材料化學(xué) 課件 12-2 電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)

鋰離子電池電極材料第一章：電池發(fā)展歷史電池發(fā)展歷史1748年首次創(chuàng)造了“電池”一詞，用來(lái)描述一系列帶電玻璃板BenjaminFranklinLuigiGalvani1780年~1786年展示了神經(jīng)沖動(dòng)的電基礎(chǔ)，并為后來(lái)的發(fā)明家Volta創(chuàng)造電池提供了研究的基石。1800年發(fā)明了伏特堆，并發(fā)現(xiàn)了第一種實(shí)用的發(fā)電方法。AlessandroVolta1836年使用兩種電解質(zhì)的丹尼爾電池：電解質(zhì)為硫酸銅和硫酸鋅。JohnF.Daniell1839年開(kāi)發(fā)了第一個(gè)燃料電池，通過(guò)將氫和氧結(jié)合來(lái)發(fā)電。WilliamRobertGrove1859年開(kāi)發(fā)出了第一種可再充電的實(shí)用鉛酸蓄電池（二次電池）。GastonPlante1839年~1842年對(duì)使用液體電極發(fā)電的電池進(jìn)行了一系列改進(jìn)。Bunsen(1842)Grove(1839)電池發(fā)展歷史1866年獲得了名為L(zhǎng)eclanchi電池的碳鋅濕電池的專(zhuān)利。隨后用糊劑代替液體電解質(zhì)。GeorgesLeclanchJ.A.Thiebaut1881年獲得了第一個(gè)將負(fù)極和多孔罐放在鋅杯中的電池的專(zhuān)利。1888年發(fā)明了第一個(gè)商業(yè)上成功的干電池（鋅-碳電池）CarlGassner1899年發(fā)明了第一個(gè)鎳鎘可充電電池。WaldmarJungner1901年發(fā)明了堿性蓄電池。以鐵作為負(fù)極材料（-），氧化鎳作為正極材料（+）。ThomasAlvaEdison1949年開(kāi)發(fā)了小型堿性電池。LewUrry1954年發(fā)明了第一個(gè)太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。GeraldPearsonCalvinFullerDarylChapin電池發(fā)展歷史SONY1991年，SONY公司推出首款商業(yè)鋰離子二次電池后，鋰電池在成本及性能上展現(xiàn)了極大的優(yōu)勢(shì)，迅速占領(lǐng)了可充放電池的市場(chǎng)。商用2019年諾獎(jiǎng)斯坦利·惠廷漢姆約翰·古迪納夫吉野彰首次提出基于鋰離子的二次電池模式發(fā)現(xiàn)具有良好鋰離子脫嵌性能的鈷酸鋰材料運(yùn)用鈷酸鋰及聚乙炔制造出第一個(gè)可充電鋰電池模型電池發(fā)展歷史鋰電池體積能量密度及質(zhì)量能量密度顯著高于傳統(tǒng)鎳氫電池、鎳鉻電池、以及鉛酸電池等紐扣電池鋰電池的容量是堿性電池的1.5倍充電電池鎳氫電池的容量是鎳鎘電池的2~3倍，鋰離子電池與鎳氫電池容量最相仿，但如果按體積計(jì)算，鋰離子電池比鎳氫電池容量大，而且鋰離子電池比鎳氫電池電壓高。第二章：鋰離子電池工作原理電池結(jié)構(gòu)負(fù)極頭通氣孔墊圈電流干擾裝置負(fù)極正極絕緣體負(fù)極耳正極耳絕緣片鋁塑包裝膜正極隔膜負(fù)極圓柱電池軟包電池紐扣電池正極（Cathode）負(fù)極（Anode）電解質(zhì)（Electrolyte）隔膜（Separator）電池殼（Shell）電芯五大基本結(jié)構(gòu)工作原理負(fù)極反應(yīng)過(guò)程：nC+xe-+xLi+LixCn

傳統(tǒng)鋰離子電池化學(xué)表達(dá)式：（-）C|LiPF6-EC+EMC|LiCoO2(+)正極反應(yīng)過(guò)程：LiCoO2Li1-xCoO2

+xe-

+xLi充電

放電充電

放電總反應(yīng)：LiCoO2+nCLi1-xCoO2+LixCn充電

放電鋰離子電池充放電過(guò)程中理論上發(fā)生的是一種高度可逆的化學(xué)反應(yīng)和物理傳導(dǎo)過(guò)程搖椅式電池（Rocking-ChairBattery）性能參數(shù)容量一定放電條件下可以從電池獲得的電量能量密度單位體積或單位重量的電池，能夠存儲(chǔ)和釋放的電量充放電倍率影響鋰離子電池工作時(shí)的連續(xù)電流和峰值電流電壓鋰離子電池的電壓，有開(kāi)路電壓、工作電壓、充電截止電壓、放電截止電壓等工作溫度范圍常見(jiàn)的數(shù)據(jù)在-40℃~60℃之間內(nèi)阻電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力，包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻。自放電電池在放置的時(shí)候，其容量是在不斷下降的，容量下降的速率稱(chēng)為自放電率，通常以百分?jǐn)?shù)表示：%/月。壽命鋰離子電池的壽命分為循環(huán)壽命和日歷壽命兩個(gè)。循環(huán)壽命以次數(shù)為單位，表征電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。常見(jiàn)鋰電材料表征技術(shù)電極材料成分電感耦合等離子體(ICP)X射線(xiàn)熒光光譜儀(XRF)能量彌散X射線(xiàn)譜(EDX)二次離子質(zhì)譜(SIMS)……元素價(jià)態(tài)X射線(xiàn)成像(STXM)電子能量損失譜(EELS)X射線(xiàn)近邊結(jié)構(gòu)譜(XANES)X射線(xiàn)光電子譜(XPS)

……形貌表征掃描電鏡(SEM)透射電鏡(TEM)掃描探針顯微鏡(SPM)……晶體結(jié)構(gòu)X射線(xiàn)衍射(XRD)擴(kuò)展X射線(xiàn)吸收精細(xì)譜(EX-AFS)核磁共振(NMR)……物理表征方法常見(jiàn)鋰電材料表征技術(shù)充放電測(cè)試循環(huán)性能倍率性能容量保持率……循環(huán)伏安電化學(xué)反應(yīng)分析電極表面化學(xué)分析鋰離子脫嵌動(dòng)力學(xué)……電化學(xué)阻抗測(cè)試鋰離子脫嵌動(dòng)力學(xué)……恒電流間歇滴定鋰離子脫嵌動(dòng)力學(xué)……電化學(xué)表征方法電位階躍法鋰離子脫嵌動(dòng)力學(xué)……鋰離子電池電極材料第一章：電池發(fā)展歷史電池發(fā)展歷史1748年首次創(chuàng)造了“電池”一詞，用來(lái)描述一系列帶電玻璃板BenjaminFranklinLuigiGalvani1780年~1786年展示了神經(jīng)沖動(dòng)的電基礎(chǔ)，并為后來(lái)的發(fā)明家Volta創(chuàng)造電池提供了研究的基石。1800年發(fā)明了伏特堆，并發(fā)現(xiàn)了第一種實(shí)用的發(fā)電方法。AlessandroVolta1836年使用兩種電解質(zhì)的丹尼爾電池：電解質(zhì)為硫酸銅和硫酸鋅。JohnF.Daniell1839年開(kāi)發(fā)了第一個(gè)燃料電池，通過(guò)將氫和氧結(jié)合來(lái)發(fā)電。WilliamRobertGrove1859年開(kāi)發(fā)出了第一種可再充電的實(shí)用鉛酸蓄電池（二次電池）。GastonPlante1839年~1842年對(duì)使用液體電極發(fā)電的電池進(jìn)行了一系列改進(jìn)。Bunsen(1842)Grove(1839)電池發(fā)展歷史1866年獲得了名為L(zhǎng)eclanchi電池的碳鋅濕電池的專(zhuān)利。隨后用糊劑代替液體電解質(zhì)。GeorgesLeclanchJ.A.Thiebaut1881年獲得了第一個(gè)將負(fù)極和多孔罐放在鋅杯中的電池的專(zhuān)利。1888年發(fā)明了第一個(gè)商業(yè)上成功的干電池（鋅-碳電池）CarlGassner1899年發(fā)明了第一個(gè)鎳鎘可充電電池。WaldmarJungner1901年發(fā)明了堿性蓄電池。以鐵作為負(fù)極材料（-），氧化鎳作為正極材料（+）。ThomasAlvaEdison1949年開(kāi)發(fā)了小型堿性電池。LewUrry1954年發(fā)明了第一個(gè)太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。GeraldPearsonCalvinFullerDarylChapin電池發(fā)展歷史SONY1991年，SONY公司推出首款商業(yè)鋰離子二次電池后，鋰電池在成本及性能上展現(xiàn)了極大的優(yōu)勢(shì)，迅速占領(lǐng)了可充放電池的市場(chǎng)。商用2019年諾獎(jiǎng)斯坦利·惠廷漢姆約翰·古迪納夫吉野彰首次提出基于鋰離子的二次電池模式發(fā)現(xiàn)具有良好鋰離子脫嵌性能的鈷酸鋰材料運(yùn)用鈷酸鋰及聚乙炔制造出第一個(gè)可充電鋰電池模型電池發(fā)展歷史鋰電池體積能量密度及質(zhì)量能量密度顯著高于傳統(tǒng)鎳氫電池、鎳鉻電池、以及鉛酸電池等紐扣電池鋰電池的容量是堿性電池的1.5倍充電電池鎳氫電池的容量是鎳鎘電池的2~3倍，鋰離子電池與鎳氫電池容量最相仿，但如果按體積計(jì)算，鋰離子電池比鎳氫電池容量大，而且鋰離子電池比鎳氫電池電壓高。第二章：鋰離子電池工作原理電池結(jié)構(gòu)負(fù)極頭通氣孔墊圈電流干擾裝置負(fù)極正極絕緣體負(fù)極耳正極耳絕緣片鋁塑包裝膜正極隔膜負(fù)極圓柱電池軟包電池紐扣電池正極（Cathode）負(fù)極（Anode）電解質(zhì)（Electrolyte）隔膜（Separator）電池殼（Shell）電芯五大基本結(jié)構(gòu)工作原理負(fù)極反應(yīng)過(guò)程：nC+xe-+xLi+LixCn

傳統(tǒng)鋰離子電池化學(xué)表達(dá)式：（-）C|LiPF6-EC+EMC|LiCoO2(+)正極反應(yīng)過(guò)程：LiCoO2Li1-xCoO2

+xe-

+xLi充電

放電充電

放電總反應(yīng)：LiCoO2+nCLi1-xCoO2+LixCn充電

放電鋰離子電池充放電過(guò)程中理論上發(fā)生的是一種高度可逆的化學(xué)反應(yīng)和物理傳導(dǎo)過(guò)程搖椅式電池（Rocking-ChairBattery）性能參數(shù)容量一定放電條件下可以從電池獲得的電量能量密度單位體積或單位重量的電池，能夠存儲(chǔ)和釋放的電量充放電倍率影響鋰離子電池工作時(shí)的連續(xù)電流和峰值電流電壓鋰離子電池的電壓，有開(kāi)路電壓、工作電壓、充電截止電壓、放電截止電壓等工作溫度范圍常見(jiàn)的數(shù)據(jù)在-40℃~60℃之間內(nèi)阻電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力，包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻。自放電電池在放置的時(shí)候，其容量是在不斷下降的，容量下降的速率稱(chēng)為自放電率，通常以百分?jǐn)?shù)表示：%/月。壽命鋰離子電池的壽命分為循環(huán)壽命和日歷壽命兩個(gè)。循環(huán)壽命以次數(shù)為單位，表征電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。常見(jiàn)鋰電材料表征技術(shù)電極材料成分電感耦合等離子體(ICP)X射線(xiàn)熒光光譜儀(XRF)能量彌散X射線(xiàn)譜(EDX)二次離子質(zhì)譜(SIMS)……元素價(jià)態(tài)X射線(xiàn)成像(STXM)電子能量損失譜(EELS)X射線(xiàn)近邊結(jié)構(gòu)譜(XANES)X射線(xiàn)光電子譜(XPS)

……形貌表征掃描電鏡(SEM)透射電鏡(TEM)掃描探針顯微鏡(SPM)……晶體結(jié)構(gòu)X射線(xiàn)衍射(XRD)擴(kuò)展X射線(xiàn)吸收精細(xì)譜(EX-AFS)核磁共振(NMR)……物理表征方法常見(jiàn)鋰電材料表征技術(shù)充放電測(cè)試循環(huán)性能倍率性能容量保持率……循環(huán)伏安電化學(xué)反應(yīng)分析電極表面化學(xué)分析鋰離子脫嵌動(dòng)力學(xué)……電化學(xué)阻抗測(cè)試鋰離子脫嵌動(dòng)力學(xué)……恒電流間歇滴定鋰離子脫嵌動(dòng)力學(xué)……電化學(xué)表征方法電位階躍法鋰離子脫嵌動(dòng)力學(xué)……第三章：鋰離子電池正極材料單位：欣旺達(dá)電子股份有限公司主講人：劉陽(yáng)鋰電池正極材料正極放電時(shí)，電子從外部電路流入電位較高的電極參與電化學(xué)反應(yīng)比容量盡可能多的嵌入鋰工作電壓反應(yīng)吉布斯自由能值越負(fù)倍率性能高的離子導(dǎo)電性循環(huán)壽命結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，耐電解液腐蝕安全性化學(xué)穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性成本，環(huán)保鋰離子電池的能量密度、充放電倍率、安全性等一些關(guān)鍵指標(biāo)，主要受制于正極材料。鋰電池正極材料正極材料化學(xué)成分結(jié)構(gòu)能量密度循環(huán)壽命安全性成本磷酸鐵鋰(LFP)LiFePO4橄欖石中160高高低鎳酸鋰(LNO)LiNiO2層狀高190·210低低高錳酸鋰(LMO)LiMn2O4尖晶石/層狀低130中中低鈷酸鋰(LCO)LiCoO2層狀中140低低高鎳鈷鋁三元(NCA)LiNixCoyAl(1-x-y)O2層狀高220中低中鎳鈷錳三元(NCM)LiNixCoyMn(1-x-y)O2層狀高160-220高低中層狀正極材料尖晶石正極材料磷酸鹽正極材料硅酸鹽正極材料鈷酸鋰鎳酸鋰層狀錳酸鋰錳酸鋰……磷酸亞鐵鋰磷酸錳鋰焦磷酸鹽氟磷酸鹽硅酸鐵鋰硅酸錳鋰硅酸鈷鋰以磷酸鐵鋰為首的材料被廣泛的應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池中。富鋰錳基正極材料及有機(jī)正極材料也受到了廣泛的關(guān)注。三元材料富鋰材料鈷酸鋰（LiCoO2）1981年由J.B.Goodenough首次提出展現(xiàn)鋰離子重復(fù)嵌入脫出性能。1991年Sony公司首次商業(yè)化鈷酸鋰鋰離子電池層狀LCO展現(xiàn)α-NaFeO2結(jié)構(gòu)，屬六方晶系，R-3m空間群理論比容量：274mAh/g，實(shí)際比容量：135~150mAh/gOCoLi負(fù)極反應(yīng)過(guò)程：nC+xe-+xLi+LixCn

正極反應(yīng)過(guò)程：LiCoO2Li1-xCoO2

+xe-

+xLi充電

放電充電

放電制備方法：高溫固相法CoCO3·3Co(OH)2·3H2O+5/2Li2CO3+5/4O2=5LiCoO2+9/2CO2+6H2O充放電過(guò)程鈷酸鋰（LiCoO2）目前主要著眼于開(kāi)發(fā)在高壓下穩(wěn)定工作兼具高倍率性能的LCO正極材料問(wèn)題方案晶格坍塌充電電壓過(guò)高導(dǎo)致LCO晶格沿C軸發(fā)生明顯體積收縮，引發(fā)晶格坍塌，導(dǎo)致LCO正極材料失效截止電壓低較低的截止電壓（cut-offvoltage）使得鋰離子無(wú)法完全脫出，限制了其實(shí)際工作中展現(xiàn)出來(lái)的容量成本/安全鈷元素的毒性以及高成本同樣限制了進(jìn)一步的應(yīng)用摻雜通過(guò)在LCO晶格中摻雜高價(jià)態(tài)金屬陽(yáng)離子，如Ti，Al，Mg，Gd等可以通過(guò)調(diào)控Co-O八面體晶格，提升鋰離子嵌入脫出動(dòng)力學(xué)性能同時(shí)加強(qiáng)高電壓下晶格穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)高性能LCO正極材料包覆表面包覆惰性氧化物，磷酸鹽或氟化物等可以有效的抑制正極材料和電解液材料之間的惡性相互作用，改善其循環(huán)性能層狀錳酸鋰（LiMnO2）層狀LiMnO2：Z型層狀β-NaMnO2結(jié)構(gòu)（電化學(xué)活性差）和β-NaFeO2結(jié)構(gòu)β-NaFeO2結(jié)構(gòu)的LiMnO2具有與LiCoO2類(lèi)似的層狀結(jié)構(gòu)，其空間群為C2/m理論容量達(dá)285mAh/g，實(shí)際容量也可達(dá)到190mAh/g制備方法高溫固相法溶膠-凝膠法熔融鹽法模板法水熱法共沉淀法形貌合成方法容量，容量保持率(循環(huán)次數(shù)，倍率，電壓范圍)納米棒水熱法260mAh/g，66.9%(7，0.05C，2.0V~4.5V)納米線(xiàn)水熱法148mAh/g，75%(30，0.1C，2.0V~4.5V)納米片水熱法235mAh/g，80.8%(20，0.01C，2.0V~4.5V)納米球微波水熱法228mAh/g，70.2%(50，0.1C，2.0V~4.5V)納米顆粒一步水熱法138.2mAh/g，100%(30，0.05C，2.0V~4.3V)納米顆粒水熱法166mAh/g，90.4%(6，0.05C，2.0V~4.5V)目前主要著眼于開(kāi)發(fā)在高壓下穩(wěn)定工作兼具高倍率性能的正極材料問(wèn)題方案難合成層狀結(jié)構(gòu)難合成，不穩(wěn)定，極易形成尖晶石結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電壓平臺(tái)下降不穩(wěn)定Jahn-Taller效應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)生畸變層狀結(jié)構(gòu)R3m降低到單斜晶系，層狀的Li0.5MnO2將會(huì)向具備更穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)的尖晶石型LiMn2O4不可逆畸變。摻雜摻雜是提高層狀錳酸鋰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善其電化學(xué)性能的一個(gè)行之有效的的方法體摻雜元素種類(lèi)較多，主要有：Li，Mg，Cu，Ni，Co，Cr，Al，Zr，Ti，Y等層狀錳酸鋰（LiMnO2）1983年由M.Thackeray等提出，屬于立方晶系，F(xiàn)d3m空間群，Li+在四面體位置，Mn在八面體位置。理論容量并不高僅148mAh/g，但實(shí)際比容量120mAh/g制備方法高溫固相法固相配位反應(yīng)控制結(jié)晶法機(jī)械化學(xué)合成法水熱法溶膠凝膠法尖晶石錳酸鋰（LiMn2O4）電化學(xué)性能好、成本低、資源豐富以及無(wú)毒性問(wèn)題方案理論容量低

錳溶出錳的溶解，放電末期的Mn3+濃度最高，在粒子表面容易發(fā)生歧化反應(yīng)，造成Mn溶出：

2Mn3+固→Mn4+固

+Mn2+液Janh-Teller畸變近4V放電平臺(tái)末期，表面粒子有可能過(guò)放電而發(fā)生Janh-Teller畸變，電化學(xué)性能下降納米化及表面形貌控制多孔材料有豐富的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，電解液浸入孔融，縮短鋰離子擴(kuò)散路徑尖晶石錳酸鋰（LiMn2O4）離子摻雜采用少量離子對(duì)錳離子進(jìn)行摻雜，可以充分抑制Janh-Teller效應(yīng)，提高電極循環(huán)壽命，抑制容量衰減表面包覆通過(guò)微粒包覆避免LiMn2O4和電解液的直接接觸，抑制錳的溶出和電解的分解，提高材料在高溫下的循環(huán)性能制備方法高溫固相法共沉淀法噴霧干燥法水熱法溶膠凝膠法三元NCMNi/Co/Mn通過(guò)Ni、Mn的取代降低Co制備類(lèi)似層狀氧化物正極材料。三元NCM具有與LCO類(lèi)似的R-3m層狀結(jié)構(gòu)，其中過(guò)度金屬層一般認(rèn)為Ni、Co、Mn展現(xiàn)無(wú)序排布呈solidsolution狀態(tài)。其N(xiāo)i含量對(duì)于實(shí)際工作中電化學(xué)行為及性能具有重要影響。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

NCM111LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2NCM532LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2

NCM622LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2

NCM811Ni含量越高，其電化學(xué)比容量越高，但是長(zhǎng)循環(huán)過(guò)程中容量衰減也更為嚴(yán)重技術(shù)上三元材料以高鎳化、無(wú)鈷化、單晶化為主要發(fā)展方向問(wèn)題方案晶格變化劇烈Ni-rich三元材料在充放電過(guò)程中相變所帶來(lái)的各向異性晶格變化以及體積變化更為劇烈，給二次顆粒帶來(lái)更大的應(yīng)力，最終加劇了顆粒的皸裂程度電解液副反應(yīng)重顆粒與電解液副反應(yīng)加重，失活相變區(qū)域增加，協(xié)同導(dǎo)致性能衰減。離子摻雜金屬元素主要有Li，Mg，Al，F(xiàn)e，Mo，Cr，Zr，非金屬元素主要有F，Si，S等，其中關(guān)于F的研究比較多，摻雜改善效果也很明顯表面包覆通過(guò)微粒包覆避免正極材料和電解液的直接接觸，減少副反應(yīng)發(fā)生，提高循環(huán)壽命。主要包括金屬氧化物，氟化物，各種含鋰金屬鹽及導(dǎo)電性單質(zhì)三元NCM橄欖石型結(jié)構(gòu)，屬正交晶系，F(xiàn)e，Li分別占據(jù)氧原子的八面體中心，P占據(jù)氧原子的四面體中心。理論容量?jī)H170mAh/g,實(shí)際容量150mAh/g，電壓平臺(tái)約3.4V制備方法高溫固相法碳熱還原法微博合成法水熱法磷酸鐵鋰（LiFePO4）Gray,C.P.,Science,2014磷酸鐵鋰的倍率性能一般，低溫特性差等缺點(diǎn)，限制了磷酸鐵鋰的應(yīng)用問(wèn)題方案導(dǎo)電性差PO4八面體一定程度上阻礙Li離子通道，高倍率下性能較差。制備納米尺寸的LFP顆?？梢杂行У奶嵘浔堵市阅?。制備納米粒子研究表明納米LFP顆粒高倍率下脫鋰過(guò)程中形成一種介于LFP及FP中間的亞穩(wěn)態(tài)（nonequilibriumphase），抑制了從LFP到FP過(guò)程中的極大的結(jié)構(gòu)重排，從而提升了LFP在高電流密度下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性磷酸鐵鋰（LiFePO4）第四章：鋰離子電池負(fù)極材料單位：欣旺達(dá)電子股份有限公司主講人：劉陽(yáng)鋰電池負(fù)極材料負(fù)極材料儲(chǔ)鋰方式能量密度優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)石墨插層式372成本低，常用，平均電位低倍率性能低，初始容量低LTO插層式175熱穩(wěn)定性好，倍率性能高成本高，容量低Fe2O3轉(zhuǎn)換式750成本適中，容量高于石墨平均電位高Si合金式3579高容量體積膨脹明顯Li金屬負(fù)極3860容量和倍率性能高，平均電位低安全性差碳基/硅基/錫基鈦基負(fù)極其他石墨非石墨碳納米石墨烯Li-Ti-OMLi2Ti6O14TiO2Li-Cr-Ti-O過(guò)度金屬氧化物鈮基負(fù)極磷化物氮化物石墨負(fù)極是市場(chǎng)上最為常用的負(fù)極之一，整體發(fā)展趨向高能量密度趨勢(shì)硅碳負(fù)極錫碳負(fù)極碳基負(fù)極材料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)碳材料碳材料結(jié)晶度Lc/nm晶格常數(shù)d/nm密度g·cm-3比表面積m2·g-1乙炔黑1.20.3481.3131.7熱解碳1.20.3801.604.0石油焦炭1400℃3.90.3462.139.5瀝青焦炭1200℃2.60.3472.024.0人造石墨190019.30.3431.974.0人造石墨220047.40.3391.962.8人造石墨250084.50.3372.001.9人造石墨2800112.30.3361.981.5天然石墨229.10.3352.206.3部分碳材料的物理性質(zhì)最早用于鋰離子負(fù)極的材料之一導(dǎo)電性好，結(jié)晶度高比容量達(dá)300mA·h·g-1，放電效率90%以上，不可逆容量低于50mA·h·g-1石墨負(fù)極的缺點(diǎn)充放電過(guò)程中形成SEI膜，基體膨脹，容量損失和溶劑相容性差擴(kuò)散路徑長(zhǎng)，不適合大電流充放電低電位下可能有金屬鋰沉積碳基負(fù)極材料-石墨解決方法——改性機(jī)械研磨改性：改變微觀(guān)結(jié)構(gòu)，形態(tài)，電化學(xué)性能表面氧化：去除高活性組分，增加微孔數(shù)，產(chǎn)生納米通道摻雜：電壓升高，但充電容量變低碳基負(fù)極材料-石墨Li,L.J.ACSnano,2013CVDHou,Y.,NatureCommunications,2020熱裂解化學(xué)功能化處理Yu,T.,AdvancedMaterials,2014模板法Shi,J.,AdvancedMaterials,2014化學(xué)刻蝕Huang,Y.,AdvancedMaterials,2019多種傳統(tǒng)方法合成碳基材料，并實(shí)現(xiàn)摻雜與納微結(jié)構(gòu)的制備硅單質(zhì)作為負(fù)極通過(guò)與鋰形成合金（LixSi）來(lái)儲(chǔ)存鋰離子。硅單質(zhì)可實(shí)現(xiàn)極高儲(chǔ)鋰容量，超過(guò)3000mAh/g。形成合金過(guò)程中，Si的體積會(huì)大幅度膨脹，使得顆粒破裂，最終導(dǎo)致電極失效。硅基負(fù)極材料硅基負(fù)極的缺點(diǎn)首次庫(kù)倫效率低，充放電循環(huán)壽命短嵌鋰過(guò)程中，硅體積膨脹高達(dá)300%~400%，脫鋰過(guò)程中體積大幅度收縮，導(dǎo)致活性物質(zhì)剝離，活性坍塌解決方法采用特殊粘結(jié)劑制備具有微孔結(jié)構(gòu)硅基顆粒與碳基材料復(fù)合制備硅碳負(fù)極第五章：隔膜和電解液?jiǎn)挝唬盒劳_(dá)電子股份有限公司主講人：劉陽(yáng)電解液?動(dòng)力儲(chǔ)能電解液是指應(yīng)用于動(dòng)力和儲(chǔ)能電池的電解液。動(dòng)力儲(chǔ)能電解液電池產(chǎn)品的循環(huán)次數(shù)和充放電倍率高，

?具有常溫循環(huán)性能優(yōu)良、高溫存儲(chǔ)性能優(yōu)良、低溫放電性能好、抑制錳溶出效果好、高溫循環(huán)性能優(yōu)良、抑制鈦酸鋰負(fù)極氣脹效果好等特性。

電解液動(dòng)力儲(chǔ)能電解液3C數(shù)碼電解液3C數(shù)碼電解液是指應(yīng)用于3C數(shù)碼電池產(chǎn)品中的電解液。適用于高電壓的鈷酸鋰電池，充放電倍率為2C/0.2C。3C數(shù)碼電解液具有高溫和常溫循環(huán)性能優(yōu)良，高溫及防氣脹性能好等特性。受益于動(dòng)力鋰電池在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的運(yùn)用，鋰電電解液出貨量保持高速增長(zhǎng)隔膜隔膜干法隔膜涂覆膜濕法隔膜?采用干法技術(shù)制備的隔膜稱(chēng)為干法隔膜，主要用于聚丙烯隔膜的制造，有三種工藝技術(shù)；?干法技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染，成本低，但生產(chǎn)效率較低，用于低成本和高安全性動(dòng)力和儲(chǔ)能電池領(lǐng)域。?采用濕法技術(shù)制備的隔膜稱(chēng)為濕法隔膜，濕法技術(shù)主要用于聚乙烯隔膜的制造；?濕法隔膜輕薄，不易撕裂，功能性更強(qiáng)，熔點(diǎn)低，安全性差，綜合成本高。?涂覆隔膜是利用粘結(jié)劑在聚烯烴基膜上涂布PVDF等膠黏劑或陶瓷氧化鋁；?涂覆隔膜熱穩(wěn)定性高、熱收縮低、與電解液浸潤(rùn)性高，安全性好。受益于動(dòng)力電池在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的運(yùn)用，鋰電隔膜出貨量保持高速增長(zhǎng)第六章：未來(lái)發(fā)展方向單位：欣旺達(dá)電子股份有限公司主講人：劉陽(yáng)發(fā)展方向提高能量密度改善安全性提高循環(huán)壽命實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展01隨著電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的普及，對(duì)于電池能量密度的要求越來(lái)越高。研究人員正在嘗試采用新型材料、結(jié)構(gòu)和工藝，提高電池能量密度，進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)化進(jìn)程。02鋰電池的安全性問(wèn)題一直是電池行業(yè)的難點(diǎn)，需要進(jìn)一步完善安全措施和材料設(shè)計(jì)，避免電池過(guò)熱、短路等安全事故。03電池的循環(huán)壽命和使用壽命是影響電池性能的關(guān)鍵因素，需要通過(guò)材料改進(jìn)、循環(huán)充放電策略等方式，延長(zhǎng)電池壽命，降低電池的成本和環(huán)境污染。04鋰電池的可持續(xù)發(fā)展是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)之一，需要盡可能采用可再生材料，避免使用有害物質(zhì)和資源枯竭，建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，推動(dòng)鋰電池產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。教育部新材料領(lǐng)域工程碩博士核心課程電動(dòng)汽車(chē)用先進(jìn)電池技術(shù)2023年8月4日第一章：基礎(chǔ)知識(shí)介紹單位：欣旺達(dá)電子股份有限公司主講人：劉陽(yáng)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展簡(jiǎn)史早期探索階段1899年，洛杉磯出現(xiàn)了第一輛商業(yè)化的電動(dòng)出租車(chē)。20世紀(jì)初，電動(dòng)汽車(chē)曾經(jīng)成為當(dāng)時(shí)汽車(chē)市場(chǎng)的主流。然而，由于當(dāng)時(shí)電池技術(shù)的限制，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間行駛，且充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此被內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)所替代。電動(dòng)汽車(chē)的復(fù)興20世紀(jì)80年代末至90年代初，隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高和石油價(jià)格的不斷攀升，電動(dòng)汽車(chē)再次引起了人們的關(guān)注。1996年，通用汽車(chē)公司推出了EV1電動(dòng)汽車(chē)，這是一輛純電動(dòng)汽車(chē)，可以行駛130英里左右的距離。電動(dòng)汽車(chē)的崛起21世紀(jì)初，隨著科技的不斷發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的不斷提高，電動(dòng)汽車(chē)再次開(kāi)始崛起。2008年，特斯拉公司推出了Roadster電動(dòng)跑車(chē)，其擁有超過(guò)200英里的續(xù)航里程，成為了市場(chǎng)上的一匹黑馬。此后，各大汽車(chē)廠(chǎng)商相繼推出了自己的電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品。政策的推動(dòng)為了促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，許多國(guó)家和地區(qū)也相繼出臺(tái)了相關(guān)政策。例如，中國(guó)政府于2012年發(fā)布了《關(guān)于加快新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干意見(jiàn)》不同電動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)概述+-+-+-+-FCH2燃油箱+-電池內(nèi)燃機(jī)電機(jī)H2氫氣燃料箱FC燃料電池傳統(tǒng)車(chē)混聯(lián)式車(chē)（PHEV）插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（PHEV）增程式電動(dòng)車(chē)(REEV)純電動(dòng)汽車(chē)(BEV)燃料電池電動(dòng)車(chē)(FCEV)全混電動(dòng)機(jī)功率30~50kW電池包容量1~2kW·h電動(dòng)機(jī)功率30~80kW電池包容量3~10kW·h電動(dòng)機(jī)功率>100kW電池包容量15kW·h緊湊型車(chē)15~25kW·h更高端的車(chē)型60kW·h電動(dòng)機(jī)功率30~100kW電池包容量1~2kW·h電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)實(shí)例劣勢(shì)實(shí)例/理由動(dòng)力性和續(xù)航動(dòng)力系統(tǒng)的高效率效率可達(dá)90%或更高（內(nèi)燃機(jī)效率30%）多是電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)很重大型電池系統(tǒng)支撐必要續(xù)航里程電池技術(shù)電池系統(tǒng)可充電電網(wǎng)或能量回饋對(duì)其充電限定循環(huán)時(shí)間和復(fù)雜的電池技術(shù)電池領(lǐng)域的復(fù)雜性發(fā)展（例如材料）舒適性/駕駛特點(diǎn)有杰出的提速性能和動(dòng)力匹配性能電動(dòng)機(jī)的扭矩特點(diǎn)限定供電范圍如今電池能量密度還是比較低車(chē)輛概念新型車(chē)輛概念被定義用途設(shè)計(jì)（BMWi3）更加官族設(shè)計(jì)概念新車(chē)用技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用和材料需求成本降低使用周期成本更低的保養(yǎng)成本高零部件成本環(huán)保性電動(dòng)車(chē)本地零排放使用中無(wú)CO2排出總體碳排放量不是100%環(huán)保能量（續(xù)航，充電）智能能量解決方法電動(dòng)車(chē)一體化接入智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施待完善充電樁不夠動(dòng)力電池生產(chǎn)流程物料準(zhǔn)備來(lái)料檢驗(yàn)正極攪拌負(fù)極攪拌正極涂布負(fù)極涂布正極制片負(fù)極制片正極模切負(fù)極模切焊軟鏈接X(jué)光檢測(cè)熱壓和電阻測(cè)試卷繞疊片極耳預(yù)焊裁切TAB焊接極耳貼膠四周貼膠包聚酯膜真空烘烤卷芯入殼焊頂蓋真空烘烤貼保護(hù)膜短路測(cè)試頂側(cè)封電芯平壓靜置注液氣密性檢測(cè)稱(chēng)重注液一次封口熱冷壓化成抽氣二次注液焊密封釘切邊整形容量測(cè)試二次封裝TAB套絕緣管化成打包下倉(cāng)分容測(cè)試測(cè)試靜置其他測(cè)試打包下倉(cāng)前段工序中端工序后端工序共有工序方形電池工序軟包電池工序第二章：電動(dòng)汽車(chē)電池市場(chǎng)單位：欣旺達(dá)電子股份有限公司主講人：劉陽(yáng)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈上上游：能源金屬（超4400億元）鎳精礦銅鎳礦副產(chǎn)品錳礦/煤粉/生錳粉錳礦/煤粉/生錳粉磷礦鐵礦石油、煤炭鋰輝石/鋰云母/鹽湖鹵水石油/煤炭銅礦鋁礦

硫酸鎳（142億元）硫酸鈷（251億元）硫酸錳碳酸鋰/氫氧化鋰（3150億元）磷酸鐵（約177億元）針狀焦、瀝青六氟磷酸鋰/LISIF

（超375億元）溶劑添加劑PP/PE銅錠鋁錠上游：電池材料（超6000億元，包括儲(chǔ)能，動(dòng)力，3C）三元前驅(qū)體三元材料（2269億元）磷酸鐵鋰（1656億元）負(fù)極材料（755億元）電解液（650億元）隔膜（177億元）銅箔（390億元）電芯結(jié)構(gòu)件鋁箔其他輔材硫酸鎳/硫酸鈷/硫酸錳/碳酸鋰/氫氧化鋰中游：動(dòng)力電池系統(tǒng)（超5200億元）電芯（4309億元）模組結(jié)構(gòu)件BMS電氣組件冷卻散熱系統(tǒng)下游：整車(chē)（超1.4萬(wàn)億）新能源車(chē)后市場(chǎng)：回收（超150億元）動(dòng)力電池回收動(dòng)力電池梯次利用動(dòng)力電池再生利用資料來(lái)源：蓋世汽車(chē)，GGII，EVTank，長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科募集說(shuō)明書(shū)，億歐智庫(kù)，Mysteel，平安證券研究所

動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈全景圖（括號(hào)內(nèi)為國(guó)內(nèi)2022年市場(chǎng)規(guī)模估計(jì)）動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈：市場(chǎng)參與者上上游：能源金屬上游：電池材料中游：動(dòng)力電池后市場(chǎng)：回收利用鋰資源：鋰礦贛鋒鋰業(yè)天齊鋰業(yè)中礦資源雅化集團(tuán)盛新鋰能

永興材料融捷股份川能動(dòng)力江特電機(jī)興能集團(tuán)鋰資源：鹽湖鋰鹽湖股份西藏珠峰西藏礦業(yè)藏格礦業(yè)藍(lán)科鋰業(yè)MHP及高冰鎳華友鈷業(yè)力勤資源盛屯礦業(yè)寒銳鈷業(yè)格林美MHP及高冰鎳金川集團(tuán)吉林吉恩格林美中偉股份湖南邦普中冶瑞木鈷礦洛陽(yáng)鉬業(yè)寒銳鈷業(yè)華友鈷業(yè)金川集團(tuán)硫酸鈷華友鈷業(yè)格林美寒銳鈷業(yè)正極材料-鐵鋰湖南裕能德方納米融通高科萬(wàn)潤(rùn)新能安達(dá)科技圣釩科技金堂時(shí)代龍?bào)纯萍几慌R精工元豐股份正極材料-三元容百科技當(dāng)升科技華友鈷業(yè)南通瑞翔長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科貝特瑞華新材振廈鎢新能廣東邦普天力鋰能負(fù)極材料貝特瑞杉杉科技尚太科技中科電氣璞泰來(lái)凱金能源翔豐華河北坤天廣東東島青島新泰和電解液天賜材料新宙邦比亞迪瑞泰新材昆侖化學(xué)中化藍(lán)天法恩萊特珠海賽緯巴斯夫杉杉億恩科天潤(rùn)隔膜恩捷股份星源材質(zhì)中材科技中興新材河北金力惠強(qiáng)新材江蘇厚生北星新材藍(lán)科途滄州明珠銅箔龍電華鑫德?？萍技卧萍贾Z德股份銅博科技長(zhǎng)春化工華創(chuàng)新材銅冠銅箔中一科技江銅銅箔寧德時(shí)代比亞迪中創(chuàng)新航國(guó)軒高科億緯鋰能欣旺達(dá)LG新能源蜂巢能源孚能科技捷威動(dòng)力瑞浦蘭鈞正力新能多氟多力神鵬輝能源新能源乘用車(chē)比亞迪上汽集團(tuán)特斯拉吉利汽車(chē)廣汽埃安奇瑞汽車(chē)長(zhǎng)安汽車(chē)哪吒汽車(chē)?yán)硐肫?chē)長(zhǎng)城汽車(chē)蔚來(lái)汽車(chē)小鵬汽車(chē)零跑汽車(chē)一汽大眾新能源商用車(chē)吉利商用車(chē)東風(fēng)汽車(chē)福田汽車(chē)宇通客車(chē)上汽大通奇瑞汽車(chē)金龍汽車(chē)長(zhǎng)安汽車(chē)格林美湖南邦普贛州豪鵬華友鈷業(yè)光華科技芳源環(huán)保下游：整車(chē)其他三元前驅(qū)體

?中偉股份

?華友鈷業(yè)

?格林美磷酸鐵安納達(dá)導(dǎo)電劑天奈科技道氏技術(shù)結(jié)構(gòu)件科達(dá)利震?？萍紪|山精密料來(lái)源：Wind，平安證券研究所

溶劑石大勝華電解質(zhì)多氟多涂覆材料壹時(shí)通動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)及成本電池約占電池包成本的80%目前動(dòng)力電池組裝環(huán)節(jié)主要分為電池（Cell，也稱(chēng)電芯）、電池模組（Module）、電池包（Pack）三個(gè)層級(jí)。目前國(guó)內(nèi)電池生產(chǎn)企業(yè)出貨呈多種形式：對(duì)國(guó)內(nèi)自主品牌多以電芯出貨為主，合資企業(yè)以模組和電池包出貨較多。項(xiàng)目2021年4月2022年4月2023年4月價(jià)格(元/kWh)占比價(jià)格(元/kWh)占比價(jià)格(元/kWh)占比方形三元?jiǎng)恿﹄娦?6085.2%87583.3%72581.5%方形三元電池包7751050890方形磷酸鐵鋰動(dòng)力電芯52584.0%80082.1%65078.8%方形磷酸鐵鋰電池包625975825

2021.4-2023.4動(dòng)力電池包成本組成

全球動(dòng)力電池需求需求持續(xù)高增，2022-2025年CAGR達(dá)到30.4%2020-2025年中國(guó)動(dòng)力電池出貨量及預(yù)測(cè)2020-2025年全球動(dòng)力電池出貨量及預(yù)測(cè)動(dòng)力電池產(chǎn)品方形電池繼續(xù)主導(dǎo)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，磷酸鐵鋰市占率有望進(jìn)一步提升2018-2022年中國(guó)動(dòng)力電池出貨量占比2019-2023Q1中國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)品結(jié)構(gòu)裝機(jī)量占比變化第三章：電動(dòng)汽車(chē)用電池類(lèi)型單位：欣旺達(dá)電子股份有限公司主講人：劉陽(yáng)鉛酸電池鉛酸電池應(yīng)用的歷史最長(zhǎng)，也是最成熟、成本售價(jià)最低廉的蓄電池，但現(xiàn)在基本不再作為動(dòng)力電池應(yīng)用在新能源汽車(chē)上，只在部分低速車(chē)上有所應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)1：價(jià)格足夠便宜雖然電動(dòng)汽車(chē)現(xiàn)在攜帶越來(lái)越多的電池類(lèi)型，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將有氫電池等高科技電池應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)，但這些電池成本高于鉛酸電池優(yōu)點(diǎn)2：技術(shù)足夠成熟經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展和應(yīng)用，鉛酸電池的技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了市場(chǎng)的考驗(yàn)。在技術(shù)成熟度方面，它是其他新興電池?zé)o法比擬的。鎳氫電池循環(huán)使用壽命超過(guò)1000次，工作環(huán)境溫度為-40~+55℃，高低溫工作容量損失小簡(jiǎn)介能量密度與鋰電池差距不大，約為70-100Wh/kg，電池單體電壓僅為1.2V，是鋰電池的1/3。鎳氫電池具有“記憶效應(yīng)”，過(guò)度充電或過(guò)度放電會(huì)導(dǎo)致電池容量存在衰減現(xiàn)象，因此與鋰電池一樣都需要電池管理系統(tǒng)，只不過(guò)鎳氫電池更注重充放電管理。優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)制造成本和技術(shù)成熟度上，鎳氫電池成本更低，技術(shù)更成熟。在安全性能上，由于鎳氫電池能力密度相對(duì)較低，不容易發(fā)生冒煙爆炸的安全事故。續(xù)航短、使用壽命短、放電能力差。缺點(diǎn)鋰-硫電池尚處于科研階段，可進(jìn)行多達(dá)1500個(gè)充電和放電循環(huán)簡(jiǎn)介鋰硫電池是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負(fù)極的一種鋰電池。單質(zhì)硫在地球中儲(chǔ)量豐富，具有價(jià)格低廉、環(huán)境友好等特點(diǎn)。利用硫作為正極材料的鋰硫電池，其材料理論比容量和電池理論比能量較高，分別達(dá)到1675mAh/g和2600Wh/kg優(yōu)點(diǎn)固態(tài)鋰硫電池電解質(zhì)比液態(tài)電解質(zhì)具有更高的離子導(dǎo)電性和更低的電阻，安全性好，其高能量密度，環(huán)保，壽命長(zhǎng)目前固態(tài)鋰硫電池在開(kāi)發(fā)過(guò)程中仍存在著一些挑戰(zhàn)，如靶向高溫、高濕等環(huán)境下的穩(wěn)定性、電流密度和充放電速率的提升等缺點(diǎn)鋰-空氣電池目前Li-O2電池依舊只能在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，而不能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用簡(jiǎn)介鋰空氣電池是一種用鋰作負(fù)極，以空氣中的氧氣作為正極反應(yīng)物的電池。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因?yàn)槠潢帢O（以多孔碳為主）很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。鋰空氣電池的開(kāi)路電壓為2.91V。優(yōu)點(diǎn)正極反應(yīng)物為氧氣，從大氣中獲得，無(wú)需存儲(chǔ)于電池內(nèi)部，不僅有效降低了成本，也大大降低了電池的整體重量，從而提高了電池的質(zhì)量能量密度正極材料，催化劑都不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效，大倍率的充放電過(guò)程開(kāi)放體系的電解液暴露在外，多數(shù)有機(jī)溶劑是有毒且易揮發(fā)的缺點(diǎn)全固態(tài)電池以安全固態(tài)電解質(zhì)替代易燃有機(jī)電解液為特征的全固態(tài)電池成為下一代電池的主要方向簡(jiǎn)介全固態(tài)電池是構(gòu)成電池的所有部件均是“固態(tài)”的電池。鋰離子電池等二次電池（可以充電、反復(fù)使用的電池）基本上由以金屬為材料的兩個(gè)電極（正極和負(fù)極）以及充滿(mǎn)其間的電解質(zhì)構(gòu)成。傳統(tǒng)二次電池的電解質(zhì)使用液體，而全固態(tài)電池的電解質(zhì)使用固體。優(yōu)點(diǎn)能耐低溫至高溫；可以快速充電；壽命長(zhǎng)；形狀自由度高在工程技術(shù)方面，存在固-固界面接觸不穩(wěn)定影響性能發(fā)揮、采用鋰金屬易發(fā)生枝晶生長(zhǎng)存在安全風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。在產(chǎn)業(yè)化方面，存在全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈需要大規(guī)模重構(gòu)和新設(shè)備開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)環(huán)境要求嚴(yán)苛、關(guān)鍵材料昂貴等問(wèn)題。缺點(diǎn)第四章：電池管理系統(tǒng)單位：欣旺達(dá)電子股份有限公司主講人：劉陽(yáng)BMS要求關(guān)鍵問(wèn)題涉及電池電壓測(cè)量，數(shù)據(jù)采樣頻率同步性，電池狀態(tài)估計(jì)，電池的均勻性和均衡，和電池故障診斷的精確測(cè)量簡(jiǎn)介電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統(tǒng)BMS主要用于對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷、SOC估算、行駛里程估算、短路保護(hù)、漏電監(jiān)測(cè)、顯示報(bào)警，充放電模式選擇等，并通過(guò)CAN總線(xiàn)的方式與車(chē)輛集成控制器或充電機(jī)進(jìn)行信息交互，保障電動(dòng)汽車(chē)高效、可靠、安全運(yùn)行。SOC即StateofCharge，是電池組的荷電狀態(tài)簡(jiǎn)稱(chēng)，即電池剩余電量。SOC是判斷電池過(guò)充及過(guò)放等一系列故障的基礎(chǔ)，精確的估算SOC，可防止電池過(guò)充和過(guò)放，延長(zhǎng)電池的使用壽命，從而提高電池的利用率。除了SOC估算，還有SOH（StateofHealth），SOP（StateofPower），用戶(hù)可通過(guò)車(chē)上儀表顯示，看到這些數(shù)據(jù)，從而確認(rèn)電池的工作、功能狀態(tài)。據(jù)此，在保護(hù)電池的基礎(chǔ)上，將潛力發(fā)揮最大化，大大提升駕乘體驗(yàn)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)處理通信數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)熱處理數(shù)據(jù)采集電氣管理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)制冷控制制熱控制電池包UT傳感器執(zhí)行器控制充電器控制CAN/FlexRayBMS原理示意圖BMS要求增加電池系統(tǒng)的安全和可靠性保護(hù)各個(gè)單體電池和電池系統(tǒng)提高電池的能量利用效率延長(zhǎng)電池壽命關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)采集電池充放電狀態(tài)，采集數(shù)據(jù)有電池總電壓，電池總電流，每個(gè)電池箱內(nèi)電池測(cè)點(diǎn)溫度以及單體模塊電池電壓等數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)存儲(chǔ)電池當(dāng)前的使用狀況和歷史的電池使用情況，計(jì)算當(dāng)前的電池狀態(tài)。電氣管理由于電池個(gè)體的差異以及使用狀態(tài)的不同等原因，電池在使用過(guò)程中不一致性會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，系統(tǒng)應(yīng)能判斷并自動(dòng)進(jìn)行均衡處理。熱管理實(shí)時(shí)采集每個(gè)電池箱內(nèi)電池測(cè)點(diǎn)溫度，通過(guò)對(duì)散熱風(fēng)扇的控制防止電池溫度過(guò)高。安全管理通過(guò)對(duì)電池參數(shù)的采集，系統(tǒng)具有預(yù)測(cè)電池組中單體電池性能、故障診斷和提前報(bào)警等功能，以便對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)和更換，以保證安全通信與車(chē)輛或引用程序、車(chē)載或非車(chē)載的其他嵌入式控制系統(tǒng)通信。教育部新材料領(lǐng)域工程碩博士核心課程感謝聆聽(tīng)2023年8月4日第四章：鋰離子電池負(fù)極材料鋰電池負(fù)極材料負(fù)極材料儲(chǔ)鋰方式能量密度優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)石墨插層式372成本低，常用，平均電位低倍率性能低，初始容量低LTO插層式175熱穩(wěn)定性好，倍率性能高成本高，容量低Fe2O3轉(zhuǎn)換式750成本適中，容量高于石墨平均電位高Si合金式3579高容量體積膨脹明顯Li金屬負(fù)極3860容量和倍率性能高，平均電位低安全性差碳基/硅基/錫基鈦基負(fù)極其他石墨非石墨碳納米石墨烯Li-Ti-OMLi2Ti6O14TiO2Li-Cr-Ti-O過(guò)度金屬氧化物鈮基負(fù)極磷化物氮化物石墨負(fù)極是市場(chǎng)上最為常用的負(fù)極之一，整體發(fā)展趨向高能量密度趨勢(shì)硅碳負(fù)極錫碳負(fù)極碳基負(fù)極材料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)碳材料碳材料結(jié)晶度Lc/nm晶格常數(shù)d/nm密度g·cm-3比表面積m2·g-1乙炔黑1.20.3481.3131.7熱解碳1.20.3801.604.0石油焦炭1400℃3.90.3462.139.5瀝青焦炭1200℃2.60.3472.024.0人造石墨190019.30.3431.974.0人造石墨220047.40.3391.962.8人造石墨250084.50.3372.001.9人造石墨2800112.30.3361.981.5天然石墨229.10.3352.206.3部分碳材料的物理性質(zhì)最早用于鋰離子負(fù)極的材料之一導(dǎo)電性好，結(jié)晶度高比容量達(dá)300mA·h·g-1，放電效率90%以上，不可逆容量低于50mA·h·g-1石墨負(fù)極的缺點(diǎn)充放電過(guò)程中形成SEI膜，基體膨脹，容量損失和溶劑相容性差擴(kuò)散路徑長(zhǎng)，不適合大電流充放電低電位下可能有金屬鋰沉積碳基負(fù)極材料-石墨解決方法——改性機(jī)械研磨改性：改變微觀(guān)結(jié)構(gòu)，形態(tài)，電化學(xué)性能表面氧化：去除高活性組分，增加微孔數(shù)，產(chǎn)生納米通道摻雜：電壓升高，但充電容量變低碳基負(fù)極材料-石墨Li,L.J.ACSnano,2013CVDHou,Y.,NatureCommunications,2020熱裂解化學(xué)功能化處理Yu,T.,AdvancedMaterials,2014模板法Shi,J.,AdvancedMaterials,2014化學(xué)刻蝕Huang,Y.,AdvancedMaterials,2019多種傳統(tǒng)方法合成碳基材料，并實(shí)現(xiàn)摻雜與納微結(jié)構(gòu)的制備硅單質(zhì)作為負(fù)極通過(guò)與鋰形成合金（LixSi）來(lái)儲(chǔ)存鋰離子。硅單質(zhì)可實(shí)現(xiàn)極高儲(chǔ)鋰容量，超過(guò)3000mAh/g。形成合金過(guò)程中，Si的體積會(huì)大幅度膨脹，使得顆粒破裂，最終導(dǎo)致電極失效。硅基負(fù)極材料硅基負(fù)極的缺點(diǎn)首次庫(kù)倫效率低，充放電循環(huán)壽命短嵌鋰過(guò)程中，硅體積膨脹高達(dá)300%~400%，脫鋰過(guò)程中體積大幅度收縮，導(dǎo)致活性物質(zhì)剝離，活性坍塌解決方法采用特殊粘結(jié)劑制備具有微孔結(jié)構(gòu)硅基顆粒與碳基材料復(fù)合制備硅碳負(fù)極第五章：隔膜和電解液?jiǎn)挝唬盒劳_(dá)電子股份有限公司主講人：劉陽(yáng)電解液?動(dòng)力儲(chǔ)能電解液是指應(yīng)用于動(dòng)力和儲(chǔ)能電池的電解液。動(dòng)力儲(chǔ)能電解液電池產(chǎn)品的循環(huán)次數(shù)和充放電倍率高，

?具有常溫循環(huán)性能優(yōu)良、高溫存儲(chǔ)性能優(yōu)良、低溫放電性能好、抑制錳溶出效果好、高溫循環(huán)性能優(yōu)良、抑制鈦酸鋰負(fù)極氣脹效果好等特性。

電解液動(dòng)力儲(chǔ)能電解液3C數(shù)碼電解液3C數(shù)碼電解液是指應(yīng)用于3C數(shù)碼電池產(chǎn)品中的電解液。適用于高電壓的鈷酸鋰電池，充放電倍率為2C/0.2C。3C數(shù)碼電解液具有高溫和常溫循環(huán)性能優(yōu)良，高溫及防氣脹性能好等特性。受益于動(dòng)力鋰電池在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的運(yùn)用，鋰電電解液出貨量保持高速增長(zhǎng)隔膜隔膜干法隔膜涂覆膜濕法隔膜?采用干法技術(shù)制備的隔膜稱(chēng)為干法隔膜，主要用于聚丙烯隔膜的制造，有三種工藝技術(shù)；?干法技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染，成本低，但生產(chǎn)效率較低，用于低成本和高安全性動(dòng)力和儲(chǔ)能電池領(lǐng)域。?采用濕法技術(shù)制備的隔膜稱(chēng)為濕法隔膜，濕法技術(shù)主要用于聚乙烯隔膜的制造；?濕法隔膜輕薄，不易撕裂，功能性更強(qiáng)，熔點(diǎn)低，安全性差，綜合成本高。?涂覆隔膜是利用粘結(jié)劑在聚烯烴基膜上涂布PVDF等膠黏劑或陶瓷氧化鋁；?涂覆隔膜熱穩(wěn)定性高、熱收縮低、與電解液浸潤(rùn)性高，安全性好。受益于動(dòng)力電池在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的運(yùn)用，鋰電隔膜出貨量保持高速增長(zhǎng)第六章：未來(lái)發(fā)展方向單位：欣旺達(dá)電子股份有限公司主講人：劉陽(yáng)發(fā)展方向提高能量密度改善安全性提高循環(huán)壽命實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展01隨著電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的普及，對(duì)于電池能量密度的要求越來(lái)越高。研究人員正在嘗試采用新型材料、結(jié)構(gòu)和工藝，提高電池能量密度，進(jìn)一步推動(dòng)電動(dòng)化進(jìn)程。02鋰電池的安全性問(wèn)題一直是電池行業(yè)的難點(diǎn)，需要進(jìn)一步完善安全措施和材料設(shè)計(jì)，避免電池過(guò)熱、短路等安全事故。03電池的循環(huán)壽命和使用壽命是影響電池性能的關(guān)鍵因素，需要通過(guò)材料改進(jìn)、循環(huán)充放電策略等方式，延長(zhǎng)電池壽命，降低電池的成本和環(huán)境污染。04鋰電池的可持續(xù)發(fā)展是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)之一，需要盡可能采用可再生材料，避免使用有害物質(zhì)和資源枯竭，建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，推動(dòng)鋰電池產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。電動(dòng)汽車(chē)用先進(jìn)電池技術(shù)第一章：基礎(chǔ)知識(shí)介紹電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展簡(jiǎn)史早期探索階段1899年，洛杉磯出現(xiàn)了第一輛商業(yè)化的電動(dòng)出租車(chē)。20世紀(jì)初，電動(dòng)汽車(chē)曾經(jīng)成為當(dāng)時(shí)汽車(chē)市場(chǎng)的主流。然而，由于當(dāng)時(shí)電池技術(shù)的限制，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間行駛，且充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此被內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)所替代。電動(dòng)汽車(chē)的復(fù)興20世紀(jì)80年代末至90年代初，隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高和石油價(jià)格的不斷攀升，電動(dòng)汽車(chē)再次引起了人們的關(guān)注。1996年，通用汽車(chē)公司推出了EV1電動(dòng)汽車(chē)，這是一輛純電動(dòng)汽車(chē)，可以行駛130英里左右的距離。電動(dòng)汽車(chē)的崛起21世紀(jì)初，隨著科技的不斷發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的不斷提高，電動(dòng)汽車(chē)再次開(kāi)始崛起。2008年，特斯拉公司推出了Roadster電動(dòng)跑車(chē)，其擁有超過(guò)200英里的續(xù)航里程，成為了市場(chǎng)上的一匹黑馬。此后，各大汽車(chē)廠(chǎng)商相繼推出了自己的電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品。政策的推動(dòng)為了促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，許多國(guó)家和地區(qū)也相繼出臺(tái)了相關(guān)政策。例如，中國(guó)政府于2012年發(fā)布了《關(guān)于加快新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干意見(jiàn)》不同電動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)概述+-+-+-+-FCH2燃油箱+-電池內(nèi)燃機(jī)電機(jī)H2氫氣燃料箱FC燃料電池傳統(tǒng)車(chē)混聯(lián)式車(chē)（PHEV）插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（PHEV）增程式電動(dòng)車(chē)(REEV)純電動(dòng)汽車(chē)(BEV)燃料電池電動(dòng)車(chē)(FCEV)全混電動(dòng)機(jī)功率30~50kW電池包容量1~2kW·h電動(dòng)機(jī)功率30~80kW電池包容量3~10kW·h電動(dòng)機(jī)功率>100kW電池包容量15kW·h緊湊型車(chē)15~25kW·h更高端的車(chē)型60kW·h電動(dòng)機(jī)功率30~100kW電池包容量1~2kW·h電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)實(shí)例劣勢(shì)實(shí)例/理由動(dòng)力性和續(xù)航動(dòng)力系統(tǒng)的高效率效率可達(dá)90%或更高（內(nèi)燃機(jī)效率30%）多是電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)很重大型電池系統(tǒng)支撐必要續(xù)航里程電池技術(shù)電池系統(tǒng)可充電電網(wǎng)或能量回饋對(duì)其充電限定循環(huán)時(shí)間和復(fù)雜的電池技術(shù)電池領(lǐng)域的復(fù)雜性發(fā)展（例如材料）舒適性/駕駛特點(diǎn)有杰出的提速性能和動(dòng)力匹配性能電動(dòng)機(jī)的扭矩特點(diǎn)限定供電范圍如今電池能量密度還是比較低車(chē)輛概念新型車(chē)輛概念被定義用途設(shè)計(jì)（BMWi3）更加官族設(shè)計(jì)概念新車(chē)用技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用和材料需求成本降低使用周期成本更低的保養(yǎng)成本高零部件成本環(huán)保性電動(dòng)車(chē)本地零排放使用中無(wú)CO2排出總體碳排放量不是100%環(huán)保能量（續(xù)航，充電）智能能量解決方法電動(dòng)車(chē)一體化接入智能電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施待完善充電樁不夠動(dòng)力電池生產(chǎn)流程物料準(zhǔn)備來(lái)料檢驗(yàn)正極攪拌負(fù)極攪拌正極涂布負(fù)極涂布正極制片負(fù)極制片正極模切負(fù)極模切焊軟鏈接X(jué)光檢測(cè)熱壓和電阻測(cè)試卷繞疊片極耳預(yù)焊裁切TAB焊接極耳貼膠四周貼膠包聚酯膜真空烘烤卷芯入殼焊頂蓋真空烘烤貼保護(hù)膜短路測(cè)試頂側(cè)封電芯平壓靜置注液氣密性檢測(cè)稱(chēng)重注液一次封口熱冷壓化成抽氣二次注液焊密封釘切邊整形容量測(cè)試二次封裝TAB套絕緣管化成打包下倉(cāng)分容測(cè)試測(cè)試靜置其他測(cè)試打包下倉(cāng)前段工序中端工序后端工序共有工序方形電池工序軟包電池工序第二章：電動(dòng)汽車(chē)電池市場(chǎng)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈上上游：能源金屬（超4400億元）鎳精礦銅鎳礦副產(chǎn)品錳礦/煤粉/生錳粉錳礦/煤粉/生錳粉磷礦鐵礦石油、煤炭鋰輝石/鋰云母/鹽湖鹵水石油/煤炭銅礦鋁礦

硫酸鎳（142億元）硫酸鈷（251億元）硫酸錳碳酸鋰/氫氧化鋰（3150億元）磷酸鐵（約177億元）針狀焦、瀝青六氟磷酸鋰/LISIF

（超375億元）溶劑添加劑PP/PE銅錠鋁錠上游：電池材料（超6000億元，包括儲(chǔ)能，動(dòng)力，3C）三元前驅(qū)體三元材料（2269億元）磷酸鐵鋰（1656億元）負(fù)極材料（755億元）電解液（650億元）隔膜（177億元）銅箔（390億元）電芯結(jié)構(gòu)件鋁箔其他輔材硫酸鎳/硫酸鈷/硫酸錳/碳酸鋰/氫氧化鋰中游：動(dòng)力電池系統(tǒng)（超5200億元）電芯（4309億元）模組結(jié)構(gòu)件BMS電氣組件冷卻散熱系統(tǒng)下游：整車(chē)（超1.4萬(wàn)億）新能源車(chē)后市場(chǎng)：回收（超150億元）動(dòng)力電池回收動(dòng)力電池梯次利用動(dòng)力電池再生利用資料來(lái)源：蓋世汽車(chē)，GGII，EVTank，長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科募集說(shuō)明書(shū)，億歐智庫(kù)，Mysteel，平安證券研究所

動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈全景圖（括號(hào)內(nèi)為國(guó)內(nèi)2022年市場(chǎng)規(guī)模估計(jì)）動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈：市場(chǎng)參與者上上游：能源金屬上游：電池材料中游：動(dòng)力電池后市場(chǎng)：回收利用鋰資源：鋰礦贛鋒鋰業(yè)天齊鋰業(yè)中礦資源雅化集團(tuán)盛新鋰能

永興材料融捷股份川能動(dòng)力江特電機(jī)興能集團(tuán)鋰資源：鹽湖鋰鹽湖股份西藏珠峰西藏礦業(yè)藏格礦業(yè)藍(lán)科鋰業(yè)MHP及高冰鎳華友鈷業(yè)力勤資源盛屯礦業(yè)寒銳鈷業(yè)格林美MHP及高冰鎳金川集團(tuán)吉林吉恩格林美中偉股份湖南邦普中冶瑞木鈷礦洛陽(yáng)鉬業(yè)寒銳鈷業(yè)華友鈷業(yè)金川集團(tuán)硫酸鈷華友鈷業(yè)格林美寒銳鈷業(yè)正極材料-鐵鋰湖南裕能德方納米融通高科萬(wàn)潤(rùn)新能安達(dá)科技圣釩科技金堂時(shí)代龍?bào)纯萍几慌R精工元豐股份正極材料-三元容百科技當(dāng)升科技華友鈷業(yè)南通瑞翔長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科貝特瑞華新材振廈鎢新能廣東邦普天力鋰能負(fù)極材料貝特瑞杉杉科技尚太科技中科電氣璞泰來(lái)凱金能源翔豐華河北坤天廣東東島青島新泰和電解液天賜材料新宙邦比亞迪瑞泰新材昆侖化學(xué)中化藍(lán)天法恩萊特珠海賽緯巴斯夫杉杉億恩科天潤(rùn)隔膜恩捷股份星源材質(zhì)中材科技中興新材河北金力惠強(qiáng)新材江蘇厚生北星新材藍(lán)科途滄州明珠銅箔龍電華鑫德?？萍技卧萍贾Z德股份銅博科技長(zhǎng)春化工華創(chuàng)新材銅冠銅箔中一科技江銅銅箔寧德時(shí)代比亞迪中創(chuàng)新航國(guó)軒高科億緯鋰能欣旺達(dá)LG新能源蜂巢能源孚能科技捷威動(dòng)力瑞浦蘭鈞正力新能多氟多力神鵬輝能源新能源乘用車(chē)比亞迪上汽集團(tuán)特斯拉吉利汽車(chē)廣汽埃安奇瑞汽車(chē)長(zhǎng)安汽車(chē)哪吒汽車(chē)?yán)硐肫?chē)長(zhǎng)城汽車(chē)蔚來(lái)汽車(chē)小鵬汽車(chē)零跑汽車(chē)一汽大眾新能源商用車(chē)吉利商用車(chē)東風(fēng)汽車(chē)福田汽車(chē)宇通客車(chē)上汽大通奇瑞汽車(chē)金龍汽車(chē)長(zhǎng)安汽車(chē)格林美湖南邦普贛州豪鵬華友鈷業(yè)光華科技芳源環(huán)保下游：整車(chē)其他三元前驅(qū)體

?中偉股份

?華友鈷業(yè)

?格林美磷酸鐵安納達(dá)導(dǎo)電劑天奈科技道氏技術(shù)結(jié)構(gòu)件科達(dá)利震裕科技東山精密料來(lái)源：Wind，平安證券研究所

溶劑石大勝華電解質(zhì)多氟多涂覆材料壹時(shí)通動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)及成本電池約占電池包成本的80%目前動(dòng)力電池組裝環(huán)節(jié)主要分為電池（Cell，也稱(chēng)電芯）、電池模組（Module）、電池包（Pack）三個(gè)層級(jí)。目前國(guó)內(nèi)電池生產(chǎn)企業(yè)出貨呈多種形式：對(duì)國(guó)內(nèi)自主品牌多以電芯出貨為主，合資企業(yè)以模組和電池包出貨較多。項(xiàng)目2021年4月2022年4月2023年4月價(jià)格(元/kWh)占比價(jià)格(元/kWh)占比價(jià)格(元/kWh)占比方形三元?jiǎng)恿﹄娦?6085.2%87583.3%72581.5%方形三元電池包7751050890方形磷酸鐵鋰動(dòng)力電芯52584.0%80082.1%65078.8%方形磷酸鐵鋰電池包625975825