锂离子电池资料积累

1、学习资料积累电池的分类电池的分类镍铬电池镍铬电池镍氢电池镍氢电池铅酸电池铅酸电池锂离子电池锂离子电池锂电池分类锂电池分类锂一次电池的发展锂一次电池的发展锂离子电池的产生锂离子电池的产生锂离子电池的发展史锂离子电池的发展史I Kuribayashi和A.Yoshino首先开发了一种使用嵌入式碳负极和LiCoO2正极的星星电池，并发表专利1990年由日本SONY公司成功商品化1991年圆形锂离子电池上市（SONY）1995年方形锂离子电池上市（GS、ATB）1997年方形铝罐锂离子电池上市（Sanyo）1999年被日本人称为是高分子锂电池的元年2004年动力工具锂离子动力电池上市锂离子电池与锂电池

2、的区别锂离子电池与锂电池的区别 早期的锂离子电池（Li-ion Batteries）是锂电池发展而来。以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰获亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后即有电压，不需充电。这种电池也可以充电，但循环性能不好，在充放电循环过程中，容易形成锂结晶，造成电池内部短路，所以一般情况下这种电池禁止充电。 锂离子电池后来，日本索尼公司发明了以碳材料为负极、以含锂的化合物为正后来，日本索尼公司发明了以碳材料为负极、以含锂的化合物为正极的锂电池，在放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就极的锂电池，在放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池

3、。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时，嵌在负锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高电容量越高。摇

4、椅式电池摇椅式电池 20世纪80年代初，M.B.Armond首次提出用嵌锂化合物代替二次锂电池中金属锂负极的构想。在新的系统中，正极和负极材料均采用锂离子嵌入/脱嵌材料。 当对电池进行充电时，正极的含锂化合物有锂离子脱出，锂离子经过电解液运动到负极。负极的碳材料呈层状结构，它有很多微孔，当达负极的锂离子嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，冲低昂容量越高。当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。通常所说的电池容量指的就是放电容量。ArmandArmand教授是锂离子电池的奠基人之一，是国际学教授是锂离子电池的奠基人之一，是国际学术界和产业

5、界公认的、在电池领域具有原始创新成术界和产业界公认的、在电池领域具有原始创新成果的电池专家。果的电池专家。ArmandArmand教授的主要原创性学术贡献教授的主要原创性学术贡献有：有：1.1. 19771977年，首次发现并听出石墨嵌锂化合物作为年，首次发现并听出石墨嵌锂化合物作为二次电池的正极材料。在此基础上，与二次电池的正极材料。在此基础上，与19801980年年首次提出首次提出“摇椅式电池摇椅式电池”（Rocking Chair Rocking Chair BatteryBattery）概念，成功解决了锂负极材料的安全）概念，成功解决了锂负极材料的安全性问题。性问题。2.2. 1978

6、1978年，首次提出了高分子固体电解质应用于年，首次提出了高分子固体电解质应用于锂电池。锂电池。3.3. 19961996年，提出离子液体电解质材料应用于染料年，提出离子液体电解质材料应用于染料敏化太阳能电池。敏化太阳能电池。4.4. 提出提出了碳包覆解决磷酸铁锂正极材料的导电性了碳包覆解决磷酸铁锂正极材料的导电性问题，为动力电池及电动汽车的产业化奠定了问题，为动力电池及电动汽车的产业化奠定了基础。基础。锂离子电池的商品化锂离子电池的商品化 1990年日本SONY公司正式推出LiCoO2/石墨这种锂离子电池，该电池成功的利用能可逆脱嵌锂的碳材料替代金属锂作为负极，克服了锂二次电池循环寿命低、安

7、全性差的缺点，锂离子电池得以商品化。标志着电池工业的一次革命。锂离子电池的特点锂离子电池的特点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工作原理锂离子电池的工作原理锂离子电池工作原理锂离子电池工作原理锂离子电池的优缺点锂离子电池的优缺点优点高电压（高电压（3.6V），减少串联，增加），减少串联，增加可靠度可靠度能量密度高能量密度高自放电小自放电小高放电能力及可快速充电高放电能力及可快速充电高温性能优良（高温性能优良（50-60oC）（镍铬）（镍铬电池的致命伤）电池的致命伤）无记忆效应无记忆效应缺点价格较高价格较高电池对电压敏感度高，需要保护电电池对电压敏感度高，需要保护电路保护路保护

8、锂离子电池的形状锂离子电池的形状圆形电池方形电池高分子电池铝罐电池圆形电池的结构圆形电池的结构方形电池的结构方形电池的结构锂离子电池的组成及材料锂离子电池的组成及材料锂锂离离子子电电池池正极含锂的金属氧化物导电基材:Al(+)、Cu(-)粘结剂：PVDF，SBR/CMC助导剂：Carbon black负极吸收锂的材料：石墨、碳纤维、特殊金属电解液Carbonate solvent：EC/DEC/PC/DMC/EMCSalt：LiPF6、LiBF4隔膜PE，PP，PP/PE/PP其他材料绝缘材料、罐体材料（Fe/Al）、保护元件PTC锂离子电池原理探讨锂离子电池原理探讨 锂离子电池的充电过程分为

9、两个阶段：恒流快充阶段（指示灯呈红色）和恒压电流递减阶段（指示灯呈黄色）。 锂离子电池过度充放电会对正负极造成永久性损伤。过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷，而塌陷会造成充电过程中锂离子无法插入；过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构，而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。 锂离子电池保持性能最佳的充放电方式为浅充浅放。锂离子电池性能参数指标锂离子电池性能参数指标 电池内阻电池内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。电池内阻是衡量电池性能的

10、一个重要参数。 电池容量电池的容量有额定容量和实际容量之分。锂离子电池规定在常温、恒流（1C）、恒压（4.2V）控制的充电条件下，充电3h、再以0.2C放电至2.75V时，所放出的电流为其额定容量。电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。 开路电压是指在非工作状态下即电路中无电流流过时，电池正负极之间的电势差。一般情况下，锂离子电池充满电后开路电压为4.14.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右。通过对电池的开路电压的检测，可以判断电池的荷电状态。 工作电压又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流流过

11、时电池正负极之间的电势差。电池放电工作状态下，电流流过电池内部时，需克服电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。锂离子电池的放电工作电压在3.6V左右。 放电平台时间放电平台时间是指在电池满电情况下放电至某电压的放电时间。例如对某三元电池测量其3.6V的放电平台时间，以恒压充到电压为4.2V，并且充电电流小于0.02C时停止充电即充满电后，然后搁置10分钟，在任何倍率的放电电流下放电至3.6V时的放电时时间即为该电流下的放电平台时间。因某些使用锂离子电池的用电器的工作电压豆油电压要求，如果低于要求值，则会出现无法工作的情况。所以放电平台是衡量电池性能好坏的重要标准之

12、一。 充放电倍率充放电倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，1C在数值上等于电池额定容量，通常以字母C表示。如电池的标称额定容量为10Ah，则10A为1C（1倍率），5A则为0.5C，100A为10C，以此类推。 自放电率自放电率又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。主要受电池的制造工艺、材料、储存条件等因素的影响。是衡量电池性能的重要参数。 充电效率和放电效率充电效率是指电池在充电过程中所消耗的电能转化为电池所能储存的化学能程度的量度。主要受电池工艺、配方及电池的工作环境温度影响，一般环境温度越高，则充电效率要低。放电效率是指在一

13、定的放电条件下放电至终点电压所放出的实际电量与电池的额定容量之比，主要受放电倍率、环境温度、内阻等因素影响，一般情况下，放电倍率越高，则放电效率越低。温度越低放电效率越低。 循环寿命电池循环寿命是指电池容量下降到某一规定的值时，电池在某一充放电制度下所经历的充放电次数。锂离子电池GB规定，1C条件下电池循环500次后容量保持率在60%以上。锂离子电池类型锂离子电池类型圆柱形锂离子电池（圆柱形锂离子电池（Cylindrical Li-ion Battery）方方形锂离子电池（形锂离子电池（Prismatic Li-ion Battery）纽扣纽扣锂离子电池（锂离子电池（Coin Li-ion B

14、attery）薄膜薄膜锂离子电池（锂离子电池（Thin Film Li-ion Battery）锂锂离子电池的主要组成部分离子电池的主要组成部分锂离子电池主要组分常见材料锂离子电池主要组分常见材料正极材料理论电容量的计算正极材料理论电容量的计算1 mol正极材料Li离子完全脱嵌时转移的电量为96500C（96500C/mol是法拉第常数）有单位知mAh/g指每克电极材料理论上放出的电量：1 mAh=1*10-3安培*3600秒=3.6C以磷酸铁锂电池为例：LiFePO4的分子量是157.756g/mol，所以它的理论电容量是96500/157.756/3.6=170 mAh/g常见正极材料及其

15、性能比较常见正极材料及其性能比较未来锂离子电池正极材料的发展方向未来锂离子电池正极材料的发展方向在动力电池领域，锰酸锂和磷酸铁锂是最有前途的正极材料。二者相对钴酸理有更强的价格优势，具有优秀的热稳定性和安全性。在通讯电池领域，三元复合材料和镍酸锂是最有可能成为替代钴酸理的正极材料。三元相对钴酸理具有比价优势和更高的安全性，而镍酸锂容量更高。LiFeO4的出现的出现John B. GoodenoughLiFeO4固相合成法固相合成法共沉淀法共沉淀法微波合成法微波合成法溶胶凝胶法溶胶凝胶法水热合成法水热合成法溶剂热法溶剂热法模板法模板法碳包覆碳包覆提高比表面积提高比表面积LiFeO4最新研究进展最新研究进展锂离子电池负极材料锂离子电池负极材料负极材料分类比较负极材料分类比较锂离子电池电解液锂离子电池电解液锂电池电解液添加剂种类锂电池电解液添加剂种类锂离子电池电解质材料锂离子电池电解质材料锂电池中的关键内层组件锂电池中的关键内层组件隔膜隔膜隔膜的性能及其对电池性能的影响隔膜的性能及其对电池性能的影响锂电