鋰離子電池介紹ppt課件(已修改)

　

【正文】 鋰離子電池知識 魏日兵 摘要 1 鋰離子二次電池的概況 2 鋰離子電池的原理和特性 3 鋰離子電池的應用與發展前景 4 鋰離子電池材料 1 鋰離子二次電池的概況 鋰 是金屬中最輕的元素，且標準電極電位為 V，是金屬元素中電位最負的一個元素。且鋰離子可以在 TiS2和MoS2等嵌入化合物中嵌入或脫嵌。 鋰離子電池 ：分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負極之間的轉移來完成電池充放電工作的獨特機理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。 電子技術的發展，對高比能量的移動電源需求量加劇。鋰離子電池是一種理想的可移動電源，具有體積小，重量輕，放電電壓高，比能量大等優點。自從 1990年SONY公司推出世界上第一只鋰離子電池，到 2022年為止，整個市場每年約 4億只該類電池用于純消費類電子產品。便攜式攝像機、移動電話、手提電腦等 95％以上使用鋰離子二次電池作為主要電源。 1 鋰離子二次電池的概況 1 鋰離子二次電池的概況 鋰離子電池的歷史 1 鋰離子二次電池的概況 鋰離子電池的優點 高能量密度 ： 100 Wh/Kg以上，為鎳鎘電池的三倍，鎳氫電池的兩倍； 電壓平臺高 ： V，鎳基電池為 V； 低溫下工作優 ：在 20～ 60℃ 的溫度范圍內工作，低溫下的工作優于其它電池 ； 低維護性 ：沒有記憶效應，無需定期放電，最理想的保存方式，就是在40%充電后冷藏保存，可以保存達十年之久 ； 低自放電率 ：約 6％ /月； 長循環壽命 (＞ 1000次， 100％ DOD)； 環保 ：無重金屬，無污染。 1 鋰離子二次電池的概況 鋰離子電池的優點 鎘鎳、氫鎳、鋰離子蓄電池性能對比 1 鋰離子二次電池的概況 鋰離子電池的缺點 安全性能問題 ：需復雜的保護線路； 放電倍率低 ： 1 C ~ 2 C； 易于老化 ：存儲的鋰離子電池照樣會容量衰竭； 價格昂貴 。 一般認為，鋰離子電池起火爆炸是由于其 內部化學原理 和 成 分導致的。由于人們想在單位密度中儲存更多的能量，這就導致了鋰離子電池中碳、氧和易燃液體的含量不斷增加。與此同時除了正極、負極以及隔離膜之外，鋰離子電池內部還充滿了一種非常易燃的液體 — 鋰鹽類電解質。電池充電時，負極的鋰離子向正極移動，電池在使用過程中，鋰離子又回到負極以提供能量。在充完電的狀態下，失去大部分離子的負極非常不穩定。這個溫度足以使負極分解和釋放氧。隨著熱量積蓄，電池將會進入“熱失控”狀態。此時電池內部的溫度將會極快地升高，最后到達電解液的燃點而起火爆炸。在最近導致眾多大廠筆記本電腦過熱和起火的 SONY鋰電池中，正是因為在電池制造過程中混入了過多的金屬顆粒，容易在電池使用過程中發生短路、產生火花。才導致了這些鋰離子電池的不穩定。 1 鋰離子二次電池的概況 鋰離子電池的種類 根據鋰離子電池所用電解質材料不同，鋰離子電池可以分為 液態鋰離子電池 (lithium ion battery, 簡稱為 LIB) 聚合物鋰離子電池 (polymer lithium ion battery, 簡稱為LIP) 相同點 ：液態鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。一般正極使用 LiCoO2，負極使用各種碳材料如石墨，同時使用鋁、銅做集流體。 區別 ：主要區別在于 電解質 的不同 , 鋰離子電池使用的是 液體電解質 , 而聚合物鋰離子電池則以 聚合物電解質 來代替 , 這種聚合物可以是“干態”的 ,也可以是“膠態”的 ,目前大部分采用 聚合物膠體電解質 。 1 鋰離子二次電池的概況 鋰離子電池的種類 電解質 殼體 /包裝 隔膜 集流體 液態鋰離子電池 液態 不銹鋼、鋁 25μPE 銅箔（負極）和鋁箔（正極） 聚合物鋰離子電池 膠體聚合物 鋁 /PP復合膜 沒有隔膜或個μPE 銅箔（負極）和鋁箔（正極） 1 鋰離子二次電池的概況 鋰離子電池的種類 由于聚合物鋰離子電池使用了膠體電解質不會象液體電液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池很輕、很薄。也不會產生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質量比能量將會比目前的液態鋰離子電池提高 50％以上。此外 ,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環壽命等方面都比液態鋰離子電池有所提高。基于以上優點，聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰離子電池。 1 鋰離子二次電池的概況 鋰離子電池的種類 按 形狀 分類：圓柱形、方形和扣式 (或錢幣形 )； 按 正極材料 分類：氧化鈷鋰型、氧化鎳鋰型和氧化錳鋰型 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的工作原理 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的工作原理 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的工作原理 2 鋰離子電池的原理和特性 以 LiCoO2體系的鋰離子二次電池為例說明其工作原理。一般，鋰離子二次電池是由 正極 、 電解液 、 隔膜 以及 負極 構成。充電時，正極中的鋰離子從 LiCoO2層狀結構中脫出， Co元素的化合價由＋ Ⅲ 升高到＋ Ⅳ ，正極材料發生氧化反應，同時鋰離子經過電解液遷移到電池的負極，在負極碳材料的層狀結構內和碳化合生成 LiCX。電池在接上負載時，則兩電極上所發生的反應分別為充電時發生反應的逆反應。隔膜位于正負反應電極之間，隔膜可以透過離子，但卻不允許電子透過，同時當電池正負極發生一定程度的微短路時，隔膜還起到阻斷保護作用。 鋰離子電池的工作原理 2 鋰離子電池的原理和特性 電 極 反 應 鋰離子電池的工作原理 鋰離子電池的額定電壓為 。電池充滿時的電壓（稱為終止充電電壓）一般為 ；鋰離子電池終止放電電壓為 。如果鋰離子電池在使用過程中電壓已降到 還繼續使用，則稱為過放電，對電池有損害。 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池比較驕貴。如果不滿足其充電及使用要求，很容易出現爆炸，壽命下降等現象。因為鋰離子電池對溫度、過壓、過流及過放電很敏感，所以所有的電池內部均集成了熱敏電阻（監控充電溫度）及防過壓、過流、過放電保護電路。 鋰離子電池的工作原理 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的充電原理 Iconst：恒流充電電流； Ipre：預充電電流； Ifull：充滿判斷電流； Vconst：恒壓充電電壓； Vmin：預充結束電壓及短路判斷電壓 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的充電過程分 ： 預充電階段 ； 恒流充電階段 恒壓充電階段 。 1C 鋰離子電池的充電原理 2 鋰離子電池的原理和特性 預充電階段 預充電階段是在電池電壓低于 3V時，電池不能承受大電流的充電。這時有必要以小電流對電池進行浮充。 鋰離子電池的充電原理 2 鋰離子電池的原理和特性 恒流充電階段 當電池電壓達到 3V時，電池可以承受大電流的充電了。這時應以恒定的大電流充電。以使鋰離子快速均勻轉移，這個電流值越大，對電池的充滿及壽命越有利。 鋰離子電池的充電原理 2 鋰離子電池的原理和特性 恒壓充電階段 當電池電壓達到 ，達到了電池承受電壓的極限。這時應以。這時充電電流逐漸降低。當充電電流小于30mA時，電池即充滿了。這時要停止充電。否則，電池因過充而降低壽命。恒壓充電階段要求電壓控制精度為 1%。依國家標準，鋰離子電池要能在 1C的充電電流下，可以循環充放電 500次以上。依一般的電池使用三天一充。這樣電池的壽命應在 4年。 鋰離子電池的充電原理 2 鋰離子電池的原理和特性 恒壓式充電原理圖 當沒電的電池插在這種充電器上時，充電器即以最大的電流為電池充電。如果在鋰離子電池最虛弱的低壓時（低于 ）就以大電流沖擊，將會嚴重損害電池的壽命。 另外，這類的充電器均為直接市電 220V接入，轉換為 5V的低壓直流。因為轉換效率低下，會產生大量的熱。熱量直接疊加在了電池上，使電池溫度過高，這對電池有很大損害。 鋰離子電池的充電原理 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的充電方法 標準充電 ：在環境溫度 20177。 5 ℃ 的條件下，以 恒流充電，當電池端電壓達到充電限制電壓 時，改為恒壓充電，直到充電電流小于 10mA ，停止充電。 快速充電 ：在環境溫度 20177。 5 ℃ 的條件下，以 1C5A 恒流充電，當電池端電壓達到充電限制電壓 時，改為恒壓充電，直到充電電流小于 10mA ，停止充電。 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的充電方法 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的放電特性 在較高放電率下 ( C以上 )，雖然放電電壓有所下降，但截止到 壓時的放電容量卻降低很少。 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的高溫性能 電池充電結束后，將電池放入 60177。 2 ℃ 的高溫箱中恒溫 2h ，然后以 1C5A 電流恒流放電至 。放電時間不小于 54 分鐘。后將電池取出在環境溫度 20177。 5 ℃ 的條件下擱置 2h, 電池外觀無變形、無爆裂。 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的低溫特性 電池充電結束后，將電池放入 10177。 2 ℃ 的低溫箱中恒溫 2h 后，以 電流恒流放電至終止電壓 。放電時間不小于 。后將電池取出在環境溫度 20177。 5 ℃ 的條件下擱置 2h ，電池外觀無變形、無爆裂。 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的溫度特性 放電平臺電壓有明顯下降，但放電容量相差不大。 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的循環壽命 在環境溫度 20177。 5 ℃ 的條件下，以 1C5A 恒流充電，