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1、锂电池锂电池王旭王旭本文由书中山鹰贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。CUIT锂电池Chengdu university of imformation technology材料物理 081 王旭Contentslithium cell锂电池的相关知识 锂电池的分类 锂电池与传统电池 锂电池的原理及工艺制作流程控制 我国锂电池的发展状况什么是锂电池？ 什么是锂电池？锂电池全称是锂离子电池。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电池，正极是含 锂的过渡金属氧化物，如 LiMn2O4.电解质是含锂盐的 有机溶液。通常锂离子
2、电池并不含金属锂。 最早出现 的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应： Li+MnO2=LiMnO2 该反应为氧化还原反应，放电。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。现在锂电池已经成为了主流。锂电池的种类聚合物锂电池或固态锂电池，还有液体电解质的锂离 子电池。它们的主要部件：正极、负极和电解质以及工 作原理都一样，只是隔膜和包装材料不同，但都属于锂 离子电池。 锂离子和锂聚合物电池的具体分类包括： 1.按锂电池的外型分：方型锂电池（如常用的手机电池 电芯）和柱形锂电池（如 18650） ； 2.按锂电池外包材
3、料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软 包电池； 3.按锂电池正负极材料（添加剂）分：沽酸锂(LiCoO2) 电池或锰酸锂（LiMn2O4） ，磷酸铁锂电池，一次性二 氧化锰锂电池； 另一种分法：锂离子LIB，聚合物 PLB? ? ?4.不同的性能用途方面分： 一次性锂电池锂锰电池扣式 3 伏电池 高容量（高平台）锂电池用在手机数码产品上 高倍率锂电池；用在电动车和电动工具上及飞机 模型 高温锂电池；矿灯，室上灯饰，机器内置后备电 源； 低温锂电池；室外环境，北方（冬天）南极； 5.锂电池还分成两类：不可充电的和可充电两类。锂电池与传统电池比较1 比能量高：描述电池性能的指标各种各样，其中用户最关心
4、的是它的比能量的高低，即在放出尽可能多的能量的同时有着 尽可能少的自身消耗。如前所述，锂元素有着最小的密度和最大 的电负性，消耗相同质量的电池材料，锂电池放出的能量明显高 于同类传统电池的值。2 放电电压稳定：许多电子线路要求电池提供相对稳定的放电电压，例如 Li/SO2 电池的放电曲线就十分平坦，特别是 Li/SOCl2 电池，它在电量用尽前的电压可接近稳压电源的水平。3 没有记忆效应，可随时补充充电。这样就使锂离子电池效能得到充分发挥，而镉镍电池、镍氢电池会有电量使用不完全时 需要先放电后才能充电的缺点。4 锂离子电池不含汞、镉、铅等有毒元素，是绿色环保电池。当然，锂电池也有着较明显的劣势
5、 ? 一是安全性，目前来看，传统锂电池发生短路甚 至爆炸的机率远高于其它传统电池，锂离子电池 虽有改善，但安全系数仍然较低。 ? 二是比功率的问题，在承担高负荷的情况下，锂 电池的性能尚不及镉镍电池及锌银电池。 ? 三是由于锂电池的金属稀有及结构复杂而导致的 成本问题。这些都是科学家目前致力解决的问题。锂电池的应用锂离子电池应用的领域主要在通信通讯、便 携式电器以及电动汽车方面。手机，笔记本电脑 等都要轻质量，高容量的二次电池，有着最高能 量密度的锂离子电池正好满足了上述需求，故在 这些方面得到了广泛的应用。目前手机，笔记本 电脑大量使用的是以LiCoO2 为正极材料的锂离 子电池。电动汽车方
6、面由于需要尽量减少车身重 量以减少能耗和提高时速、增大电池容量以延长 单次行车路程，这也使锂电池有了用武之地。目前，锂电池还在军事、医疗等方面有着广泛的应 用，其中一个典型的例子就是心脏起搏器：心脏起搏器 对电池的要求相当苛刻，其寿命、抗腐蚀性都必需有极 高品质，一般由锂碘一次电池来担 负这个艰巨的任务。 首先，它有着极长的使用寿命，一般可达七至十年。其 次，由于它使用纯固体电解质，产品的可靠性相当高。 还有另外一点，因起搏器的工作频率由电源电压决定， 只在快用尽时电压才会有较大幅度的下降，这不利于病 人了解起搏器的工作状态，在电量用尽时容易出现危险， 而锂碘电池的放电电压曲线随使用变化比 ?
7、 较明显，弥补了其它锂电池的不足。 ?锂电池的工作原理? ? ? ? 正极上发生的反应为 LiCoO2=Li1-xCoO2+Xli+Xe(电子) 负极上发生的反应为 6C+XLi+Xe=LixC6 电池总反应： LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6Li1?充电时，在电场的驱动下锂离子从正极晶格中脱出，经 过电解质，嵌入到负极晶格中。 ? 放电时，过程正好相反锂离子返回正极，电子通过用电 器由外电路到达正极与锂离子复合。锂电池负级材料1.金属合金负极 ? 2.金属氧化物负极 ? 3.碳负极材料 ? 4.其它常见的负极材料还有过渡金属氮化物锂电池的正极材料锂钴氧化物（LiCoO2）
8、， ? 锂镍氧化物（LiNiO2） ， ? 锂钒氧化物， ? 锂铁氧化物（LiFePO4） ， ? 锂锰氧化物（LiMnO2） 。锂离子电池的电解液的要求锂离子的电导率尽可能高。 ? 电化学性质稳定的电化学窗口尽可能宽。 ? 具有良好的热稳定性，可使用的温度范围尽可 能宽。 ? 良好的化学稳定性，和电池内的集流体的活性 物质不发生化学反应。 ? 安全性高，毒性小，最好能生物降解。 ? 价格低。生产工艺流程及控制原材料 原材料检验 原材料预处理 配料 配料检验 真空感应熔炼 快冷铸锭 半 成品检验 热处理 粗碎 制粉 筛分 后处理真空或充氮气包装 成品检验 产品A：冶炼：1) 工艺要求材料供应商
9、提供材质单，QC 部门还要进行测试，其成 份和杂质含量满足工艺要求的办理入库备用。2) 原料预处理主要是清除原材 料表面的污染物和氧化层，确保原材料的洁净。3) 配料要根据不同情况按规 定指标补足某些易挥发元素如稀土、锰的烧损。4) 真空感应熔炼要在 0.1Pa 的 真空度下充入氩气，在 1300高温下将各成份金属熔化成合金，快冷铸锭， 以获得晶粒细化、组织均匀的合金。 B：半成品：半成品检验有三方面内容：1) 外观：合金外观应具金属光泽，无 明显氧化变色，合金组织结构应均匀致密，无疏松和杂质；2) 化学成分：合 金化学成份应与设计成份相符；3) 电化学容量：应满足企业标准要求，否则 不能下转
10、。 C：热处理：采用真空热处理炉，抽真空后再充入氩气保护。热处理工艺主要 使产品均质化和稳定化（消除内应力） ，保证合金平坦的平台压力，良好的 均一性和良好的循环寿命特性。重点保证温度及真空度，做氧含量测定。 D：合金粗碎、制粉和包装全过程均在氩气保护下全封闭进行，确保合金的含 氧量很低。成品检验有四方面内容：1) 外观：表面无变色氧化现象，无结块 现象；2) 物理性能、粒度分布、松装比符合企业标准；3) 化学特性：合金粉 的成份和杂质含量、合金的 PCT 曲线符合企业标准；4) 电化学性能：合金的 电化学容量、充放电特性、循环寿命、大电流脉冲放电特性和温度特性。产 品内包装为尼龙复合塑料袋抽
11、真空双层包装，整箱再充氮气塑料袋包装，外 箱：纸箱。我国锂电池行业的发展现状随着我国经济的发展，全球锂电池需求量随着应用 领域的不断扩展而逐年递增。中国已是仅次于日本的锂 电池生产大国，市场增长空间巨大。目前我国锂电池行 业已逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展。我国锂 离子电池的生产尚处于起步时期，目前还没有一家企业 进入规模化生产阶段。但是，由于国家鼓励发展锂离子 电池的生产，我国不少电池厂以及一些有实力的企业集 团均看到了中国锂离子电池的潜在市场，正准备或已不 惜投巨资生产理离子电池，这些作法无疑会促进民族锂 离子电池工业的发展。 目前我国理离子电池生产主要分布在南方和北方， 各有数家企
12、业准备进行大规模的投入。北方以京、津、 山东为主，南方以广东为主。存在问题1.隔膜和电解液严重依赖进口现在锂电池的关键材料如隔膜和电解液都是从国外 进口的，仅隔膜要占成本的 20%30%，如果将来有国 内企业研发成功了国产化的隔膜和电解液，价格将进一 步大幅下降。中国科学院广州化学有限公司承担的广东 省重大科技专项、广州市重点科技项目“锂离子电池隔 膜材料” ，目前取得突破性进展。已建立起年产 15 万平 方米的锂离子电池隔膜中试生产线，解决了结构均匀的 膜前驱体的制备工艺与技术难题，掌握了微孔膜的连续 拉伸制备工艺与技术，特别是掌握了膜结构的控制工艺 与技术，申请了相应的发明专利。它将对降低
13、锂离子电 池的价格作出贡献。2.生产工艺参差不齐由于在锂电池的制造工艺和设备上存在差距，使得国内锂电 池的生产工艺参差不齐，制造标准还达不到一致性。电动汽车所 用的锂电池都是串联或并联在一起，如果一致性问题解决不好， 那么所生产的锂电池也就无法大规模应用于电动汽车。3.知识产权缺失目前国内在磷酸铁锂电池的研究上已经取得突破，但是由于 美国在这方面有专利，所以虽然我们在一些环节上能够自主研发， 但是在知识产权问题上，还不知如何应对。4.原材料国际认证极少现在用于锂电池生产的原材料不可能全部进口，主要还是取 自国内，但是国内的原材料要通过国际认证，生产出的锂电池才 能被国际认可，所以在原材料认证环节上目前还存在一些问题。CUITThank You for attention!Chengdu university of imformation technology1
