，良好的熱穩(wěn)定性，但離子導(dǎo)電性較差。無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)良好的柔韌性和加工性能，較高的離子導(dǎo)電性，但電化學(xué)穩(wěn)定性有待提高。聚合物電解質(zhì)電解液種類(lèi)選擇及性能影響162024/3/26作用防止正負(fù)極直接接觸導(dǎo)致短路，同時(shí)允許鋰離子通過(guò)。要求具有良好的離子導(dǎo)電性、電子絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。常用的隔膜材料包括聚烯烴微孔膜、陶瓷隔膜等。隔膜材料作用及要求172024/3/2604原電池制造工藝與設(shè)備簡(jiǎn)介182024/3/26涂布將混合好的電極材料涂布在集流體上，形成電極片。原料準(zhǔn)備包括活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等原料的選取和預(yù)處理。配料與混合按照一定比例將原料進(jìn)行混合，確保電極材料的均勻性和一致性。干燥與壓片通過(guò)干燥去除電極片中的水分，然后進(jìn)行壓片處理，提高電極片的密度和機(jī)械強(qiáng)度。裁切與分選將電極片裁切成規(guī)定尺寸，并進(jìn)行分選，剔除不合格品。電極制備工藝流程圖192024/3/26確保電池殼體內(nèi)壁干凈、無(wú)雜質(zhì)，并充分干燥。電池殼體的清洗與干燥電極片的裝配與定位電解液的注入與密封化成與檢測(cè)將正負(fù)極電極片按照正確位置裝配到電池殼體中，并確保電極片與殼體間的良好接觸。向電池殼體內(nèi)注入適量電解液，并確保密封良好，防止漏液。對(duì)新裝配的電池進(jìn)行化成處理，使電池性能達(dá)到最佳狀態(tài)，并進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，確保電池質(zhì)量。裝配工藝關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制202024/3/26根據(jù)生產(chǎn)工藝要求、產(chǎn)量規(guī)模、設(shè)備性能及價(jià)格等因素進(jìn)行綜合考慮，選擇適合的設(shè)備型號(hào)和規(guī)格。設(shè)備選型依據(jù)制定詳細(xì)的設(shè)備操作規(guī)程，包括設(shè)備啟動(dòng)、運(yùn)行、維護(hù)、保養(yǎng)等方面的內(nèi)容，確保設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命。操作規(guī)程設(shè)備選型依據(jù)和操作規(guī)程212024/3/26自動(dòng)化生產(chǎn)線建設(shè)趨勢(shì)采用先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化運(yùn)行和監(jiān)控。通過(guò)優(yōu)化工藝流程和提高設(shè)備性能，提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。引入在線檢測(cè)和質(zhì)量控制技術(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性。采用節(jié)能環(huán)保技術(shù)和設(shè)備，降低生產(chǎn)過(guò)程中的能耗和廢棄物排放。自動(dòng)化程度提高生產(chǎn)效率提升產(chǎn)品質(zhì)量保障節(jié)能環(huán)保222024/3/2605原電池應(yīng)用領(lǐng)域與市場(chǎng)前景232024/3/26智能手機(jī)、平板電腦等便攜式電子產(chǎn)品的普及，推動(dòng)了對(duì)高性能、輕薄化原電池的需求。原電池在可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用逐漸增多，如智能手表、智能眼鏡等。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的便攜式設(shè)備需要原電池供電，如智能家居、智能醫(yī)療設(shè)備等。便攜式電子產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀242024/3/26電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，對(duì)原電池的能量密度、循環(huán)壽命等性能提出了更高的要求。鋰離子電池是目前電動(dòng)汽車(chē)主要采用的電池類(lèi)型，但其安全性、成本等問(wèn)題仍需解決。固態(tài)電池、燃料電池等新型電池技術(shù)正在不斷發(fā)展，未來(lái)有望應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域發(fā)展動(dòng)態(tài)252024/3/26家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)、工業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)等應(yīng)用場(chǎng)景不斷涌現(xiàn)，為原電池市場(chǎng)提供了新的增長(zhǎng)點(diǎn)。鉛酸電池、鋰離子電池等不同類(lèi)型的原電池在儲(chǔ)能系統(tǒng)中各有優(yōu)劣，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。隨著可再生能源的普及，儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求逐漸增加，原電池在其中扮演重要角色。儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)潛力挖掘262024/3/26原電池能量密度將不斷提高，同時(shí)安全性、循環(huán)壽命等性能也將得到優(yōu)化。新型電池技術(shù)將持續(xù)涌現(xiàn)，如固態(tài)電池、鋰硫電池等，有望在未來(lái)取代傳統(tǒng)鋰離子電池。隨著環(huán)保意識(shí)的提高，原電池的環(huán)保性將成為重要考量因素，綠色電池技術(shù)將得到更多關(guān)注。原電池市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)將愈發(fā)激烈，企業(yè)需要不斷創(chuàng)新以降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力。01020304未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)272024/3/2606實(shí)驗(yàn)操作演示環(huán)節(jié)282024/3/26實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)操作，使學(xué)生了解原電池的工作原理和性能特點(diǎn)，掌握原電池的組裝和測(cè)試方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮筒襟E介紹292024/3/26實(shí)驗(yàn)步驟1.準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材和試劑，包括原電池、電流表、電壓表、導(dǎo)線、電極等。2.組裝原電池，將電極插入電解質(zhì)溶液中，連接電流表和電壓表。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮筒襟E介紹302024/3/263.開(kāi)啟電源，記錄電流表和電壓表的讀數(shù)，并觀察原電池的工作狀態(tài)。4.改變實(shí)驗(yàn)條件，如電極材料、電解質(zhì)溶液濃度等，重復(fù)上述步驟。5.結(jié)束實(shí)驗(yàn)，拆卸原電池，清洗并整理實(shí)驗(yàn)器材。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮筒襟E介紹312024/3/26

數(shù)據(jù)記錄表格填寫(xiě)指導(dǎo)數(shù)據(jù)記錄表格應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)條件（如電極材料、電解質(zhì)溶液濃度等）、電流表和電壓表的讀數(shù)以及原電池的工作狀態(tài)等信息。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要求學(xué)生認(rèn)真記錄每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下的數(shù)據(jù)，以便后續(xù)分析和討論。數(shù)據(jù)記錄應(yīng)準(zhǔn)確、清晰，可以使用圖表等形式進(jìn)行展示。322024/3/26根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析原電池的工作原理和性能特點(diǎn)。通過(guò)比較不同原電池的性能差異，引導(dǎo)學(xué)生思考如何提高原電池的能量密度、功率密度等關(guān)鍵指標(biāo)。討論不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)原電池性能的影響，如電極材料、電解質(zhì)溶液濃度等。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，探討原電池在能源、環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用前景和挑