锂离子电池介绍(共16张PPT)

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1、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 Maste

2、r text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,锂离子电池简介,第1页，共16页。,背景,微电子技术迅速发展，小型化设备普及,一次电池使用成本高,镍镉、镍氢电池有记忆效应,第2页，共16页。,历史,Thomas Edison,于,1890,年前后发明了锂电池,G.N.Lewis,从,1912,起做了许多锂电池的研究工作,1970,年,Aekson,制成第一颗锂原电池并投入商用,1992,年,Sony,公司首先商业化生产锂离子电池,1993,年,Bell,实验室研发出第一颗聚合物锂离子电池，,1999,年商业化,第3

3、页，共16页。,结构,外壳：钢壳或铝壳，以达到防爆的效果,正极：,LiCoO,2,(,钴酸锂,)+,导电剂,(,乙炔黑,)+,粘合剂,+,集流体,(,铝箔,),负极：,C,6,(,石墨,)+,导电剂,(,乙炔黑,)+,增稠剂,+,粘结剂,+,集流体,(,铜箔,),隔膜：聚烯微多孔膜，有机电解液或聚合物电解质,保护电路：,Power Management Circuit,，电源管理回路,第4页，共16页。,正极采用嵌锂的过渡金属的氧化物，目前主要是钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂,外壳：钢壳或铝壳，以达到防爆的效果,1992年Sony公司首先商业化生产锂离子电池,隔膜是电解质的载体，一般是聚乙烯

4、或聚丙烯的单层微孔膜，或者二者的复合多层微孔膜,锂离子扩散速度慢：高率放电时容量低,1993年Bell实验室研发出第一颗聚合物锂离子电池，1999年商业化,保护电路：Power Management Circuit，电源管理回路,镍酸锂(LiNiO2)：成本低，容量高，但制造困难，多用作三元材料,摇椅式电池：正极钴酸锂(LiCoO2)，负极石墨碳(C6)，充电时锂离子(Li+)从正极脱嵌，经隔膜到负极后嵌入碳分子中；,隔膜是电解质的载体，一般是聚乙烯或聚丙烯的单层微孔膜，或者二者的复合多层微孔膜,锰酸锂(LiMnO4)：安全，但高温性能差、稳定性差,三段式：预充电恒流恒压,三段式：预充电恒流恒

5、压,此时电池无法承受大电流的冲击，因此以的涓流充电,锰酸锂(LiMnO4)：安全，但高温性能差、稳定性差,工作原理,摇椅式电池：正极钴酸锂,(LiCoO,2,),，负极石墨碳,(C,6,),，充电时锂离子,(Li,+,),从正极脱嵌，经隔膜到负极后嵌入碳分子中；放电时反之,第5页，共16页。,正极材料,正极采用嵌锂的过渡金属的氧化物，目前主要是钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂,钴酸锂,(,LiCoO,2,),：市场份额约,80%,，能量密度高，技术成熟；但钴很贵,镍酸锂,(,LiNiO,2,),：成本低，容量高，但制造困难，多用作三元材料,锰酸锂,(,LiMnO,4,),：安全，但高温性能差、

6、稳定性差,磷酸铁锂,(,LiFePO,4,),：便宜又安全，但高率和低温性能不好，因此多用作动力电池,第6页，共16页。,负极材料,石墨，但分天然石墨和人工石墨,天然石墨能量密度较高，但成本也高,第7页，共16页。,隔膜,隔膜是电解质的载体，一般是聚乙烯或聚丙烯的单层微孔膜，或者二者的复合多层微孔膜,隔膜性能决定了电池的内阻和界面结构，进而决定了电池容量、充放电电流密度和循环性能等关键特性,隔膜要有良好的电子绝缘性和隔离性，同时有一定的孔径，能保证锂离子的良好穿透性,第8页，共16页。,锂：最轻的金属，最高的电动势,镍酸锂(LiNiO2)：成本低，容量高，但制造困难，多用作三元材料,锂离子扩散

7、速度慢：高率放电时容量低,磷酸铁锂(LiFePO4)：便宜又安全，但高率和低温性能不好，因此多用作动力电池,一致性问题：生产工艺难以控制,磷酸铁锂(LiFePO4)：便宜又安全，但高率和低温性能不好，因此多用作动力电池,寿命：国家标准要求1C充放电500次循环，聚合物锂离子电池可达2000次以上,锂：最轻的金属，最高的电动势,隔膜是电解质的载体，一般是聚乙烯或聚丙烯的单层微孔膜，或者二者的复合多层微孔膜,镍酸锂(LiNiO2)：成本低，容量高，但制造困难，多用作三元材料,能量密度低：不适合做成小尺寸电池,成本高：锂的提炼及操作困难,一致性问题：生产工艺难以控制,主要参数,额定电压：,最高充电电

8、压：一般为,放电终止电压：一般为,额定容量：,25,时以、,I1,充电,3,小时后，,I5,放电至终止电压,(2.75V),时放出的容量，以,C5,表示,实际容量：放电至终止电压时放出的电量,寿命终结：实际容量降至,60%C5,时,寿命：国家标准要求,1C,充放电,500,次循环，聚合物锂离子电池可达,2000,次以上,工作温度：,0,45,第9页，共16页。,最高充电电压和最低放电电压,最高充电电压,LiCoO,2,的结构是稳定的，但是,Li,1-x,CoO,2,的稳定性取决于,x,值,当时,Li,1-x,CoO,2,是稳定的,当时，电压为,最低放电电压,在第一次化成即充电完成后，,Li,+

9、,转移到,C,6,负极中,再次放电时，,Li,+,向正极转移,为保证,Li,+,仍能正常嵌入,C,6,负极，不能完全放电，需留部分,Li,+,在负极中,该临界值的电池电压为,第10页，共16页。,充电方式,三段式：预充电恒流恒压,预充电：不是必须的，只在,V3V,时进行；此时电池无法承受大电流的冲击，因此以的涓流充电,恒流：一般为、,0.2C1C,；此时的大电流可以使锂离子进行快速而均匀的转移，有利于电池的长寿,恒压：恒流充电至电池电压为时，达到了电池能承受的电压极限，电流逐渐降低，至时认为充电终止,第11页，共16页。,放电特性,放电平台平缓,大电流放电性能差,容量受温度影响较大,第12页，

10、共16页。,常见产品,锂,第13页，共16页。,优点,锂：最轻的金属，最高的电动势,锂电池：电压高，自放电率低,锂离子电池,高能量密度,高工作电压,长循环寿命,无污染,聚合物锂离子电池,无漏液风险,可薄膜化、可弯曲,更高的能量密度,单颗内可串联,第14页，共16页。,缺点,成本高：锂的提炼及操作困难,安全性差：有燃烧和爆炸的可能，需要保护回路,内阻较大：大电流放电性能不理想,高低温性能差：高温危险，低温容量低,第15页，共16页。,磷酸铁锂的应用,磷酸铁锂，即,LiFePO,4,，,96,年发现，,06,年应用,额定电压，充电终止电压，放电终止电压,优点：,大功率放电，可用,10C,连续放电，因此适合做动力电池,高温性能好，环境温度,65,时内温,95,时结构完整,可快速充电，,2C30min,可充至,95%SOC,循环寿命长，,1C,放电,2000,次以上,缺点：,锂离子扩散速度慢：高率放电时容量低,能量密度低：不适合做成小尺寸电池,一致性问题：生产工艺难以控制,低温性能差：,0,时约,70%,，,20,时约,35%,第16页，共16页。,