ppt__鋰離子電池

1、 鋰離子電池 The Magic Batteries 工作原理 主要結(jié)構(gòu) 電池種類 主要優(yōu)點(diǎn) 應(yīng)用前景 未來研究方向 目目 錄錄 工作原理工作原理鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。以碳素材料為負(fù)極，含鋰的化合物為正極。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。 正極反應(yīng): LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe- 負(fù)極反應(yīng): 6C+xLi+xe-LixC6 總反應(yīng): 6C+LiCoO2Li1-xCoO2+LixC6以以LiCoO2為正極材料的鋰離子電池為正極材料的鋰離子電池 主要結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)正極材料：鋰化合物L(fēng)iXCoO2、LiXNiO2 、LiFePO4或

2、LiXMnO2 負(fù)極材料：鋰-碳層間化合物L(fēng)iXC6電解質(zhì)溶液：溶解有鋰鹽LiPF6 、 LiAsF6等有機(jī)溶液SEI膜：只允許鋰離子通過，其它溶劑分子不能通過正極材料的要求正極材料的要求1. 具有較高的氧化還原電位，使 電池輸出電壓高2. 可利用活性物質(zhì)高，容量高3. 充放電過程中，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定4. 氧化還原電位變化小5. 化學(xué)穩(wěn)定性好，與電解質(zhì)反應(yīng)小6. 較高的電子和離子導(dǎo)電率，大電流充放電性能好7. 價(jià)格便宜，對環(huán)境無污染類別安全 性能比容量mAh/g循環(huán)壽命/次電壓 平臺材料成本所占成本比重適合領(lǐng)域鈷酸鋰差 1455003.6高40%中小型移動電池錳酸鋰較好105 5003.7低25%對體

3、積不敏感的中型動力電池三元素較好160 8003.6較高33%中小型動力電池磷酸鐵鋰很好 150 15003.2低廉25%對體積不敏感的大型動力電源幾種正極材料應(yīng)用優(yōu)劣勢比較幾種正極材料應(yīng)用優(yōu)劣勢比較目前，磷酸鐵鋰材料最適合制作大型動力電池，已成為世界各國競相研究和開發(fā)的重要方向。負(fù)極材料負(fù)極材料 大多數(shù)鋰離子電池均采用碳材料作為負(fù)極。 除碳負(fù)極材料外，還有錫基負(fù)極材料、含鋰過渡金屬氮化物負(fù)極材料 、是合金類負(fù)極材料 、納米級負(fù)極材料等。負(fù)極材料的要求負(fù)極材料的要求1. 較低的氧化還原電位，使電池輸出電壓高2. 嵌鋰量大，容量高3. 充放電過程中，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定4. 充放電過程中，氧化還原電位變化小

4、5. 穩(wěn)定性好，與電解質(zhì)反應(yīng)小6. 良好的表面結(jié)構(gòu)，形成良好的SEI膜7. 較高的電子和離子導(dǎo)電率，大電流充放電性能好8. 價(jià)格便宜，對環(huán)境無污染常見負(fù)極材料常見負(fù)極材料比容量比容量電極電動勢電極電動勢金屬鋰負(fù)極金屬鋰負(fù)極由于鋰在溶解沉積的過程中生成枝晶，導(dǎo)致電極的表面積不斷增大，新增加的表面由于生成SEI膜導(dǎo)致與集體的接觸不良，因此鋰的溶解沉積效率較低。充電前充電后碳負(fù)極材料碳負(fù)極材料碳材料是目前最為理想的鋰離子電池負(fù)極材料，嵌鋰碳材料可用LixC6表示，當(dāng)X=1時(shí)達(dá)到最高的理論嵌鋰量，理論比容量為372 mAh/g。石墨和中間相碳微球（MCMB）是實(shí)際應(yīng)用最廣泛的兩類碳材料。石墨碳微球電解

5、液電解液 有機(jī)溶劑： 乙烯碳酸酯（EC） 丙烯碳酸酯（PC） 碳酸二甲酯（DMC） 碳酸二乙酯（DEC） 電解質(zhì)（鋰鹽）： LiPF6 常用 LiClO4 不安全 LiAsF6 有毒 LiBF4 電導(dǎo)率低 SEISEI膜膜 在鋰離子電池首次充放電過程中，電極材料會與電解液發(fā)生反應(yīng)，在電極材料表面形成一層鈍化膜，稱為固體電解質(zhì)界面膜(solid electrolyte interface)，簡稱SEI膜。電池種類電池種類1 1.鋰二氧化錳電池（鋰二氧化錳電池（LiMnO2）以鋰為陽極（負(fù)極）、以二氧化錳為陰極（正極），采用有機(jī)電解液的一次性電池。2.2.鋰鋰亞硫酰氯電池亞硫酰氯電池( (LiSO

6、Cl2) ) 比能量是所有商業(yè)化電池中最高的，放電電壓特別平穩(wěn)。 3 3.鋰離子電池鋰離子電池(Li-ion)可充電鋰離子電池是目前手機(jī)、筆記本電腦等現(xiàn)代數(shù)碼產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛的電池，但不可過充、過放(會損壞電池或使之報(bào)廢)。 因此，在電池上有保護(hù)元器件或保護(hù)電路以防止昂貴的電池?fù)p壞。新型鋰離新型鋰離子電池子電池主要優(yōu)點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn)1）電壓高 單體電池的工作電壓高達(dá)3.73.8V2）比能量大 目前能達(dá)到的實(shí)際比能量為555Wh/kg左右 3）循環(huán)壽命長 一般均可達(dá)到500次以上，甚至1000次以上，同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護(hù)維護(hù)又半年”，最多也就11.5年時(shí)間，性能價(jià)格比將為鉛酸電池的

7、5倍以上。4）安全性能好 無公害，綠色環(huán)保5）自放電小 室溫下充滿電的Li-ion儲存 1個(gè)月的自放電率為2%左右，6）可快速充放電 7）工作溫度范圍高 工作溫度為-2545C 8）無記憶效應(yīng) 可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。而鋰離子電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電。新發(fā)展新發(fā)展 根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池兩大類。聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子是相同的，工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同, 液態(tài)鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚合

8、物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來代替, 這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。 聚合物鋰離子電池（1）固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池（2）凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池 （3）聚合物正極材料的鋰離子電池 由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì),與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點(diǎn)，也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個(gè)電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50以上。 動力鋰離子電池 嚴(yán)格來說，動力鋰離子電池

9、是指容量在3Ah以上的鋰離子電池，目前則泛指能夠通過放電給設(shè)備、器械、模型、車輛等驅(qū)動的鋰離子電池。 動力鋰離子電池分高容量和高功率兩種類型。高容量電池可用于電動工具、自行車、滑板車、礦燈、醫(yī)療器械等；高功率電池主要用于混合動力汽車及其它需要大電流充放電的場合。 根據(jù)內(nèi)部材料的不同，動力鋰離子電池相應(yīng)地分為液態(tài)動力鋰離子電池和聚合物鋰離子動力電池兩種，統(tǒng)稱為動力鋰離子電池。 高性能鋰離子電池 為了突破傳統(tǒng)鋰電池的儲電瓶頸，研制一種能在很小的儲電單元內(nèi)儲存更多電力的全新鐵碳儲電材料很有必要。但是此前這種材料的明顯缺點(diǎn)是充電周期不穩(wěn)定，在電池多次充放電后儲電能力明顯下降。 為此，一種新的合成方法應(yīng)運(yùn)而生。用幾種原始材料與一種鋰鹽混合并加熱，生成一種帶有含