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1、二次电池基本内容简述,储能技术概述,讲述人：刘雨雯,2,储能技术概述二次电池基本内容简述,电池行业发展概况,市场环境下常用几种电池描述,/01,4,电池行业发展概况,电池,物理电池,太阳能电池,温差发电器,化学一次电池,镍一次电池,碱锰电池,锌锰电池,铅酸蓄电池,锂离子电池,镍氢电池,镍镉电池,化学二次电池,5,电池行业发展概况,二次电池 发展情况,其他电池 发展情况,锂电子电池原理及工艺,锂离子电池的起源 ，锂离子电池的分类， 锂离子电池工作原理,/02,7,锂电子电池原理及工艺,正极构造： LiCoO2+ 导电剂 + 粘合剂 (PVDF) + 集流体（铝箔） 负极构造： 石墨 + 导电剂
2、+ 增稠剂 (CMC) + 粘结剂 (SBR) + 集流体（铜箔）,正极材料,负极材料,隔膜,电解液,锂离子电池结构,8,充电过程 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”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。此时： 正极发生反应： LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe 负极发生反应： 6C+xLi+xe LixC6,锂电子电池原理及工艺,锂离子电池工作原理,9,放电过程 放电有恒流放电和恒阻放电，恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可变电阻，恒阻放电的实质都是在电池正
3、负极加一个电阻让电子通过。由此可知，只要负极上的电子不能从负极跑到正极，电池就不会放电。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。,锂电子电池原理及工艺,01,当x0.5时，Li1-xCoO2的结构表现为极其不稳定,02,必须有一部分Li留在负极C6中心，以保证下次充放电Li的正常嵌入,03,过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏,04,不适合的温度将引发锂离子电池内部其他化学反应生成我们不希望看到的化合物,锂电子电池原
4、理及工艺,充电特性,11,发展高能锂离子电池的的关键技术之一是正极材料的开发。商品化的锂离子电池中正极材料的比容量远远小于负极材料，成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的重要因素。,锂电子电池原理及工艺,锂离子电池正极材料的选择,作为理想的锂离子正极材料，要求为： 1）具有较高的氧化还原电位，保证锂离子电池的高压特性； 2）允许大量锂离子嵌入脱出，保证锂离子电池的高容量特性； LiCoO2为273mAh/g、LiNiO2为274mAh/g、LiMn2O2为148mAh/g、LiFePO2为170mAh/g 3）嵌入脱出过程的可逆性好，充放电过程中材料结构变化较小； 4）锂离子能过快速嵌入和脱出
5、，具有高的电子导电率和离子导电率； 5）在电解液中化学稳定性好； 6）低廉、容易制备，对环境友好等。,13,锂电子电池原理及工艺,锂离子电池分类,14,锂电子电池原理及工艺,LiCoO2,层状结构，二维运动，Li电导率高； 理论容量274mAh/g； 实际容量只有140mAh/g； 充放电电压2.54.2V； 不可逆容量损失小，循环性非常好； 合成工艺比较简单； 钴资源有限，价格昂贵； 钴毒性较大，污染环境。,15,锂电子电池原理及工艺,LiNiO2,与LiCoO2结构相似，层状结构； 理论容量275mAh/g； 实际容量只有180200mAh/g； 镍的储存量比钴大，价格便宜，环境污染小；
6、制备条件比较苛刻； 充放电稳定性劣化严重。,16,锂电子电池原理及工艺,LiMn2O4,尖晶石型LiMn2O4为面心立方结构，三维隧道结构； 理论容量148mAh/g； 实际容量只有120mAh/g； 锰氧化物成本低、资源丰富、无毒； 放电电压要求高3V4V；,17,锂电子电池原理及工艺,LiNi1-x-yCoy MnxO2,Mn在放电过程中保持不变，起到“骨架”支撑作用，因此结构比较稳定；不会像LiNiO2的结构变化，具有很好的循环稳定性和安全性能。 理论容量275mAh/g； 实际容量只有160mAh/g； 压实密度较低,18,锂电子电池原理及工艺,LiFePO4,LiFePO4为橄榄石型
7、结构，结构非常稳定； 理论容量170mAh/g； 价格低廉，环境友好； 导电性非常差，脫嵌运动受影响。,其他二次电池概况,铅酸蓄电池，镍镉电池、镍氢电池,/03,20,铅酸蓄电池,工作原理,21,铅酸蓄电池,蓄电池的应用,22,铅酸蓄电池,铅酸蓄电池比较特性,性能稳定：实现工业化程度高，技术成熟，实用性好； 成本优势：最廉价的二次电池，是锂离子电池和氢镍电池的成本的1/3左右； 回收优势：全球再生铅产量已超过原生铅产量。,能量密度低：能量密度只有锂离子电池的1/3，氢镍电池的1/2，体积大； 循环寿命短：循环寿命仅为锂离子电池的1/3； 产业链生产存在污染：铅冶炼、电池制造、再生冶炼等,劣势,
8、优势,23,氢镍电池,工作原理,氢镍电池比较特性,24,其他二次电池概况,电池的应用,充电机理及快充定义，电池品质的标准,/04,26,电池的应用,阶段1：涓流充电涓流充电用来对完全放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。在电池电压低于3V左右时采用涓流充电，涓流充电电流是恒流充电电流的十分之一即0.1c。,阶段2：恒流充电当电池电压上升到涓流充电阈值以上时，提高充电电流进行恒流充电。恒流充电的电流在0.2C至1.0C之间。电池电压随着恒流充电过程逐步升高,一般单节电池设定的此电压为3.0-4.2V。,充电过程,充电时间,阶段3：恒压充电 当电池电压上升到4.2V时，恒流充电结束，开始恒压充电阶
9、段。电流根据电芯的饱和程度，随着充电过程的继续充电电流由最大值慢慢减少，当减小到0.01C时，认为充电终止。,阶段4：充电终止通常有两种典型的充电终止方法。一个就是采用最小充电电流判断或采用定时器(或者两者的结合)。最小电流法监视恒压充电阶段的充电电流，并在充电电流小于0.02C时终止充电。第二种方法就是从恒压充电阶段开始时计时，持续充电两个小时后终止充电过程。,27,电池的应用,可以用测量电压的方法估算电池剩余容量：,28,电池的应用,脉冲充电,与常规充电方法相比： 脉冲充电能以较大的电流充电， 在停充期电池的浓差极化和欧姆极化会被消除，使下一轮的充电更加顺利地进行， 充电速度快、 温度的变
10、化小、 对电池寿命影响小。 但其缺点很明显： 需要一个有限流功能的电源，这增加了脉冲充电方式的成本。,29,电池的应用,快充定义,慢充：3C,1.6C充电：30分钟将电池从0%充至80%,快充技术,快充是对负极材料接受锂离子能力的极大考验！,材料性能提高 纳米材料 结构更加稳定的正极材料 能量密度更高的负极材料 更加适应充电的环境,30,锂电子电池爆炸原因,31,电池相关标准及测试,铅酸电池常用标准： GB/T5008.1 启动电池标准（国）； SAE J 537 （美）； EN 50342 （欧）； JIS D 5301（日）； Q/SQR04.075 启动电池标准（企）； QC/T 742
11、-2006 电动汽车用铅酸蓄电池（国）；,32,电池相关标准及测试,短路：满充电池外部短路后不漏液、不爆炸、不燃烧 过充电：满充电池1C充电至5V或90min后不漏液、不爆炸、不燃烧 挤压：挤压满充电池至壳体破裂或内部短路后不爆炸、不燃烧 针刺：针刺满充电池至贯穿后不爆炸、不燃烧 跌落：满充电池自1.5米高处跌落至木板上后不变形、不漏液、不破裂、不爆炸、不燃烧 热冲击：满充电池在702条件下搁置20min后不变形、不漏液、不破裂、不爆炸、不燃烧,安全性能测试,33,电池相关标准及测试,工作电压：放电电压或者负荷电压，电池对外输出电流时，电池两级的电位差。,电性能测试,电动势：电池在断路时处于可
12、逆平衡状态下，两级平衡电极电位差，是理论计算值； 开路电压：实际测量值 工作电压开路电压电动势,放电终止电压：电压下降到不宜继续放电的最低工作电压，为认为规定值。 内阻：内阻越小越好。 电池容量：容量大小是由正负极中的活性物质的数量决定的。,理论容量：活性物质全部参加反应所给出的容量； 实际容量：在一定放电制度下实际放出的容量； 额定容量：电池保证给出的最低电量。,34,电池相关标准及测试,电性能测试,比容量：电池首次放电的容量/（活性物质量活性物质利用率） 能量/比能量：对外作功输出的能量。（能量密度）,理论能量 实际能量：W=VIt,电池自放电：电池没有负载是电池容量自行降低的现象。 循环寿命 SOC：荷电状态，电池剩余容量与总容量的百分比； DOD：放电深度，放电容量与总放电容量百分比。,Thanks.,刘雨雯,2018年11月15日,
