锂电池基本原理设计性能培训讲义VIP专享VIP免费

|NONE锂电池基本原理设计性能培训讲义1目录一、对于更高能量密度电源的需求是推动电池快速发展的动力二、锂电池的基本原理三、锂电池中的活性和非活性成分四、高能量密度锂电池设计五、锂电池的技术性能(电池测试概念)六、锂电池的安全性能一、对于更高能量密度电源的需求是推动电池快速发展的动力各种电池性能对照表-1发展史参照点第一代第二代第三代第四代技术参数铅酸镍镉镍氢锂离子聚合物锂离子工作电压(V)2.01.21.23.73.7重量比能量(Wh/Kg)355080125150体积比能量(Wh/l)80150200320360充放电寿命(次)800500500500500自放电率(%/月)5-725-3030-356-92-5电解质状态液态液态液态液态聚合物胶体方形电池最小厚度>500mm>3mm>3mm>3mm<1mm有无记忆效应无有有无无有无污染有有无无无生产成本低低中高中A.高性能锂电池的储存能量--容量性能在普通镍镉电池和铅酸电池之上。B.以下几个方面的应用是发展高性能电池的推动力。1．携式通讯器材：手机、掌上电脑、手提电脑、个人数字助理(PDA)、2小型摄像机、数字照相机、双向无线电通讯、游戏机、便携式DVD/VCD和MP3播放机等。2．电单车、电摩托车3．零排放汽车：电动车（ZEV:ZeroEmissionsVehicles）4．低排放汽车：油-电混型车（HEV:HybridEmissionsVehicles）5．移动通讯电源:卫星、移动站6．备用电源：公用事业的电话设备需要为其系统配备备用电源。小型的、分散的备用电源系统更受欢迎，特别是当光纤代替普通的电线系统以后。7．军用设备C.锂电池的发展历史简要介绍：1.1974年美国教授J.Goodenough发现嵌锂晶体LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4可以用作电池材料。2.1985年美国、日本和加拿大生产和销售Li/LiCoO2、Li/MoS2二次电池。3.1989年加拿大公司MoliEnergy生产的Li/MoS2二次电池在顾客使用中发生爆炸，造成人身伤害，全世界从此认识到金属锂电池作为二次电池的危险性。4.1990年Sony公司在美国佛罗里达州国际会议上第一次提出锂离子电池的概念，用石墨代替金属锂作为负极。5.1993年Sony公司第一次在国际市场上销售锂离子电池。二、锂电池的基本原理电池是将化学能转化为电能的装置。这个转化是直接通过电化学氧化和还原反应来完成的。电子通过内电路传输并可以用于做功。3基本的电化学反应单位是电池单元。一个电池组包括许多并联的或串联的电池单元。基本电池单元组成包括：负电极、正电极、电解质、隔膜、外壳负电极材料：石墨和碳粉（C）正电极材料：钴酸锂LiCoO2电解液：1MLiPF6加溶剂，EC碳酸乙烯酯，DMC碳酸二甲酯，EMC碳酸甲乙脂，DEC碳酸二乙脂隔膜：聚乙烯PE，聚丙烯PP，或两者混合物外壳：不锈钢或者铝壳。聚合物锂电池用铝复合膜。图1、锂电池结构示意图正极隔膜负极外壳电解质锂离子基片基片+-LiCoO2C引线引线4图2、充电时锂电池结构示意图正极隔膜负极外壳电解质锂离子Li+基片基片+-充电机e-e-e-e-Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+正极反应:LiCoO2LixCoO2+xLi++xe-负极反应:C6+xLi++xe-LixC6Li+Li+3V0V4.2V时间△V=锂电池电压正极电压曲线负极电压曲线引线引线5图3、放电时锂电池结构示意图正极隔膜负极外壳电解质锂离子Li+基片基片+-用电器e-e-e-e-Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+正极反应:LixCoO2+xLi++xe-LiCoO2负极反应:LixC6C6+xLi++xe-3V0V4.2V时间△V=锂电池电压正极电压曲线负极电压曲线引线引线6充、放电时的电化学反应描述：1．充电时正电极（阴极）：氧化反应，向外电路释放出电子和向内电路释放出锂离子。电子经过外电路和充电机被输送到负电极，与此同时，锂离子则经过内电路中的电解液和穿过隔膜纸，进入负电极的晶体结构。因此，正电极中的锂离子数量逐渐减少。但是，电解液中的锂离子数量没有改变。隔膜纸是电子的绝缘体，离子的透明体。负电极（阳极）：还原反应，同时吸收电子和锂离子。电子和锂离子在负电极的晶体结构中形成电池中性。2．放电时正电极（阴极）：还原反应，从外电路获得电子和从内电路吸取锂离子。电子经过外电路和用电器被输送到正电极，与此同时，锂离子则经过内电路中的电解液和穿过隔膜纸，回到正电极的晶体结构。因此，负电极中的锂离子数量逐渐减少，而正电极中的锂离子数量逐渐增多...