《鋰離子電池介紹》ppt課件-全文預覽

　　

【正文】 子的性質有關。 電解質材料 4 鋰離子電池材料 （ 3） 熔融無機鹽 ： 優點 ：高電導率、高電壓； 缺點 ：僅能在高溫下工作。 優點 ：離子狀態穩定、粘度小、電導率高等，是目前應用最廣泛的電解質。 目前不少研發團隊開發出的碳熱還原法、共沉淀法、水熱法、噴霧熱分解法等。因為還是最近兩年發展起來的，所以各方面的研究還需要繼續深入。這一缺點在動力電池方面不會突出。 振實密度較低。這個問題是其最關鍵的問題。不像鈷是有毒的物質。這點是最大的優點，在所有知道的材料中，也是最好的。磷酸鐵鋰的安全性能是目前所有的材料中最好的。 工作電壓范圍： ～ ，平臺約 ，比鈷酸鋰電池 。 新一代鋰電正極材料磷酸鐵鋰 逐步粉墨登場后，真正為大容量鋰動力電池的發展和更新展現了廣闊空間，開辟了新天地。 JohnTeller效應（畸變） 4 鋰離子電池材料 鋰離子電池正極材料 —— LiMn2O4 電化學性能 A：貧鋰相 B：富鋰相 V x= V V 鋰離子隨機嵌入 引起 JohnTeller效應 4 鋰離子電池材料 鋰離子電池正極材料 —— LiMn2O4 電化學性能 鋰錳比 ℃ 燒成后淬火 結論 ：增加鋰錳比，使少量的鋰離子在材料合成過程中進入 16d八面體Mn位，可提高錳的平均價態．高電壓下不出現兩相，減少 Jahn—Teller效應，從而改善穩定性。 4 鋰離子電池材料 鋰離子電池正極材料 —— LiMn2O4 電化學性能 理論容量為 148mAh/g； LixMn2O4的 x值在 — 1之間變化時充放電是可逆的，可逆容量在 120mAh/g左右，電壓平臺為 。 4 鋰離子電池材料 鋰離子電池正極材料 —— LiMn2O4 晶 體 結 構 其結構可簡單描述為 8個四面體 8a位置由鋰離子占據， 16個八面體位置 (16d)由錳離子占據， 16d位置的錳是 Mn3+和 Mn4+按 1:1比例占據，八面體的 16c位置全部空位，氧離子占據八面體 32e位置。 4 鋰離子電池材料 鋰離子電池正極材料 —— LiMn2O4 尖晶石型錳酸鋰 LiMn2O4是 Hunter在 1981年首先制得的具有三維鋰離子通道的正極材料，至今一直受到國內外很多學者及研究人員的極大關注，它作為電極材料具有價格低、電位高、環境友好、安全性能高等優點，是最有希望取代鈷酸鋰 LiCoO2成為新一代鋰離子電池的正極材料。 比較成熟的方法是鈷的碳酸鹽、堿式碳酸鹽或鈷的氧化物等與碳酸鋰在高溫下固相合成。振動是過渡金屬離子與鋰交換電子引起的。 4 鋰離子電池材料 鋰離子電池正極材料電極電位 鋰離子電池正極材料 作為電極材料參與電化學反應； 作為鋰離子源。 Li4Ti5O12，是一種很好的負極候選材料，相對于金屬理的電位是 ，因而與 4V正極材料 LiCoO LiNiO2和LiMn2O4配對．形成 。 影響因素 ：電極材料的結構穩定性、化學穩定性、熱穩定性。 I值的大小反映了電池充放電的快慢，主要與電池內部各種電極過程的速率有關。石墨的電極電位從 (相對于 Li+/Li)之間變化，是比較合適的負極材料。通常由電極表面發生的不可逆副反應引起。 石墨類碳的充電機理 是鋰離子可逆地嵌入石墨層間，嵌入量一般不應超過 LiC6，相應電化學容量為372mAh/g。 缺點：容量循環衰減 主要材料 ：石墨、碳纖維、石油焦、無序碳和有機裂解碳等。 含 鋰 合 金 4 鋰離子電池材料 鋰離子電池負極材料 —— 合金類負極材料 非 鋰 合 金 主要材料 納米級 (大于 100 nm)的 Sn及 SnSb、 SnAg金屬間化合物（電沉積的方法）； （化學沉積法）； SnFe／ SnFeC復合材料體系； CuSn5合金； 納米硅基復合材料。 主要問題 ：在反復循環過程中，鋰合金將經歷較大的體積變化，電極材料逐漸粉化失效，合金結構遭到破壞。 方形鋰離子二次電池的命名 ：用三個字母和 6位數字來表示，前兩個字母表示鋰離子電池 (LI)，后一個字母表示方形 (S)，前兩位數字表示以 mm為單位的最大厚度，中間兩位數字表示以 mm為單位的寬度，后兩位數字以 mm為單位的最大高度，如 LIS043048即表示厚度為 4mm，寬 30mm，高48mm的方形鋰離子電池。左圖畫面是 sanyo生產的 UP383450，即*34mm*50mm，標稱容量達到 650mAh。 鋰離子電池的結構 外殼采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。 鋰離子電池的結構 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的電解液是 有機溶劑 和 無機鹽 構成的，采用LiPF6的乙烯碳酸脂（ EC）、丙烯碳酸脂（ PC）和低粘度二乙基碳酸脂（ DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。 2℃ 150 ℃ 177。 2 ℃ 70 177。 前提 升溫速率 上限溫度 時間要求 結果要求 軍工 按標準充滿電后 電池組在溫度（ 40 ℃ 177。 5℃ φ 3mm 沿徑向強力刺穿 無規定 不爆炸、不燃燒 輕工標準 QB/T25022022 按標準充滿電后 20 ℃ 177。 5℃ 用導線連接正負極 ≤ 10m Ω 10min 不漏液、不爆炸或燃燒 國家標準 GB/T 182872022 按標準充滿電后 20℃ 177。 5℃ 對應電流和時間進行。 5 ℃ 5A 直至保護電路起作用 無 不爆炸、不燃燒 輕工標準 QB/T25022022 完全放電態的電池 20℃ 177。直至連續兩次放電容量小于 80% 的 1C5A 放電容量，認為壽命終止，循環壽命不小于 300 次。 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 ℃ 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 54 分鐘。 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。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 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。恒壓充電階段要求電壓控制精度為 1%。這時充電電流逐漸降低。這時應以恒定的大電流充電。 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 。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。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?；谝陨蟽烖c，聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰離子電池。 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 。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。在充完電的狀態下，失去大部分離子的負極非常不穩定。 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。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。 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。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。 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 。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。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。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。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。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 。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。否則，電池因過充而降低壽命。這樣電池的壽命應在 4年。因為轉換效率低下，會產生大量的熱。 快速充電 ：在環境溫度 20177。 2 ℃ 的高溫箱中恒溫 2h ，然后以 1C5A 電流恒流放電至 。 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的