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1、Company LogoCompany Logo Add Your Company Slogan 动力锂电池新能源材料及其应用技术 材料科学与工程学院 纳米光电材料实验室 朱归胜 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 目录 锂离子电池及材料概述 1 钛酸锂电池材料及应用技术 2 新能源汽车的发展现状和趋势 3 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 引言 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 引言 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 引言 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 1 锂离子电池概述 （1）锂电池的原理 锂离子电池是指锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。 常见的如以碳素材料为负极，含锂的化
2、合物为正极。 摇椅电池 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 1 锂离子电池概述 （2）锂电池的主要结构 正极材料：锂化合物LixCoO2、LixNiO2、LiFePO4、 LixMnO2，锰钴镍三元材料等； 负极材料：锂-碳层间化合物LixC6、天然石墨、钛酸锂等； 电解质溶液：溶解有锂盐的LiPF6、LiAsF6等有机溶液； SEI（隔膜）：只允许锂离子通过，其它溶液剂分子不能通 过。 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 1 锂离子电池概述 （3）几种正极材料应用性能的比较 类 别 安全 性能 比容量 mAh/ g 循环寿命 /次 电压 平台 材料 成本 所占成 本比重 适合领域 钴酸锂差1
3、455003.6高40%中小型移动电池 锰酸锂较好105 500 3.7低25% 对体积不敏感的中 型动力电池 三元材料较好160 800 3.6较高33%中小型动力电池 磷酸铁锂很好150 1500 3.2低廉25% 对体积不敏感的大 型动力电池 目前，以磷酸铁锂+石墨负极材料的动力电池商业化最为成功，锰酸锂 和三元材料近两年来也发展十分迅速，表现出良好的商业化前景。 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 1 锂离子电池概述 （4）锂电池的应用 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 1 锂离子电池概述 （4）锂电池的应用 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 1 锂离子电池概述 （5）动力锂电池
4、严格来说，动力锂离子电池是指容量在3Ah以上的锂离子 电池，目前则泛指能够通过放电给设备、器械、模型、车辆 等驱动的锂离子电池； 动力锂离子电池又分为高容量和高功率两种类型，高容量电 池可用于电动工具、自行车、滑行车、矿灯、医疗器械等； 高功率电池主要用于混合动力汽车及其它需要大电流充放电 的场合； 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 特斯拉电动汽车碰撞后着火 2015年4月26日，深圳五洲龙电动大巴充电时着火 为什么电池这么“火”！？ 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 寿命 充电慢 安全 石墨由于层状结 构，锂离子嵌入 嵌出过程引
5、起较 大形变（10.3% ），导致循环性 能不足 石墨电位0.1V vs Li+/Li，与电 解质形成在界面 形成一层膜，并 且容易形成锂支 晶 Li+在石墨中的离子迁移速率较低，导致充放电较慢 （1）石墨负极的不足 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 安全性 长寿命 高倍率 零应变 无SEI膜 离子扩散 速度快 （2）钛酸锂负极材料的特性 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 序号钛酸锂负极材料碳负极材料
6、 1零应变，循环性能好 过充电时易析出锂枝晶，造成 电池短路，影响电池的安全性 2 放电电压平稳、电解液不致发生 分解，有效提高电池安全性 易形成SEI膜而导致首次充放 电效率较低，不可逆容量较大 3 与碳负极材料相比，具有高的锂 离子扩散系数（210-8cm2/s, 倍率性能好 碳材料的平台电压较低(接近于 金属锂)，并且容易引起电解液 的分解,从而带来安全隐患 4 电势比纯金属锂高，不易产生锂 晶枝，安全性能好 在锂离子嵌入、脱出过程中体 积变化较大，循环稳定性差 5 钛酸锂+锰酸锂，工作电压为 2.4V，钛酸锂负极锂电池可以 过充到5V，过放到0V 不能过充过放 （3）钛酸锂与石墨负极的
7、比较 2 钛酸锂动力电池材料及应用 导电性 LTO导电能力差，需要通过碳包覆或者 掺杂提高电子电导 LTO导电能力差，需要通过碳包覆或者 掺杂提高电子电导 电位窗 LTO的电位为1.55V vsLi+/Li，与高 电位锰酸锂只能形成2.4V电压，采用金 属取代部分Ti降低LTO电位值 LTO的电位为1.55V vsLi+/Li，与高 电位锰酸锂只能形成2.4V电压，采用金 属取代部分Ti降低LTO电位值 大电流 充放 也主要通过减小颗粒(纳米化)和掺杂， 提高高倍率性能 也主要通过减小颗粒(纳米化)和掺杂， 提高高倍率性能 （4）钛酸锂负极的改进 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 桂林电子科
8、技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 （5）我们的工作 喷雾热分解法是一种能获得均匀纳米粉体的新型化学法，是 将配制好的真溶液雾化成液滴，然后在高温条件下使其热解 沉淀，直接合成粉体的方法。采用喷雾热解法，一步合成钛 酸锂，操作简单，可快速合成结晶度高，球形度极好的尖晶 石型钛酸锂Li4Ti5O12。 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 Xiuyun Zhang , HuaruiXu , YunyunZhao, GuishengZhu , AibingYu, Materials Letters,129(2014)101103 桂林电子科技大学材料
9、科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 Xiuyun Zhang , HuaruiXu , YunyunZhao, GuishengZhu , AibingYu, Materials Letters,129(2014)101103 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 制备的405070P软包锂电池 指标性能 容量1000mAh 平台电压2.42.5V 充电电流2.5A3A 2.5A充满电时间约30分钟 循环性能 1000次容量保持率 约为90% 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 解决的关键技术问题 锰酸锂（正极）+钛酸锂（负极
10、）系锂离子电池，由于负极 材料的结构原因，吸水性强，因此制造的电池容易胀气，这 是制约锰钛系锂电池实际应用的关键问题。 充分利用前期材料制备优势，外加精确的制备工艺控制，有 效解决了电池胀气的问题，电池充放电循环1000次后的体 积膨胀率小于5%。 产气膨胀后的电池 封装并充满电放置 6个月后未见产气 电池循环2000次 后的产气情况 2 钛酸锂动力电池材料及应用 电池开始循环的充放电曲线电池循环到5000次的充放电曲线 从第1次循环到第5000次循环，其充放电曲线均较平滑，下降不 明显，电池的具有优良的循环性能。 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛
11、酸锂动力电池材料及应用 20Ah软包锂电池 指标性能 容量20Ah 平台电压2.4V 充电时间约30分钟 充电电流2.5A 循环性能 5000次容量保持率约 为85% 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 20Ah,48V电动车用电池组 指标性能 规格48V 20Ah 重量9.2Kg 电动车续航里程60km 充电时间40min 尺寸300170110mm 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 电池组性能指标对比 本项目磷酸铁锂电池铅酸电池 单电池电压2.4V3.3V2V 48V 20A组成20串1516串（26）4 快充时间45min50
12、min4小时 最大充电电流15A10A1A 最大放电电流7A5A3A 重量(Kg)9.27.828 体积(mm)300170110280160100300180180 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （1）我国动力汽车产业面临的挑战 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （2）我国汽车技术与汽车产业发展战略 桂林电子科技大学材料科
13、学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （3）混合动力汽车模块化原理 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （4）纯电动汽车与动力电池 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （5）国外典型纯电驱动中高级轿车 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （6）我国典型PHEV乘用车 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （7）动力电池技术1：电
14、化学与材料科学 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （7）动力电池技术1：电化学与材料科学 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （7）动力电池技术1：电化学与材料科学 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （8）动力电池技术2：充电基础设施工程应用 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （8）动力电池技术2：充电基础设施工程应用 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （8）动力电池技术3：设计制造与系统集成 桂林电子科技大学材料科学与工程学院
15、 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （8）动力电池技术3：设计制造与系统集成 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （8）动力电池技术3：设计制造与系统集成 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （9）动力电池安全状态SOS的辩识 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （9）动力电池一致性与充电均衡控制 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 举例：特斯拉电动汽车 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽
16、车的发展现状和趋势 （9）动力电池一致性与充电均衡控制 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （10）电动汽车的发展趋势：车身轻量化、绿色化 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （10）电动汽车的发展趋势：整车技术信息化、智能化 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （10）电动汽车的发展趋势：能源网络化、一体化 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （11）我国的优势 线：城际高速铁路方面，世界领先。 目前中国是世界上高铁规模最大、发展速度最快的国家，截 至2014年，中国高铁运营里程达1.6万公里，约占世界总里 程的60%。 桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （11）我
