鋰離子電池資料積累

1、學(xué)習(xí)資料積累電池的分類電池的分類鎳鉻電池鎳鉻電池鎳氫電池鎳氫電池鉛酸電池鉛酸電池鋰離子電池鋰離子電池鋰電池分類鋰電池分類鋰一次電池的發(fā)展鋰一次電池的發(fā)展鋰離子電池的產(chǎn)生鋰離子電池的產(chǎn)生鋰離子電池的發(fā)展史鋰離子電池的發(fā)展史I Kuribayashi和A.Yoshino首先開發(fā)了一種使用嵌入式碳負(fù)極和LiCoO2正極的星星電池，并發(fā)表專利1990年由日本SONY公司成功商品化1991年圓形鋰離子電池上市（SONY）1995年方形鋰離子電池上市（GS、ATB）1997年方形鋁罐鋰離子電池上市（Sanyo）1999年被日本人稱為是高分子鋰電池的元年2004年動(dòng)力工具鋰離子動(dòng)力電池上市鋰離子電池與鋰電池

2、的區(qū)別鋰離子電池與鋰電池的區(qū)別 早期的鋰離子電池（Li-ion Batteries）是鋰電池發(fā)展而來。以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳獲亞硫酰氯，負(fù)極是鋰。電池組裝完成后即有電壓，不需充電。這種電池也可以充電，但循環(huán)性能不好，在充放電循環(huán)過程中，容易形成鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短路，所以一般情況下這種電池禁止充電。 鋰離子電池后來，日本索尼公司發(fā)明了以碳材料為負(fù)極、以含鋰的化合物為正后來，日本索尼公司發(fā)明了以碳材料為負(fù)極、以含鋰的化合物為正極的鋰電池，在放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就極的鋰電池，在放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池

3、。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，是鋰離子電池。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)，嵌在負(fù)鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)，嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高電容量越高。搖

4、椅式電池?fù)u椅式電池 20世紀(jì)80年代初，M.B.Armond首次提出用嵌鋰化合物代替二次鋰電池中金屬鋰負(fù)極的構(gòu)想。在新的系統(tǒng)中，正極和負(fù)極材料均采用鋰離子嵌入/脫嵌材料。 當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，正極的含鋰化合物有鋰離子脫出，鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。負(fù)極的碳材料呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，當(dāng)達(dá)負(fù)極的鋰離子嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，沖低昂容量越高。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)，嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。通常所說的電池容量指的就是放電容量。ArmandArmand教授是鋰離子電池的奠基人之一，是國(guó)際學(xué)教授是鋰離子電池的奠基人之一，是國(guó)際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)

5、界公認(rèn)的、在電池領(lǐng)域具有原始創(chuàng)新成術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界公認(rèn)的、在電池領(lǐng)域具有原始創(chuàng)新成果的電池專家。果的電池專家。ArmandArmand教授的主要原創(chuàng)性學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)教授的主要原創(chuàng)性學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)有：有：1.1. 19771977年，首次發(fā)現(xiàn)并聽出石墨嵌鋰化合物作為年，首次發(fā)現(xiàn)并聽出石墨嵌鋰化合物作為二次電池的正極材料。在此基礎(chǔ)上，與二次電池的正極材料。在此基礎(chǔ)上，與19801980年年首次提出首次提出“搖椅式電池?fù)u椅式電池”（Rocking Chair Rocking Chair BatteryBattery）概念，成功解決了鋰負(fù)極材料的安全）概念，成功解決了鋰負(fù)極材料的安全性問題。性問題。2.2. 1978

6、1978年，首次提出了高分子固體電解質(zhì)應(yīng)用于年，首次提出了高分子固體電解質(zhì)應(yīng)用于鋰電池。鋰電池。3.3. 19961996年，提出離子液體電解質(zhì)材料應(yīng)用于染料年，提出離子液體電解質(zhì)材料應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池。敏化太陽(yáng)能電池。4.4. 提出提出了碳包覆解決磷酸鐵鋰正極材料的導(dǎo)電性了碳包覆解決磷酸鐵鋰正極材料的導(dǎo)電性問題，為動(dòng)力電池及電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化奠定了問題，為動(dòng)力電池及電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)?；A(chǔ)。鋰離子電池的商品化鋰離子電池的商品化 1990年日本SONY公司正式推出LiCoO2/石墨這種鋰離子電池，該電池成功的利用能可逆脫嵌鋰的碳材料替代金屬鋰作為負(fù)極，克服了鋰二次電池循環(huán)壽命低、安

7、全性差的缺點(diǎn)，鋰離子電池得以商品化。標(biāo)志著電池工業(yè)的一次革命。鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理鋰離子電池工作原理鋰離子電池工作原理鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)高電壓（高電壓（3.6V），減少串聯(lián)，增加），減少串聯(lián)，增加可靠度可靠度能量密度高能量密度高自放電小自放電小高放電能力及可快速充電高放電能力及可快速充電高溫性能優(yōu)良（高溫性能優(yōu)良（50-60oC）（鎳鉻）（鎳鉻電池的致命傷）電池的致命傷）無記憶效應(yīng)無記憶效應(yīng)缺點(diǎn)價(jià)格較高價(jià)格較高電池對(duì)電壓敏感度高，需要保護(hù)電電池對(duì)電壓敏感度高，需要保護(hù)電路保護(hù)路保護(hù)

8、鋰離子電池的形狀鋰離子電池的形狀圓形電池方形電池高分子電池鋁罐電池圓形電池的結(jié)構(gòu)圓形電池的結(jié)構(gòu)方形電池的結(jié)構(gòu)方形電池的結(jié)構(gòu)鋰離子電池的組成及材料鋰離子電池的組成及材料鋰鋰離離子子電電池池正極含鋰的金屬氧化物導(dǎo)電基材:Al(+)、Cu(-)粘結(jié)劑：PVDF，SBR/CMC助導(dǎo)劑：Carbon black負(fù)極吸收鋰的材料：石墨、碳纖維、特殊金屬電解液Carbonate solvent：EC/DEC/PC/DMC/EMCSalt：LiPF6、LiBF4隔膜PE，PP，PP/PE/PP其他材料絕緣材料、罐體材料（Fe/Al）、保護(hù)元件PTC鋰離子電池原理探討鋰離子電池原理探討 鋰離子電池的充電過程分為

9、兩個(gè)階段：恒流快充階段（指示燈呈紅色）和恒壓電流遞減階段（指示燈呈黃色）。 鋰離子電池過度充放電會(huì)對(duì)正負(fù)極造成永久性損傷。過度放電導(dǎo)致負(fù)極碳片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，而塌陷會(huì)造成充電過程中鋰離子無法插入；過度充電使過多的鋰離子嵌入負(fù)極碳結(jié)構(gòu)，而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來。 鋰離子電池保持性能最佳的充放電方式為淺充淺放。鋰離子電池性能參數(shù)指標(biāo)鋰離子電池性能參數(shù)指標(biāo) 電池內(nèi)阻電池內(nèi)阻是指電池在工作時(shí)，電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力。有歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻兩部分組成。電池內(nèi)阻值大，會(huì)導(dǎo)致電池放電工作電壓降低，放電時(shí)間縮短。內(nèi)阻大小主要受電池的材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素的影響。電池內(nèi)阻是衡量電池性能的

10、一個(gè)重要參數(shù)。 電池容量電池的容量有額定容量和實(shí)際容量之分。鋰離子電池規(guī)定在常溫、恒流（1C）、恒壓（4.2V）控制的充電條件下，充電3h、再以0.2C放電至2.75V時(shí)，所放出的電流為其額定容量。電池的實(shí)際容量是指電池在一定的放電條件下所放出的實(shí)際電量，主要受放電倍率和溫度的影響（故嚴(yán)格來講，電池容量應(yīng)指明充放電條件）。 開路電壓是指在非工作狀態(tài)下即電路中無電流流過時(shí)，電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。一般情況下，鋰離子電池充滿電后開路電壓為4.14.2V左右，放電后開路電壓為3.0V左右。通過對(duì)電池的開路電壓的檢測(cè)，可以判斷電池的荷電狀態(tài)。 工作電壓又稱端電壓，是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流流過

11、時(shí)電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。電池放電工作狀態(tài)下，電流流過電池內(nèi)部時(shí)，需克服電池的內(nèi)阻所造成阻力，故工作電壓總是低于開路電壓，充電時(shí)則與之相反。鋰離子電池的放電工作電壓在3.6V左右。 放電平臺(tái)時(shí)間放電平臺(tái)時(shí)間是指在電池滿電情況下放電至某電壓的放電時(shí)間。例如對(duì)某三元電池測(cè)量其3.6V的放電平臺(tái)時(shí)間，以恒壓充到電壓為4.2V，并且充電電流小于0.02C時(shí)停止充電即充滿電后，然后擱置10分鐘，在任何倍率的放電電流下放電至3.6V時(shí)的放電時(shí)時(shí)間即為該電流下的放電平臺(tái)時(shí)間。因某些使用鋰離子電池的用電器的工作電壓豆油電壓要求，如果低于要求值，則會(huì)出現(xiàn)無法工作的情況。所以放電平臺(tái)是衡量電池性能好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)之

12、一。 充放電倍率充放電倍率是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值，1C在數(shù)值上等于電池額定容量，通常以字母C表示。如電池的標(biāo)稱額定容量為10Ah，則10A為1C（1倍率），5A則為0.5C，100A為10C，以此類推。 自放電率自放電率又稱荷電保持能力，是指電池在開路狀態(tài)下，電池所儲(chǔ)存的電量在一定條件下的保持能力。主要受電池的制造工藝、材料、儲(chǔ)存條件等因素的影響。是衡量電池性能的重要參數(shù)。 充電效率和放電效率充電效率是指電池在充電過程中所消耗的電能轉(zhuǎn)化為電池所能儲(chǔ)存的化學(xué)能程度的量度。主要受電池工藝、配方及電池的工作環(huán)境溫度影響，一般環(huán)境溫度越高，則充電效率要低。放電效率是指在一

13、定的放電條件下放電至終點(diǎn)電壓所放出的實(shí)際電量與電池的額定容量之比，主要受放電倍率、環(huán)境溫度、內(nèi)阻等因素影響，一般情況下，放電倍率越高，則放電效率越低。溫度越低放電效率越低。 循環(huán)壽命電池循環(huán)壽命是指電池容量下降到某一規(guī)定的值時(shí)，電池在某一充放電制度下所經(jīng)歷的充放電次數(shù)。鋰離子電池GB規(guī)定，1C條件下電池循環(huán)500次后容量保持率在60%以上。鋰離子電池類型鋰離子電池類型圓柱形鋰離子電池（圓柱形鋰離子電池（Cylindrical Li-ion Battery）方方形鋰離子電池（形鋰離子電池（Prismatic Li-ion Battery）紐扣紐扣鋰離子電池（鋰離子電池（Coin Li-ion B

14、attery）薄膜薄膜鋰離子電池（鋰離子電池（Thin Film Li-ion Battery）鋰鋰離子電池的主要組成部分離子電池的主要組成部分鋰離子電池主要組分常見材料鋰離子電池主要組分常見材料正極材料理論電容量的計(jì)算正極材料理論電容量的計(jì)算1 mol正極材料Li離子完全脫嵌時(shí)轉(zhuǎn)移的電量為96500C（96500C/mol是法拉第常數(shù)）有單位知mAh/g指每克電極材料理論上放出的電量：1 mAh=1*10-3安培*3600秒=3.6C以磷酸鐵鋰電池為例：LiFePO4的分子量是157.756g/mol，所以它的理論電容量是96500/157.756/3.6=170 mAh/g常見正極材料及其

15、性能比較常見正極材料及其性能比較未來鋰離子電池正極材料的發(fā)展方向未來鋰離子電池正極材料的發(fā)展方向在動(dòng)力電池領(lǐng)域，錳酸鋰和磷酸鐵鋰是最有前途的正極材料。二者相對(duì)鈷酸理有更強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，具有優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性和安全性。在通訊電池領(lǐng)域，三元復(fù)合材料和鎳酸鋰是最有可能成為替代鈷酸理的正極材料。三元相對(duì)鈷酸理具有比價(jià)優(yōu)勢(shì)和更高的安全性，而鎳酸鋰容量更高。LiFeO4的出現(xiàn)的出現(xiàn)John B. GoodenoughLiFeO4固相合成法固相合成法共沉淀法共沉淀法微波合成法微波合成法溶膠凝膠法溶膠凝膠法水熱合成法水熱合成法溶劑熱法溶劑熱法模板法模板法碳包覆碳包覆提高比表面積提高比表面積LiFeO4最新研究進(jìn)展最新研究進(jìn)展鋰離子電池負(fù)極材料鋰離子電池負(fù)極材料負(fù)極材料分類比較負(fù)極材料分類比較鋰離子電池電解液鋰離子電池電解液鋰電池電解液添加劑種類鋰電池電解液添加劑種類鋰離子電池電解質(zhì)材料鋰離子電池電解質(zhì)材料鋰電池中的關(guān)鍵內(nèi)層組件鋰電池中的關(guān)鍵內(nèi)層組件隔膜隔膜隔膜的性能及其對(duì)電池性能的影響隔膜的性能及其對(duì)電池性能的影響鋰電