锂电知识培训

1、1锂电知识培训锂电知识培训2目录目录p 锂离子电池初识及特点锂离子电池初识及特点p 锂离子电池组成的四要素锂离子电池组成的四要素p 锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理p 锂离子电池的安全性测试锂离子电池的安全性测试p 锂离子电池为什么要保护？锂离子电池为什么要保护？p 锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料p 锂离子电池厂家介绍锂离子电池厂家介绍p 记忆效应的解释记忆效应的解释3锂离子电池初识及特点锂离子电池初识及特点锂离子电池组成的四要素锂离子电池组成的四要素锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理锂离子电池的安全性测试锂离子电池的安全性测试锂离子电池为什么要保护？锂离子电池为什么要保护

2、？锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料锂离子电池厂家介绍锂离子电池厂家介绍记忆效应的解释记忆效应的解释4p 锂的氧化/还原电位为-3.03V,原子序为3，它是地球上最轻的金属。这种轻但能量密度高的金属是小尺寸可充电电池的理想材料。p 电极材料具有层状或隧道结构。在锂离子电池中，此结构提供锂离子容易进出的管道与快速的迁移率，可增加电池循环寿命。锂金属的特点锂金属的特点5p 高的能量密度锂离子电池密度约为铅蓄电池的3倍、镍镉电池的2倍、镍氢电池的1.5至2倍之间，与相同容量的镍镉电池和镍氢电池相比较，锂离子电池的重量减少了一半，体积缩小了20%到50%。p 高的工作电压（3.6V）锂离子电池能提供

3、的电压是镍镉和镍氢电池的三倍从而减少了需求电池的数量，使用于小型化的电子设备。 p 无记忆效应 和镍镉镉电池不同，锂离子电池无因重复的浅充放电而引起充电容量减少的记忆效应，因此，什么时候充电都可以。p 安全性高 因锂离子电池正极使用的是锂的氧化物，而无金属锂，故其安全性高。 锂离子电池的优点锂离子电池的优点6锂离子电池初识及特点锂离子电池初识及特点锂离子电池组成的四要素锂离子电池组成的四要素锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理锂离子电池的安全性测试锂离子电池的安全性测试锂离子电池为什么要保护？锂离子电池为什么要保护？锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料锂离子电池厂家介绍锂离子电池厂家介绍记

4、忆效应的解释记忆效应的解释7p 正极：锂氧化物（锂钴(LiCoO2)、锂镍(LiNiO2) 及锂锰(LiMn204) ）p 负极：石墨系碳和非石墨碳材p 电解液：液态电解质溶液锂离子电池采用溶有锂盐的非质子有机溶剂为电解液 固体聚和物电解质 将有机电解质溶液作为增塑剂加入到聚合物基质材料形成的网络结构中，并使之固定化。p 隔膜锂离子电池四要素锂离子电池四要素89锂电池材料种类可能造成的危害：材料危害材料危害10锂离子电池初识及特点锂离子电池初识及特点锂离子电池组成的四要素锂离子电池组成的四要素锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理锂离子电池的安全性测试锂离子电池的安全性测试锂离子电池为什么要

5、保护？锂离子电池为什么要保护？锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料锂离子电池厂家介绍锂离子电池厂家介绍记忆效应的解释记忆效应的解释11p 锂离子电池是一个浓度电池。p 在充电时，Li+从正极脱出，嵌入负极。放电时，Li+从负极脱出，插入正极材料中。充放电过程中，Li+在正负极间嵌入脱出往复运动犹如来回摆动的摇椅或往复运动的羽毛球，因此这种电池又被称为 “Rocking-chair”电池。工作原理工作原理12p 正极与负极皆使用层状化合物，而这些层状化合物必须要能够容许锂离子的进出，而不使材料结构发生不可逆的变化，如此才能让锂离子在充放电过程中往返于正负极之间。p 由下图可表达出这样的概念，当充

6、电时由外界输入电能，锂离子由能量较低的正极被赶往负极中而成为能量较高的状态，放电反之。工作原理工作原理13充放电过程图充放电过程图14p 一般地，锂离子电池以恒压的方法和恒流方法充电。如下图，一小时后电池已充电约90%，两小时后则充电到99%。锂离子电池充放电特性锂离子电池充放电特性15锂离子电池初识及特点锂离子电池初识及特点锂离子电池组成的四要素锂离子电池组成的四要素锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理锂离子电池的安全性测试锂离子电池的安全性测试锂离子电池为什么要保护？锂离子电池为什么要保护？锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料锂离子电池厂家介绍锂离子电池厂家介绍记忆效应的解释记忆效应的

7、解释16p 内部短路测试要求不爆炸、不燃烧电安全性测试电安全性测试p 外部短路测试要求不爆炸、不燃烧，最高温度不超过150测试温度：25方法：用一条最大电阻为0.1欧姆的铜导线将电池正负极直接连接p 过充电测试要求不爆炸、不燃烧、不漏液方法：1C的电流对电池充以其额定容量250%的电量p 反常充电测试要求不爆炸、不燃烧，最高温度不超过150充满电电池测试方法：用电压为12V，电流为3C的直流电源为电池充电48小时p 过放电测试17p 挤压测试要求不爆炸、不燃烧、方法：将电池放在两平行的钢板之间，且电极片平面也与钢板平行，在钢板上施以13KN的力物理安全性测试物理安全性测试p 冲击测试要求不爆炸

8、、不燃烧、环境温度：25条件：充满电测试方法：将直径为15.8mm的圆柱状棒垂直放在电池的正极顶部，将一个重量为9.1Kg的重物从61cm高处跌落在圆木上p 振动测试要求不爆炸、不燃烧、不漏液环境温度：25条件：充满电方法：电池在振幅0.8mm、频率在10-55Hz,XYZ方向以1Hz/分震动90分.p 自由落体测试p 针刺测试p 跌落测试要求不开裂、不燃烧充满电池方法：将电池从1.9mm高处、以任意方向自由跌落在水泥地面上10次。18环境安全性测试环境安全性测试p 加热测试要求不爆炸、不燃烧、充满电电池方法：将电池放在烘箱中，以每分钟52速率升高温度至1502，并保持此温度10分钟p 高温贮

9、存测试要求无气体产生、不漏液，电池容量降低量小于2%新做电池测试方法：充满电电池储存在温度为85烘箱中48小时将充满电的电池储存在温度为90的烘箱中4小时p 高湿贮存测试要求无气体产生、不漏液新做电池充满电电池储存在温度为60、相对湿度为90%的环境中30天p 高原模拟测试要求不爆炸、不燃烧、不漏液充满电池将电池放在大气压强为11.6KPa的环境中6小时p 温度循环测试要求不爆炸、不燃烧、不漏液p 焚烧p 油浴p 微波加热p 耐菌性19锂离子电池初识及特点锂离子电池初识及特点锂离子电池组成的四要素锂离子电池组成的四要素锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理锂离子电池的安全性测试锂离子电池的安

10、全性测试锂离子电池为什么要保护？锂离子电池为什么要保护？锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料锂离子电池厂家介绍锂离子电池厂家介绍记忆效应的解释记忆效应的解释20p 锂离子电池的负极主要是碳或石墨，它能储存及释放锂离子。一旦过充电发生，锂离子变成锂金属沉积在碳或石墨表面。因为锂金属非常活泼，任何冲击或其它原因都能导致其燃烧；p 锂离子电池的电解液为易燃的有机物。因此，一旦错误充电导致过充电电压出现，在电压达到4.7V以上时，锂离子电池将过度发热，甚至燃烧；p 过充电会使正极材料结构发生变化，使材料具有很强的氧化性，可能将电解液中溶剂氧化，过程不可逆，热量积累会引发热失控。p 电池电压平台高，即能

11、量密度很高，如果发生热失控，放出的热量相对较高。为何锂离子电池保护更关键？为何锂离子电池保护更关键？21p 保护锂离子电池的作用1、防止过充电电压2、防止放电超过限定值3、防止过电流4、短路保护5、防止电池温度过高6、防止电池内部压力的升高22锂离子电池初识及特点锂离子电池初识及特点锂离子电池组成的四要素锂离子电池组成的四要素锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理锂离子电池的安全性测试锂离子电池的安全性测试锂离子电池为什么要保护？锂离子电池为什么要保护？锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料锂离子电池厂家介绍锂离子电池厂家介绍记忆效应的解释记忆效应的解释23p 正极材料也叫嵌锂化合物，在充电时

12、，Li+从正极脱出，嵌入负极。放电时，Li+从负极脱出，插入正极材料中。即在充放电过程中，Li+在正负极间嵌入脱出往复运动犹如来回摆动的摇椅或往复运动的羽毛球。p 根据工作原理，正极材料在性质上一般应满足：p 在要求的充放电电位范围，与电解质溶液具有相容性；p 温和的电极过程动力学；p 高度可逆性；p 在全锂化状态下稳定性好。p 结构具有以下特点：p 层状或隧道结构，以利于锂离子的脱嵌，且在锂离子脱嵌时无结构上的变化，以保证电极具有良好的可逆性能；p 锂离子在其中的嵌入和脱出量大，电极有较高的容量，并且锂离子嵌脱时，电极反应的自由能变化不大，以保证电池充放电电压平稳；p 锂离子在其中应有较大的

13、扩散系数，以使电池有良好的快速充放电性能；p 正极材料研究的热点主要集中在层状LiMO2和尖晶石型LiM2O4结构的化合物（M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属离子）。市面上较为常见的是锂钴(LiCoO2)、锂镍(LiNiO2) 及锂锰(LiMn204)三种。正极材料正极材料24p 锂钴电池p 类似-NaFeO2的层状结构。理论容量为274mAh/g，实际可逆容量约为：120150 mAh/g。p 能够大电流放电，并且其放电电压高，放电平稳，循环寿命长，比容量偏低。p 锂钴氧化物最为普遍且制造容易，但是原料蕴藏量最少，价格最贵。p 最早用于商品化的锂离子蓄电池的正极材料，也是目前广泛应用于小型便

14、携式电子设备（移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等）的正极材料。p 在实际应用中，该材料电化学性能优异，热稳定性好；在过充电条件下，由于锂含量的减少和金属离子氧化水平的升高，材料的稳定性降低。正极材料知识正极材料知识25p 锂镍电池p 2D层状结构，与锂钴极相似。理论容量为274mAh/g，实际可逆容量约为：190210 mAh/g。p 比能量高，安全性一直无法寻得适当的解决。大电流充放能力差、稳定性差，存在安全隐患。p 自放电率低，没有环境污染，对电解液的要求较低。p 与LiCoO2相比，从价格上看，比LiNiO2昂贵；从结构上看，两者结构相同，取代容易。p LiNiO2掺杂改性研究的很多，包

15、括Na、Ca、Mg、Al、Zn、B、F、S、Co、Mn、Ti、Cr、Cu、Fe等，其中Co的掺杂研究的较早，也较为成功，比容量达180 mAh/g。掺杂能提高LiNiO2的热稳定性及其安全性。在LiNiO2正极材料中添加Co、Mn、Ca、F等可增加其稳定性，提高充放电容量和循环寿命。p LiNi0.8Co0.2O2（镍钴固熔体），为层状结构，比容量：180至190 mAh/g，循环性能好，结构稳定，是最具有应用前景的正极材料。锂镍材料锂镍材料26p 锂锰电池p 尖晶石型结构和层状结构。理论容量283mAh/g，实际可逆容量160190 mAh/g，最有希望取代锂钴氧化物的正极活性物质。p 耐过

16、充性能及电池安全性能好 。p 价格最便宜，蕴藏量也最丰富。p 需克服较低的能量密度及高温之热稳定性两个问题。结构不稳定：即在放电低于某一电压后，其嵌锂容量大大降低，且不可逆容量增加。Li-Mn-O2元素能形成多种化合物，不同条件下可相互转化,这也是导致锂锰氧化物在充放电过程中结构晶型易变、容量衰减快的原因之一。如何保持锂锰氧化物的结构稳定性成为当今锂离子电池研究与开发的热点。p 其中，最有希望的解决办法是在锂锰氧化物中掺杂其他金属离子。LiMn2O4是最具有发展潜力的锂离子电池正极材料之一。p 改善LiMn2O4的循环性：A、掺杂金属离子如Cr、Al、Ni等-LiMn2-xMxO2B、合成富锂

17、的锰锂氧化物Li1+Mn2-O4 p 尖晶石锰系材料虽然价格低廉，但比容量太低，因此在小型商品化锂离子电池中很难获得应用，但可能在更注意成本及安全性考虑的动力电池中应用。p 层状LiMnO2的循环性较差 ，嵌锂电位偏低，其应用前景并不乐观。 锂锰材料锂锰材料27p 嵌锂磷酸盐电池 p 橄榄石型结构，其平均放电电压：约3.4V，比容量：约130 mAh/g（理论比容量170 mAh/g）。p 循环性能较好，突出的优点是廉价，存在的问题是大电流放电能力差，放电电压平台偏低。热性能很好。p 由于电导率低，因此低温下性能较差。p LiFePO4原料来源、成本、环保及其化学稳定性都令人满意。被认为是下一

18、代锂离子电池中极有希望的候选材料。但是LiFePO4（受本身容量的限制）不大可能取代Li CoO2作为高容量小型电池的正极材料。p 生产工艺有待提高。 磷酸盐材料磷酸盐材料28p 纳米正极材料纳米正极材料p 已有纳米结晶尖晶石LiMn2O4、钡镁锰矿型MnO2纳米纤维、聚吡咯包覆尖晶石型LiMn2O4纳米管、聚吡咯V2O5纳米复合材料，其高空隙率为锂离子的嵌入与脱出和有机溶剂分子的迁移提供了足够的空间。p 共混电极共混电极p 部分取代镍共混电极LiNi1-xMxO2（0 x1，M为Co、Al、Mn、Fe、V、Ti等）具有层状结构。以LiNi1-xCoxO2为正极材料，电池的比容量将大幅度提高。

19、所以LiNi1-xCoxO2将LiCoO2和LiNiO2的优点结合在了一起，应用前景广泛。提高LiNi1-xCoxO2的工作电压，改善其循环性能，提高材料的耐过充稳定性和热稳定性是其商品化应用的关键。p 部分取代锰共混电极由于锂钴氧化物和锂锰氧化物在电极反应时收缩和膨胀情况正好相反，因此将两者制成共混电极可达到性能互补的目的，从而提高电极的可逆性。掺钴有助于改善电极的循环性能。p 三元供混电极Li(NiCoAl)O2、Li(NiMnCo)O2 其它正极材料其它正极材料29p 钒氧化物钒氧化物V2O5正极能提供高工作电压。通过添加少量过渡金属氧化物，如Fe2O3、NiO、Co2O3等，在首次充放

20、电后可改善V2O5的晶格结构，提高可逆性，减少容量衰减，比容量最高可达334mAhg。但目前尚没有达到高可逆性和高比容量的统一。以V2O5和Li2CO3为原料，得到富锂的钒氧化物(Li6V5O15)，比容量达340mAhg，有很好的嵌入和脱出锂离子的能力。p 其他层状化合物其他层状化合物锂离子电池的基本反应原理是锂离子在正、负极层间化合物之间的嵌入和脱出。基于这一思想，除了已有较多研究的过渡金属氧化物和过渡金属二硫化物以外，其他的层状化合物也得到了应用。经过苯胺改性后的氧基氯化铁(FeOCl)具有较高的放电平台，能够大电流放电，有望为锂离子电池的正极材料。但放电电压尚不够理想。具有层状结构的化

21、合物-Sn-（HPO4）作为锂离子电池正极材料的探索也在进行。其它正极材料其它正极材料30锂离子电池初识及特点锂离子电池初识及特点锂离子电池组成的四要素锂离子电池组成的四要素锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理锂离子电池的安全性测试锂离子电池的安全性测试锂离子电池为什么要保护？锂离子电池为什么要保护？锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料锂离子电池厂家介绍锂离子电池厂家介绍记忆效应的解释记忆效应的解释31p 苏州星恒1999年 手机电池材料 钴酸锂2004年 电动自行车电池 锰酸锂 2007年 汽车电池 磷酸铁锂p 北京盟固利从事新型复合金属氧化物材料和锂离子动力电池的生产。销售钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂正极材料和大容量锂离子动力电池公交大巴p 厦门中桥曾经和杭州万向集团电动汽车开发中心共同开发HEV、EV用锂