动力电池发展现状与趋势ppt课件

1、动力电池国内外开展现状与趋势曹际娜.开展机遇与政府规划.由于世界各地汽车产业的蓬勃开展，石油资源曾经表现了供应缺乏、价钱高涨的景象，国际能源构造也因此发生了艰苦变化，能源需求大幅度添加。世界能源需求量不断增大.减少对石油的依赖程度及环保要求目前我国原油消费60用于交通，如何降低交通用油有重要意义。2021年我国石油对外依存度提高2.5个百分点，已到达53%。开展锂电池新能源运用势在必行。燃油汽车污染严重，开展电动清洁汽车，是维护环境的必然要求中国石油总需求供需缺口污染全球变暖.开展中国家兴隆国家 .交通开展战略.动力电池.电池电池是一种能量转化安装，充电时，电能转化为化学能储存起来，放电时，化

2、学能转化为电能。一次电池，电池的反响是不可逆的；二次电池，电池的反响可逆，可以多次反复充放电.水果电池组成电池的三种主要成分：正极、负极、电解液正负极不能直接接触.电池开展史.最早的电池-巴格达土瓶约公元前250公元250年.高能量密度 - High energy density 高功率性能 - Hign power density高平安性能 - Hign safety characteristics低自放电率 - Low self-discharge rate长循环寿命 - Good cycle performance快速充电才干 - Quick charge acceptance较宽的高温

3、性能 - Good performance in the wide of temperature环境友好 - Environment-friendly电池的性能要求水果电池不符合这些要求，所以不是真正的电池.电池分类 - 一次电池又称原电池，或干电池，反响不可逆或者或者可逆反响很难进展，电池放电后不能反复充电运用。.电池分类 - 二次电池二次电池：可以充放电多次反复运用的电池.主流动力电池开展史第一代第二代第三代.第一代 铅酸电池 正极：二氧化铅 负极：海绵铅 电解液：硫酸任务电压：2V.优点：原料易得，价钱相对低廉；高倍率放电性能良好；温度性能良好,可在-4060的环境下任务；适宜于浮充电运

4、用,运用寿命长,无记忆效应；废旧电池容易回收,有利于维护环境.缺陷：比能量低,普通为3040Wh/kg；运用寿命不及Cd/Ni电池；制造过程容易污染环境,必需配备三废处置设备.铅酸电池的主要优缺陷.铅酸电池的构造.第二代 镍氢电池镍氢电池以储氢合金为负极资料，氢氧化镍为正极资料，电解液是含氢氧化锂LiOH的氢氧化钾KOH水溶液。电池放电时，负极的金属氢化物被氧化生成金属合金，正极的羟基氧化镍NiOOH被复原成氢氧化镍，充电过程相反。规范电压：1.2V.镍氢电池的构造.优势与铅酸电池比，能量密度有大幅度高，分量能量密度65Wh/kg，体积能量密度都有所提高200Wh/L功率密度高，可大电流充放电

5、低温放电特性好循环寿命提高到1000次环保，无污染技术比较锂离子电池成熟缺陷正常任务温度范围-1540C，高温性能较差任务电压低，任务电压范围1.0V1.4V价钱比铅酸电池、镍镉电池贵，但是性能比锂离子电池差镍氢电池的主要优缺陷.目前市场上销售的混合动力汽车，主要以镍氢电池作为动力电源。在HEV所用的动力电池中，镍氢动力电池的技术仍是最成熟，综合性能最高的。纯电动方面，较小的比能量使得镍氢电池续航才干较低，优势不比锂离子电池。镍氢电池主要运用主要运用领域混合动力汽车.第三代 锂离子电池比能量高电压平台高循环性能好无记忆效应环保，无污染锂电池优点锂离子电池在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返

6、嵌入和脱嵌，产生了电流，该反响具有高度的可逆性，被笼统地称为“摇椅电池Rocking Chair Batteries。目前最有潜力的电动汽车动力电池.宏观-微观锂离子电池的构造.锂离子电池内部构造.锂电池本钱解析正极资料电动汽车跃动的心.正极部分层状构造资料(LiCoO2,NCM,NCA等 )尖晶石构造资料(LiMn2O4等)橄榄石构造资料(LiFePO4)一些新资料未来开展方向日韩等国家推崇三元和锰锂资料中国，美国推崇铁锂资料.磷酸铁锂资料LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+经过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+经过隔膜向正极迁移。 .优点价钱低廉，降价空间

7、大热稳定性高，平安性好循环性能好比容量高环保，无污染电导率低倍率性能差 低温性能差资料制备技术难度高困难！固有缺陷体积能量比低电压偏低3.2V，且电压平台太平.处理途径-1.外表碳包覆，提高导电率 2.优化掺杂 3.低温添加剂，改善低温性能010203040506070120130140150160Capacity (mAh/g)Cycle Number0.1C0.5C1C2C5C10C复合碳源成膜催化剂优化掺杂020406080100110120140150160130未掺杂F 掺杂Nb 掺杂Nb+F 掺杂碳包覆磷酸铁锂，2C 充放电循环.尖晶石锰酸锂资料优点：本钱低易合成任务电压高平安性能

8、好对环境无污染.衰减的缘由：Mn3+的溶解，2Mn3+Mn2+Mn4+构造不稳定：Jahn-Teller反响立方相变成四方相LiPF6 + H2O POF3 + LiF 4H+ + 2 LiMn3+Mn4+O42- 3-MnO2 + Mn2+ + 2H2O 性能改善措施：元素掺杂 外表修饰 纳米化高温性能差容量偏低 (约120mAh/g).三元资料LiCoNiMnO2NCMCo，+3； Ni，+2； Mn，+4；Ni为资料容量的主要来源；+2+4Co在较高电位时才干发生反响，+3+4，因此起到了稳定构造的作用；Mn坚持+4价不变，但是Mn含量偏高时易出现价态变小的趋势，出现+3价的Mn.负极部

9、分高功率硬碳资料最早运用传统石墨负极资料目前普遍Li4Ti5O12负极东芝力推未来高容量负极资料Si系列，体积膨胀是致命问题，目前只巧妙的运用于某些高容量电池，还未在动力电池领域有所运用各类负极资料市场占有率.传统石墨负极.其中国内行业前三甲是深圳贝特瑞，上海杉杉，长沙海容。深圳贝特瑞是中国宝安集团控股的子公司，是国内电池碳负极资料规范制定者，全球市场位居全球第四。石墨负极本钱低技术成熟国内已实现产业化全球负极厂家市场占有率.Li4Ti5O12最初作为超导资料被和正极资料被研讨；1996年，加拿大K.Zaghib初次提出作为锂电池负极资料运用能够实际容量175mAh/g,1.5V vs. Li

10、/Li+零应变资料，循环性能及倍率性能好零应变资料.隔膜锂离子电池隔膜特性要求电子绝缘；较小的离子阻抗；一定的机械强度；耐受电液，电极资料的腐蚀；阻止两电极间的杂质的迁移；具有电液浸润性；资料质量的稳定性.放电过程隔膜作用表示图隔膜的shutdown功能表示图不同材质隔膜的DSC测试数据隔膜PPPEPP/PE/PP.湿法干法.全球隔膜消费分布由于隔膜消费较高的技术门槛，全球锂离子电池隔膜主要集中在日本和美国，其中日本旭化成Asahi Kasei E Materials、美国 Celgard 和日本东燃Tonen合计占据了 77市场份额。我国消费电池隔膜的厚度和孔径的均匀度和国外还存在较大差距，

11、国内所需的隔膜 80仍由进口满足，现有消费设备为低本钱的单层聚烯烃拉伸隔膜消费线，主要供应中、低端市场，.电解液能较好的溶解电解质盐，即有较高的介电常数；应有较好的流动性，即低黏度对电池的其他组件应该是惰性的，尤其是充电形状下的正负极外表；在很宽的温度范围内坚持液态，熔点要低，沸点要高平安性要好，即闪电要高，无毒锂离子电池电解液特性要求.电解液组成表示图.通常电解液溶剂为混合溶剂，碳酸乙烯酯EC凭仗优良的成膜作用，成为绝大多数电解液的主成分，目前锂电池运用的主要溶剂为 EC 为根底的二元或者三元混合溶剂，如EC+DMC, EC+DEC, EC+DMC+EMC.LiPF6作为电解质，对纯度要求特

12、别高，对金属如 Na、K、Fe 等、酸根、氢氟酸HF及 H2O 含量要求在 10-5质量分数以下所以合成难度大，目前LiPF6的合成技术主要掌握在日本企业中。电解质.抽真空封装后成为单体电池卷好的负正负极片电解液正极片隔膜负极片正极资料铝箔负极资料铜箔涂覆涂覆卷绕注入电池外外壳里放入电池外外壳里锂电芯cell消费流程图电芯预化成化成老化分容配组串并联接modulepackcellpack消费流程简图.锂电芯cell全自动消费线图.常用锂电池分类层状资料(LiCoO2,NCM,NCA等 ) 钴锂电池，三元电池等尖晶石资料(LiMn2O4等) 锰锂电池橄榄石资料(LiFePO4等) 铁锂电池 按正

13、负极叠加方式来分卷绕电池叠片电池 .按外形来分圆形电池方形电池其他外形电池.按电解质形状分.常用测试分析手段充放电循环高低温冲击高温高湿实验箱机械冲击测试.过充短路针刺热箱挤压.跌落实验机熄灭实验机盐喷雾重物冲击测试其他测试：电池旋转测试盐水浸润测试等静电测试.其他动力与储能电池超级电容器活性碳电极资料具有1200m2/g，电解液与多孔电极间的界面间隔不到1nm，超级电容器电容值可以非常大。大多数超级电容器可以做到法拉级，普通其电容值范围为15000F!.优势：优势：能量密度太低，仅1-10Wh/kg功率密度高，充电时间短。超级电容的主要优缺陷大多作为辅助电源，主要作为快速启动安装和能量制动回

14、收安装超级电容续航里程太短，不能作为电动汽车主流电源。运用领域.潜在动力与储能电池燃料电池燃料电池 储能本质-发电厂 将燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能。1碱性燃料电池AFC2磷酸型燃料电池PAFC3熔融碳酸盐燃料电池MCFC4固体氧化物燃料电池SOFC5质子交换膜燃料电池PEMFC燃料电池分类按电解质不同. 能量转换效率高； 环保，污染低燃料运用范围广； 规模及安装地点灵敏负荷呼应快，运转质量高.潜在动力与储能电池钠硫电池 正极：液态硫和多硫化钠熔盐液态 负极：熔融金属钠液态-填充在导电的多孔碳或石墨毡里 电解质兼隔膜：Al2O3陶瓷资料固态.钠硫电池充放电机理.高比能量实际760wh/

15、kg；实践390wh/kg高功率放电电流密度可达200300mA/cm2)充电速度快满充30min长寿命15年；或2500 4500次无污染，可回收Na，S回收率近100%无自放电景象，能量转化率高 优势：缺乏：任务温度高，其任务温度在300350度，电池任务时需求一定的加热保温；启动慢价钱昂贵，万元/每度平安性差日本蓄电站9月21日-10月5日大火.钠硫电池的运用运用范围主要作为储能电池电站负荷调平(即起削峰平谷作用UPS应急电源不延续电源储能优势电动汽车挪动电源优势钠硫电池有着高能量高功率的优势，在储能电源方面有很大优势，但作为电动汽车用或其他挪动电源，因没有完全处理平安可靠性问题，不能显

16、示其优越性。.潜在动力与储能电池液流电池钒电池液流电池普通称为氧化复原液流电池，正负极全运用钒盐溶液的称为全钒液流电池,简称钒电池.开路电压：1.5V荷电100%.主要运用在储能领域.研发费用大资料要求高比能量低工程周期长运转窍门多日本“新阳光方案美国“DOE工程方案欧洲“能源框架方案中国863方案.潜在动力与储能电池锂空气电池负极：锂正极：空气电解液：LiOH溶液开路电压：2.91V实际比能量为11140Wh/kg4Li+2H2O+O2 4LiOH负极采用金属锂条，负极的电解液采用含有锂盐的有机电解液。中间设有用于隔开正极和负极的锂离子固体电解质膜。正极电解液运用碱性水溶性凝胶，与由微细化碳

17、和廉价氧化物催化剂构成的正极组合.致命缺陷固体反响生成物氧化锂Li2O会在正极堆积，使电解液与空气的接触被阻断，从而导致放电停顿。在负极金属锂一侧运用有机电解液，在正极空气一侧运用水性电解液。在两种电解液之间设置只需锂离子穿过的固体电解质膜，将两者隔开。这样便可防止电解液混合，并促进电池发生反响。科学家以为，锂空气电池的性能是锂离子电池的10倍，可以提供与汽油同等的能量。锂空气电池从空气中吸收氧气充电，因此这种电池可以更小、更轻。全球不少实验室都在研讨这种技术，但假设没有艰苦突破，要想实现商用能够还需求10年. 锂硫电池电池是一类极具开展前景的高容量储能体系。以硫或含硫化合物为正极，锂或储锂资料为负