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1、电 池 基 础 知 识,二次锂离子电池的基础知识,电 化 学,电池基础知识培训课件,1、电化学与电池的定义；,2、电池的分类、定义及其用途；,3、锂电池的基本结构及化学反应原理；,4、锂电池的制造工艺流程简图,5、锂电池的基本性能参数, 电池基础知识培训目录,6、锂电池的相关市场信息及产品技术现况, 1、电化学与电池的定义,电化学：是研究电现象和化学现象之间的关系及电能 和化学能相互转化规律的一门科学。 电池： 就是将化学能、光能、热能、核能等直接转 换为电能的系统装置。 有化学电池、太阳电池、浓差电池、核电池 等。通常所说的电池指化学电池。, 2.1、电池的分类、定义及其用途,二次电池：通过
2、充电将电能转变为化学能贮存起来，使用时再将化学能转变为电能 （蓄电池） 释放出来的一种化学电池。其转变的过程是可逆的。蓄电池的充电和放电过 程可以重复循环多次，故蓄电池又称为二次电池 。 电池充电：当蓄电池已完全放电或部分放电后，两电极板表面形成新的化合物，这时若用 适当的反向电流通入蓄电池，就可以使在放电过程中形成的化合物还原为原 先的活性物质，供下次放电再用，此过程叫充电，即将电能以化学能的形式 贮存在蓄电池中。 电池放电：电池接通负载供给外电路电流的过程叫放电 。,原电池,化学电池, 2.2、电池的分类、定义及其用途,锂电池： 锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的
3、电池。 由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境 要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。 锂离子电池： 锂离子电池是指由两个能够可逆嵌入与脱嵌锂离子的化合物分别作为正负极 构成的二次电池,它具有高电压、大容量、自放电小及绿色环保等优点。 锂离子电池种类： 锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)、聚合物锂离子电池(PLB)； 其中，液态锂离子电池是指 Li +嵌入化合物为正、负极的二次电池。 正极采用锂化合物LiCoO2或LiMn2O4等，负极采用锂-碳层间化合物 锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应 无污染、自放电小、循环寿命长，是21世
4、纪发展的理想能源。 锂离子电池应用： 锂离子电池目前已经成为通讯、数码产品的标配移动电源。 从2002年起，联合国在世界范围内强制规定，要求新出厂的汽车将原来12V的 铅酸蓄电池改为36V锂离子电池。锂离子电池作为电动自行车、电动汽车、混 合电动汽车的动力电源也得到了广泛应用。 在航空航天领域、军事应用、微型机电系统、动力负荷调节系统等方面，锂离 子电池正在扮演越来越重要的角色。, 3.1锂电池的基本结构及化学反应原理,（圆柱型锂离子电池）, 3.2锂电池的基本结构及化学反应原理,（方型锂离子电池）, 3.3锂电池的基本结构及化学反应原理,（聚合物锂离子电池）, 3.4锂电池的基本结构及化学反
5、应原理,锂离子电池的正电极部品构造： LiCoO2(钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体（铝箔）, 3.5锂电池的基本结构及化学反应原理,锂离子电池的负电极部品构造： 油系：石墨+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体（铜箔） 水系：石墨+导电剂(乙炔黑)+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体（铜箔）, 3.6锂电池的基本结构及化学反应原理,锂离子电池的主要部品构造：, 3.7锂电池的基本结构及化学反应原理,充电过程： 如上图一个电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳
6、”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。 电池放电过程: 电子和Li+都是同时行动的，方向相同但路不同，放电时，电子从负极经过电子导体跑到正极，锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。, 3.8锂电池的基本结构及化学反应原理,正极反应：,负极反应：,总的反应：, 4.1、锂电池的制造工艺流程简图,圆柱型锂离子电池制造工艺流程简图：, 4.2、锂电池的制造工艺流程简图, 4.3、锂电池的制造工艺流程简图, 5.1、锂电池基本性能参数,锂离子电池的性能参数主要有：容量、电压、内阻、循环寿命,电动势： 等于单位正电荷由负极通
7、过电池内部移到正极时，电池非静电力 （化学力）所做的功。电动势取决于电极材料的化学性质，与电池 的大小无关。 电池容量：电池在一定放电条件下所能输出的总电荷量，以符号C表示，常用 的单位为安培小时，简称安时（Ah）或毫安时（mAh），它等于放 电电流与放电时间的乘积。 标称容量：是按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定的放电条件下应 该放出的最低限度的容量。 实际容量：是指电池在一定条件下所能输出的电量。 小电池实际容量会高于标称15 mAh； 大电池实际容量会高于标称30 mAh； 理论比能量：在电池反应中，1千克反应物质所产生的电能。电池的实际比能 量要比理论比能量小。因为电池中的反应
8、物并不全按电池反应进行 同时电池内阻也要引起电动势降，因此常把比能量高的电池称做高 能电池。电池的电极面积越大，其内阻越小 。, 5.2、锂电池基本性能参数,开路电压（断路电压）： 是指电池在非工作状态下，即电路无电流流过时，电池正负极之间的电势 差一般情况下，Li-ion充满电后开路电压为4.1-4.2V左右，放电后开路压为3.0V左右，通过电池的开路电压，可以判断电池的荷电状态。 标称电压（工作电压） : 是指电池在正常工作过程中表现出来的电压 ,锂电池标称电压为 3.6V 充电电压： 是指二次电池在充电时，外电源加在电池两端的电压。充电的基本方法有 恒电流充电和恒电压充电。一般采用恒流恒
9、压充电，其特点时在充电过程 中充电电流恒定不变。随着充电的进行，活性物质被恢复，电极反应面积 不断缩小，电极的极化逐渐增高。 终止电压： 指电池在放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压( 其数值与 放电电流有关 )。,锂离子电池电压：, 5.3、锂电池基本性能参数,电池内阻：包括欧姆内阻和极化内阻。 极化内阻：包括电化学极化与浓差极化。极化电阻随电流密度增加而增大。 欧姆电阻：遵守欧姆定律； 电池内阻不是常数，在充放电过程中随时间不断变化，因为活性物质 的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。对电池而言，其容量 越小内阻越大。,锂离子电池内阻：,在环境温度205的条件下，以1C充电，当
10、电池端电压达到充电限 制电压4.2V时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于1/20C，停止 充电，搁置0.5h1h，然后以1C电流放电至终止电压2.75V，放电结束 后，搁置0.5h1h，再进行下一个充放电循环，直至连续两次放电时间 小于36min，则认为寿命终止。 对于二次电池，使用寿命时衡量电池性能好坏的一个重要参数。二次电池经过一 次充电和放电，称为一个周期（或已此循环）。在一定的充放电制度下，电池容 量达到某一规定值之前电池能经受的充放电次数称为二次电池的使用周期。,锂离子电池循环寿命：, 6.1、锂电池的相关市场信息及产品技术状态,JAPAN：SONY、SANYO KOREA：SA
11、MSUNG、LG 、SKC、VK CHINA： ATL、 TCL、LiShen等,锂离子主要制造基地：,SONY Bellcore 液态软包,代表目前主流产品的技术三大体系：, 6.2、锂电池的相关市场信息及产品技术状态,锂离子电池市场份额分配趋势图：,1Q,2Q,3Q,4Q,1Q,2Q,3Q,4Q,1Q,2Q,3Q,4Q,383450P,401430P,402030P,402025P,502030P,502025P,503450P,503562P,503759P,Typical Cell,Type,CY2005,CY2006,CY2007,700mAh,720mAh,750mAh,110mA
12、h,120mAh,130mAh,170mAh,180mAh,200mAh,140mAh,150mAh,160mAh,230mAh,250mAh,260mAh,190mAh,200mAh,210mAh,900mAh,950mAh,1050mAh,1100mAh,1150mAh,1250mAh,1200mAh,1240mAh,1300mAh, 6.3、锂电池的相关市场信息及产品技术状态,POLYMET电池容量趋势图：, 6.4、锂电池的相关市场信息及产品技术状态,SONY的生产工艺流程：, 6.5、锂电池的相关市场信息及产品技术状态,BELLCORE的生产工艺流程：, 6.6、 854h测试电池厚度曲线对比, 6.8、 100次循环容量保持率95%以上, 6.9、 100次循环后平台保持率92%以上, 6.10、 100次循环后电池厚度和内阻变化率, 6.11、 Overcharge test 1C5V,V,T,C, 6.12、 Overcharge test 3C5V,C,V,T, 6.13、 Hot box test 1301h,T2,T1, 6.14、 Hot box test 1501h,T1,T2, 6.15、 Short Circuit232,V,T,谢谢大家!,
