PX-0002-锂离子动力电池简介

1、1锂离子动力电池简介2目目 录录一一锂电池锂电池基础基础知识知识二二锂离子动力电池类型及特性锂离子动力电池类型及特性三三锂离子动力电池的应用锂离子动力电池的应用3一、锂电池基础知识一、锂电池基础知识1.1.电池基本概念电池基本概念电压(V)： 开路电压：指电池在没有连接外电路或者外负载时的电压。开路电压与电池的剩余能量有一定的联系，电量显示就是利用这个原理。一般情况下锂离子电池充满电后开路电压为4.1-4.2V，放电后开路电压为3.0V，通过对电池开路电压的检测，可以判断电池的荷电状态。 工作电压：是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过

2、电池内部时，必须克服内阻的阻力，故工作电压总是低于开路电压。 放电截止电压：指电池充满电后进行放电，放完电时达到的电压（若继续放电，则为过度放电，对电池的寿命和性能有损伤)。 充电限制电压：充电过程中由恒流变为恒压充电的电压。4一、锂电池基础知识一、锂电池基础知识2.电池容量（Ah） 定义：电池容量是指电池所能够存储的电量是多少，容量是电池电性能的重要指标，它是由电极的活性物质决定。 容量用C表示，单位用Ah（安时)或mAh（毫安时）表示。 公式：C=It，即电池容量（Ah）=电流（A）*放电时间（h）。 容量为10安时的电池，以5安培可放电2小时，以10安培可放电1小时。 电池的实际容量主要

3、取决于以下几个因素：活性物质的数量、质量；活性物质的利用率。3.电池能量（Wh）： 定义：指电池储存的能量的多少，用Wh来表示 公式：能量（Wh）=额定电压（V）*工作电流（A）*工作时间（h）。 如：2.5V15Ah单体电芯的能量为48Wh，3.2V100Ah电池组的能量为320Wh，电池能量是衡量电池 带动设备做工的重要指标，容量不能决定做工的多少。5一、锂电池基础知识一、锂电池基础知识比能量(wh/kg)：单位质量的电极材料放出电能的大小，它标志着纯电动模式下电动汽车的续航能力。比功率密度(wh/l)： 燃料电池所能输出的最大功率除以整个燃料电池的重量或体积，用来描述电池在瞬间能放出较大

4、能量的能力。比功率(w/kg)：单位质量的电池所能提供的功率，用来判断电动汽车的加速性能和最高车速，直接影响电动汽车的动力性能如一节锂电池重325g，额定电压为3.7V，容量为10Ah，则其比能量为113Wh/kg,下表为理论值，在实际应用情况中需要考虑动力电池结构中的壳体、零件等各方面因素。目前锂电池的能量密度是镍镉和镍氢电池的3和1.5倍，能量密度的高低是由材料密度与结构决定的。铅酸电池镍镉电池镍氢电池锂电池比能量(Wh/kg)30-5050-6060-70130-150比功率密度(Wh/l)50-80130-150190-200300-4006一、锂电池基础知识一、锂电池基础知识放电倍率

5、（A）：放电倍率是指在规定时间内放出其额定容量（C）时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。以10Ah电池为例：以2A放电，则放电倍率为0.2C，以20A放电，则放电倍率为2C充电方式CC/CV :CC即恒流，以固定的电流对电池充电；CV即恒压，以固定的电压对电池充电，充电电流会随着电池逐渐下降。涓流充电:指以小于0.1C电流对电池充电，一般在电池接近满电时，进行补充充电时使用，若电池对充电时间没有严格要求的话，建议采用涓流充电方式充电。充、放电深度（SOC DOD）电池保有容量数值的表示方法。充、放电深度以百分比率来表示，如：容量为10Ah的电池放电后容量变为2Ah，可以称为80

6、%DOD；容量为10Ah的电池，充电后容量为8Ah，80%SOC。形容满充满放，通常称为100%DOD。7一、锂电池基础知识一、锂电池基础知识内阻：电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部受到的阻力。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。电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻是由电极材料、电解液、隔膜内阻及各部分零件的接触电阻组成，极化内阻包括电化学极化与浓差极化引起的内阻。自放电率（%/月）：电池在储存过程中，容量会逐渐下降，其减少的容量与电池容量的比例，称为自放电率。电池组的一致性：由多个单体电芯串联、并联在一起就组成了电池组。电池组的整体性能和寿命取决于其中一个

7、性能较差的电芯，这就要求电池组中每个电芯性能的一致性要高。除了单体电芯本身性能的误差和原材料质量的好坏，最主要原因是制造工艺，工艺的改进对提高电池的质量非常重要。8二二、锂离子电池类型及特性、锂离子电池类型及特性1.1.锂离子电池类型锂离子电池类型锂离子电池锂离子电池：是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。锂离子动力电池是20世纪开发成功的新型高能电池。因其具有能量高、

8、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，现已在电动汽车上广泛使用。一般由正极、隔膜、负极、有机电解液、电池外壳几个部分构成。1.按照外形形状可分为：方形锂离子电池和圆柱形锂离子电池2.按照正极材料的不同:主要分为锰酸锂离子电池、磷酸铁锂离子电池、钴酸锂离子电池和三元材料等9二、锂离子动力电池类型及特性二、锂离子动力电池类型及特性方形锂离子电池圆柱形锂离子电池（18650）10二、锂二、锂离子动力电池类型及特性离子动力电池类型及特性2.2.锂离子动力电池特点锂离子动力电池特点 锂离子电池具有以下特点：1.电压高锂离子电池单体电压是是镍镉电池,镍氢电池的3倍，铅酸电池的近2倍，这也是锂离子动

9、力电池比能量高的一个重要原因。因此小型锂离子动力电池组成相同电压的动力电池组时，锂离子动力电池使用的串联数目会大大少于铅酸电池和镍氢电池。例如36V 的锂电只需要10个单体，而36V铅酸电池需要18个单体电池，即3只12V的电池组，而每只12V的铅酸电池有六个单格即六个单体电池组成。2.重量轻比能量大，高达150Wh/Kg,是镍氢电池的2倍，铅酸电池的4倍, 因此重量是相同能量的铅酸电池的三分之一到四分之一，能量一定时，电池重量更低，延长电动汽车的续驶里程。11二二、锂离子动力电池类型及特性锂离子动力电池类型及特性 3.寿命长循环次数可达10003000次。以容量保持70%计，电池组100%充

10、放电循环次数可以达到200次以上，使用年限可达58年,寿命约为铅酸电池的两到三倍。随着技术的革新，设备的提高，电池的寿命会越来越长，性价比会越来越高。 自放电率低，每月不到5%。4.范围宽低温性能好，锂离子动力电池可在-40+55之间工作，而水溶液电池(比如铅酸电池、镍氢电池)在低温时，由于电解液流动性变差会导致性能大大降低。5.无记忆所以每次充电前不必像镍镉电池、镍氢电池一样需要放电，可以随时随地的进行充电。电池充放电深度，对电池的寿命影响不大，可以全充全放，我们循环测试就是全充全放的。6.价格高相同电压和相同容量的锂离子动力电池价格是铅酸的3-4倍。随着锂离子动力电池市场的扩大，成本的降低

11、，性能的提高，以及铅酸电池价格的提高，锂离子动力电池的性价比是有可能超过铅酸电池的。12二二、锂离子动力电池类型及特性、锂离子动力电池类型及特性2 2. .锂离子动力电池各自特性锂离子动力电池各自特性钴酸锂的性能：材料的加工性能很好，密度高，比容量相对较高，材料的结构稳定，循环性能好，材料的电压平台较高且比较稳定，是目前最成熟，也是唯一商业化的正极材料，在短时间内，特别是在通讯电池领域还有不可取代的优势。但是其存在的价格昂贵、容量几乎发挥到了极限、资源紧缺、安全性差等缺陷。磷酸铁锂的性能：其低廉的价格，较高的安全性能，较好的结构稳定性，单体电压为3.2V，优越的循环性能使得其作为动力电池和备用

12、电源领域有广阔的应用前景。但是存在振实密度低，体积比容量低，电导率低，低温放电性能差，倍率放电差等问题。磷酸铁锂电池具有较安全、稳定性高、环保、 原料无毒、价格便宜等优势，但也存在导电性差、密度较低等问题。随着近些年来的研究，导电性的缺陷已经通过添加导电剂等方式解决，但是体积较大的问题还没 有很好的解决方案。13二、锂离子动力电池二、锂离子动力电池类型类型及应用及应用1、锂离子动力电池分类名称名称理论容量理论容量（mAh/g）实际容量实际容量（mAh/g）工作电压工作电压（V）安全性能安全性能成本成本钴 酸 锂钴 酸 锂电池电池2741401553.7一般高镍 酸 锂镍 酸 锂电池电池2741

13、902102.54.2差居中锰 酸 锂锰 酸 锂电池电池1489012034好低磷 铁 酸磷 铁 酸锂电池锂电池1701201603.2很好低表表2 2 钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍酸锂电池和磷酸铁锂电池的性能比较钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍酸锂电池和磷酸铁锂电池的性能比较三元锂：是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。比能量高，但安全性相比锰酸锂有所下降。低温特性及一致性较好。锰酸锂的性能：较高的安全性，低廉的价格。但是其较低的比容量，较差的循环性能，特别是高温循环性能使得其应用受到了较大的限制14三三、锂离子动力电池的应用、锂离子动力电池的应用当前国内电动车电池技术主

14、要的材料为磷酸铁锂和三元锂电池。纵观国内新能源汽车的技术路线，目前绝大部分以“磷酸铁锂”为主，比如江淮的iEV4、比亚迪E6/秦、华晨宝马芝诺、比亚迪戴姆勒的腾势，均选择了磷酸铁锂这一技术路线。市场上三类主流动力电池信息磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池应用车型：比亚迪应用车型：比亚迪E6比亚迪e6是目前国产电动汽车中续航里程最长的车型，搭载63kWh磷酸铁锂电池，续航里程300km。放电效率较高，倍率放电情况下充放电效率可达到90%以上，磷酸铁锂电池的安全性也很好，可以在390以内的高温下保持稳定，保证了电池内在的高安全性，不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧，同时，磷酸铁锂电池使用寿命较

15、长。但相比于其他类型的动力电池，磷酸铁锂电池价格较高，而且电池容量较小，同样的电池容量，磷酸铁锂电池的重量更重、体积更大，严重影响了电动车的续航。另外，磷酸铁锂电池报废后基本上不能回收再利用，没有可回收价值。因此，磷酸锂铁电池在电动汽车上的应用，会使购车、用车成本有所提升，而且电池不可回收利用，一定程度上会造成资源的浪费和消耗。2.目前应用应用状况15三三、锂离子动力电池的应用、锂离子动力电池的应用三元锂电池三元锂电池应用车型：特斯拉应用车型：特斯拉ModelS 选用8142个3.4AH松下18650型三元锂电池组成的电池组，能量密度大，体积比能量较高，并且价格相对低廉。随着技术的进步，三元材

16、料结构进一步得到了优化，提高了三元电池在本身稳定程度，而陶瓷隔膜技术的应用也能帮助三元锂电池在短路发生时及时阻隔短路源，三元锂电池的安全性能也得到了一定提高。但是三元材料的脱氧温度是200，放热能量超过800J/g，并且无法通过针剌实验。这就表明了三元电池在内部短路、电池外壳损坏的情况下，很容易引发燃烧、爆炸等安全事故。另外，由于材料本身的性质，导致三元锂电池在使用寿命上相对较短，同时，由于全球全球镍、钴资源紧张，其大量应用可能导致市场价格上涨，也会增加未来的用车费用。16三三、锂离子动力电池的应用、锂离子动力电池的应用锰锰酸锂电池酸锂电池应用车型：启辰晨风应用车型：启辰晨风启辰晨风和日产聆风

17、出产于同一平台，并且使用同样的薄片型、高效能锰酸锂离子动力电池。日产之所以选择锰酸锂电池，是因为锰酸锂电池拥有较好的安全性能，而且振实密度较大，同样体积下电池中能装下更多的物质，拥有更高的电量。由于锰元素储量高，资源丰富，生产制造锰酸锂电池的成本也较低，能降低消费者的购车成本。锰酸锂电池也有自身的缺点。由于锰的本身性质不太稳定，易分解产生气体，因此多用于和其它材料混合使用，以降低电芯成本，但其循环寿命衰减较快。同时，不稳定性也会使电池本身容易发生鼓胀。另外，与其他锂离子材料相比，锰酸锂电池的耐高温性能也较差，相对寿命也会受到影响。 17三三、锂离子动力电池的应用、锂离子动力电池的应用磷酸铁锂理论