鋰離子電池介紹(共16張PPT)
Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,鋰離子電池簡(jiǎn)介,第1頁(yè)，共16頁(yè)背景,微電子技術(shù)迅速發(fā)展，小型化設(shè)備普及,一次電池使用成本高,鎳鎘、鎳氫電池有記憶效應(yīng),第2頁(yè)，共16頁(yè)歷史,Thomas Edison,于,1890,年前后發(fā)明了鋰電池,G.N.Lewis,從,1912,起做了許多鋰電池的研究工作,1970,年,Aekson,制成第一顆鋰原電池并投入商用,1992,年,Sony,公司首先商業(yè)化生產(chǎn)鋰離子電池,1993,年,Bell,實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一顆聚合物鋰離子電池，,1999,年商業(yè)化,第3頁(yè)，共16頁(yè)。
結(jié)構(gòu),外殼：鋼殼或鋁殼，以達(dá)到防爆的效果,正極：,LiCoO,2,(,鈷酸鋰,)+,導(dǎo)電劑,(,乙炔黑,)+,粘合劑,+,集流體,(,鋁箔,),負(fù)極：,C,6,(,石墨,)+,導(dǎo)電劑,(,乙炔黑,)+,增稠劑,+,粘結(jié)劑,+,集流體,(,銅箔,),隔膜：聚烯微多孔膜，有機(jī)電解液或聚合物電解質(zhì),保護(hù)電路：,Power Management Circuit,，電源管理回路,第4頁(yè)，共16頁(yè)正極采用嵌鋰的過(guò)渡金屬的氧化物，目前主要是鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰,外殼：鋼殼或鋁殼，以達(dá)到防爆的效果,1992年Sony公司首先商業(yè)化生產(chǎn)鋰離子電池,隔膜是電解質(zhì)的載體，一般是聚乙烯或聚丙烯的單層微孔膜，或者二者的復(fù)合多層微孔膜,鋰離子擴(kuò)散速度慢：高率放電時(shí)容量低,1993年Bell實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出第一顆聚合物鋰離子電池，1999年商業(yè)化,保護(hù)電路：Power Management Circuit，電源管理回路,鎳酸鋰(LiNiO2)：成本低，容量高，但制造困難，多用作三元材料,搖椅式電池：正極鈷酸鋰(LiCoO2)，負(fù)極石墨碳(C6)，充電時(shí)鋰離子(Li+)從正極脫嵌，經(jīng)隔膜到負(fù)極后嵌入碳分子中；,隔膜是電解質(zhì)的載體，一般是聚乙烯或聚丙烯的單層微孔膜，或者二者的復(fù)合多層微孔膜,錳酸鋰(LiMnO4)：安全，但高溫性能差、穩(wěn)定性差,三段式：預(yù)充電恒流恒壓,三段式：預(yù)充電恒流恒壓,此時(shí)電池?zé)o法承受大電流的沖擊，因此以的涓流充電,錳酸鋰(LiMnO4)：安全，但高溫性能差、穩(wěn)定性差,工作原理,搖椅式電池：正極鈷酸鋰,(LiCoO,2,),，負(fù)極石墨碳,(C,6,),，充電時(shí)鋰離子,(Li,+,),從正極脫嵌，經(jīng)隔膜到負(fù)極后嵌入碳分子中；放電時(shí)反之,第5頁(yè)，共16頁(yè)。
正極材料,正極采用嵌鋰的過(guò)渡金屬的氧化物，目前主要是鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰,鈷酸鋰,(,LiCoO,2,),：市場(chǎng)份額約,80%,，能量密度高，技術(shù)成熟；但鈷很貴,鎳酸鋰,(,LiNiO,2,),：成本低，容量高，但制造困難，多用作三元材料,錳酸鋰,(,LiMnO,4,),：安全，但高溫性能差、穩(wěn)定性差,磷酸鐵鋰,(,LiFePO,4,),：便宜又安全，但高率和低溫性能不好，因此多用作動(dòng)力電池,第6頁(yè)，共16頁(yè)負(fù)極材料,石墨，但分天然石墨和人工石墨,天然石墨能量密度較高，但成本也高,第7頁(yè)，共16頁(yè)隔膜,隔膜是電解質(zhì)的載體，一般是聚乙烯或聚丙烯的單層微孔膜，或者二者的復(fù)合多層微孔膜,隔膜性能決定了電池的內(nèi)阻和界面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而決定了電池容量、充放電電流密度和循環(huán)性能等關(guān)鍵特性,隔膜要有良好的電子絕緣性和隔離性，同時(shí)有一定的孔徑，能保證鋰離子的良好穿透性,第8頁(yè)，共16頁(yè)鋰：最輕的金屬，最高的電動(dòng)勢(shì),鎳酸鋰(LiNiO2)：成本低，容量高，但制造困難，多用作三元材料,鋰離子擴(kuò)散速度慢：高率放電時(shí)容量低,磷酸鐵鋰(LiFePO4)：便宜又安全，但高率和低溫性能不好，因此多用作動(dòng)力電池,一致性問(wèn)題：生產(chǎn)工藝難以控制,磷酸鐵鋰(LiFePO4)：便宜又安全，但高率和低溫性能不好，因此多用作動(dòng)力電池,壽命：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求1C充放電500次循環(huán)，聚合物鋰離子電池可達(dá)2000次以上,鋰：最輕的金屬，最高的電動(dòng)勢(shì),隔膜是電解質(zhì)的載體，一般是聚乙烯或聚丙烯的單層微孔膜，或者二者的復(fù)合多層微孔膜,鎳酸鋰(LiNiO2)：成本低，容量高，但制造困難，多用作三元材料,能量密度低：不適合做成小尺寸電池,成本高：鋰的提煉及操作困難,一致性問(wèn)題：生產(chǎn)工藝難以控制,主要參數(shù),額定電壓：,最高充電電壓：一般為,放電終止電壓：一般為,額定容量：,25,時(shí)以、,I1,充電,3,小時(shí)后，,I5,放電至終止電壓,(2.75V),時(shí)放出的容量，以,C5,表示,實(shí)際容量：放電至終止電壓時(shí)放出的電量,壽命終結(jié)：實(shí)際容量降至,60%C5,時(shí),壽命：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,1C,充放電,500,次循環(huán)，聚合物鋰離子電池可達(dá),2000,次以上,工作溫度：,0,45,第9頁(yè)，共16頁(yè)。
最高充電電壓和最低放電電壓,最高充電電壓,LiCoO,2,的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，但是,Li,1-x,CoO,2,的穩(wěn)定性取決于,x,值,當(dāng)時(shí),Li,1-x,CoO,2,是穩(wěn)定的,當(dāng)時(shí)，電壓為,最低放電電壓,在第一次化成即充電完成后，,Li,+,轉(zhuǎn)移到,C,6,負(fù)極中,再次放電時(shí)，,Li,+,向正極轉(zhuǎn)移,為保證,Li,+,仍能正常嵌入,C,6,負(fù)極，不能完全放電，需留部分,Li,+,在負(fù)極中,該臨界值的電池電壓為,第10頁(yè)，共16頁(yè)充電方式,三段式：預(yù)充電恒流恒壓,預(yù)充電：不是必須的，只在,V3V,時(shí)進(jìn)行；此時(shí)電池?zé)o法承受大電流的沖擊，因此以的涓流充電,恒流：一般為、,0.2C1C,；此時(shí)的大電流可以使鋰離子進(jìn)行快速而均勻的轉(zhuǎn)移，有利于電池的長(zhǎng)壽,恒壓：恒流充電至電池電壓為時(shí)，達(dá)到了電池能承受的電壓極限，電流逐漸降低，至?xí)r認(rèn)為充電終止,第11頁(yè)，共16頁(yè)放電特性,放電平臺(tái)平緩,大電流放電性能差,容量受溫度影響較大,第12頁(yè)，共16頁(yè)常見(jiàn)產(chǎn)品,鋰,第13頁(yè)，共16頁(yè)優(yōu)點(diǎn),鋰：最輕的金屬，最高的電動(dòng)勢(shì),鋰電池：電壓高，自放電率低,鋰離子電池,高能量密度,高工作電壓,長(zhǎng)循環(huán)壽命,無(wú)污染,聚合物鋰離子電池,無(wú)漏液風(fēng)險(xiǎn),可薄膜化、可彎曲,更高的能量密度,單顆內(nèi)可串聯(lián),第14頁(yè)，共16頁(yè)。
缺點(diǎn),成本高：鋰的提煉及操作困難,安全性差：有燃燒和爆炸的可能，需要保護(hù)回路,內(nèi)阻較大：大電流放電性能不理想,高低溫性能差：高溫危險(xiǎn)，低溫容量低,第15頁(yè)，共16頁(yè)磷酸鐵鋰的應(yīng)用,磷酸鐵鋰，即,LiFePO,4,，,96,年發(fā)現(xiàn)，,06,年應(yīng)用,額定電壓，充電終止電壓，放電終止電壓,優(yōu)點(diǎn)：,大功率放電，可用,10C,連續(xù)放電，因此適合做動(dòng)力電池,高溫性能好，環(huán)境溫度,65,時(shí)內(nèi)溫,95,時(shí)結(jié)構(gòu)完整,可快速充電，,2C30min,可充至,95%SOC,循環(huán)壽命長(zhǎng)，,1C,放電,2000,次以上,缺點(diǎn)：,鋰離子擴(kuò)散速度慢：高率放電時(shí)容量低,能量密度低：不適合做成小尺寸電池,一致性問(wèn)題：生產(chǎn)工藝難以控制,低溫性能差：,0,時(shí)約,70%,，,20,時(shí)約,35%,第16頁(yè)，共16頁(yè)。
