动力电池梯次利用技术 课件 1.1动力蓄电池

动力电池梯次利用技术项目一

动力蓄电池概述任务一

动力蓄电池学习目标一、知识目标1.了解动力电池的发展进程。 2.了解废旧动力电池梯次利用与资源化的意义。3.了解国家关于退役动力电池的相关政策。4.了解退役动力电池的处理方法。二、技能目标1.能正确选择退役动力电池的处理方法。2.能够对废旧电池回收的相关政策进行解读。三、素养目标1.通过了解电池的发展历史，培养学生勇于创造的科学精神。2.通过小组讨论各类电池的优缺点，培养学生辩证分析的思维能力。3.通过古迪纳夫的案例，培养学生对待工作精益求精的匠心精神。4.通过了解国内外废旧电池回收企业的发展现状，培养创新意识。5.学习完本课，引导学生树立“为中华之崛起而读书”的伟大理想。学习目标大量退役的动力电池如处置不当，既给社会带来环境和安全隐患，也会造成资源浪费，同时制约新能源汽车产业健康可持续发展。国务院高度重视新能源汽车退役动力电池回收利用，并召开专题会议进行研究部署。推动新能源汽车退役动力电池回收利用，不仅有利于保护环境和社会安全，而且能有效提高资源循环利用水平，促进我国新能源汽车产业健康发展；对于加快绿色发展、建设生态文明和美丽中国具有重要意义。你了解目前国内外废旧动力电池回收行业概况吗？任务导入目录铅酸电池01.镍氢电池02.锂离子动力电池03.燃料电池04.conents相关知识动力电池性能比较05.铅酸电池01PARTONE第一种铅酸蓄电池铅酸电池的发展历史由法国物理学家FrenchGastonPlante于1859年发明。是第一种商业化应用的可充电电池。第一种铅酸蓄电池铅酸电池的发展历史现在，铅酸蓄电池被广泛用于汽车、机车、通信后备电源和不间断电源（UPS）系统等。以往的铅酸蓄电池是开口式的富液式电池，电池不能卧式放置，电解液需要经常通过加水加酸和调整酸的密度等进行较为复杂的维护。阀控式密封铅酸蓄电池铅酸电池的发展历史1957年德国阳光公司发明了胶体电解质技术；1971年美国Gates公司发明了吸液式超细玻璃棉隔板技术解决了电池内部氧气的复合循环问题，使铅酸蓄电池实现了100多年来的密封、不漏液的梦想，开创了铅酸蓄电池发展历史上一个新的里程碑。目前，作为车载动力的铅酸蓄电池大都是阀控式密封铅酸蓄电池。铅酸电池的发展历史对于解决负极的硫酸盐化问题，国外已有公司推出超级电池和Pb-C电池的产品，高倍率放电（HRPSoC）下的循环寿命比传统铅蓄电池高出5倍以上，与镍氢电池相当，但价格只有镍氢电池的1/3。超级电池和Pb-C电池铅酸电池的发展历史

回顾铅酸蓄电池160多年（1859～2021年）的发展历史，技术进步是铅酸蓄电池能够持续发展的动力。由于不断的技术进步才使铅酸蓄电池在与其他二次电池的竞争中生存和发展。铅酸电池主要发展技术年份主要技术1881Faure研制成功涂膏式极板Swan发明了板栅代替平板铅片Sellon研制成功Pb-Sb板栅合金并沿用至今1882Ttibe和Gladstone提出了铅酸蓄电池电极反应的双极硫酸盐化理论Tudor在卢森堡建立第一个铅酸蓄电池厂1890Phillipart和Woodward发明了管式正极1935Haring和Thomas研制成功Pb-Ca板栅合金1938A.Dassler提出了气体复合原理，为密封铅酸蓄电池奠定了理论基础铅酸电池的结构铅酸电池的结构特征：①VRLA电池的内部与周围大气之间没有连续的气体交换通道；②VRLA电池不能做到完全密封，而必须要安装一个阀，甚至在正常条件下，阀也会打开释放气体。阀控式铅酸蓄电池（valveregulatedleadacidbattery），缩写为VRLA蓄电池。铅酸电池的结构铅酸电池的结构单格电池由一个正极板和一个负极板组合成极板组，在正、负极板中间插入一隔板，加入稀硫酸的电解液。由于单格电池电量有限，实际上铅酸电池都是由多个单格电池组成的。铅酸电池的结构铅酸电池的结构图为6V铅酸电池的结构。它由三个相同的单格电池组成。每个单格电池的电压为2V，用联条把3个单格串联起来，便成了一个6V铅酸电池。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。铅酸电池铅酸电池工作原理充放电反应铅酸电池最大的改良，则是新近采用高效率氧气重组技术完成水份再生，借此达到完全密封不需加水的目的，而制成的“免加水电池”其寿命可长达4年(单一极板电压2V)。铅酸电池铅酸电池工作原理阀控式密封铅酸蓄电池的氧复合原理普通蓄电池铅酸电池的分类干荷蓄电池免维护蓄电池优点：消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。特点是负极板有较高储电能力，在完全干燥状态下，能在两年内保存所得到的电量，使用时，只需加入电解液，等过20~30分钟就可使用。常用的铅酸蓄电池主要分三大类根据铅酸电池在汽车中的作用可将其分为三种起动式铅酸电池不能深度充放电，不能用于电动汽车的主电源，一般仅作为低压辅助电源使用。牵引式铅酸电池容量相对较大，可深度充放电，比能量较高，可用于电动汽车主动力电源。固定式铅酸电池容量可以做到很大，但是比能量较低，体积和质量很大，不适合车用，一般仅用于不间断电源等位置相对固定的场合。铅酸电池的分类铅酸电池的分类三类铅酸电池的性能差异类型电池容量（A·h）正极板负极板特点起动式铅酸电池5~200涂膏式涂膏式比能量高、比功率高牵引式铅酸电池40~1200管状涂膏式可深度放电固定式铅酸电池40~5000板状涂膏式比能量较低、自放电率小铅酸电池的应用

铅酸动力电池是目前使用最为广泛的动力电池，主要运用在电动两轮车、电动三轮车和微型电动汽车领域，据统计，在已经生产的电动两轮车上，使用铅酸电池的比例占98%以上。铅酸动力电池用途动力用铅酸蓄电池电动助力车辆用铅酸蓄电池用于电动两轮车、电动摩托车、高尔夫球车及电动滑板车等动力源电动道路车辆用铅酸蓄电池用于电动汽车、电动三轮车的动力源潜艇用铅酸蓄电池用于潜艇的动力源牵引用铅酸蓄电池用于叉车、电瓶车、工程车的动力源煤矿防爆特殊性电源装置用铅酸蓄电池用于煤矿车井下车辆动力源铅酸电池的应用从动力用铅蓄电池各用途占比来看，铅酸动力电池主要运用在电动两轮车、电动三轮车和电动汽车领域。动力用铅酸蓄电池各用途占比镍氢电池02PARTTWO超级电池和Pb-C电池＞＞＞＞1985年MH-Ni电池是由荷兰菲利浦公司于1985年首先研制成功20世纪60年代末发现新型功能材料——储氢合金，在一定的温度和压力下可吸放大量的氢，被人们称为“吸氢海绵”。1985年后美国Ovonic公司、日本松下、东芝、三洋等电池公司先后开发成功MH-Ni电池，并大规模商业化生产。20世纪80年代末成功研制电池用贮氢合金，1990年研制成功AA型MH-Ni电池，初期容量在900～1000mA·h镍氢电池的发展历史

随着电子、通信、电动汽车、新能源等产业的发展，MH-Ni电池的应用领域不断扩大，高容量、污染小、寿命长的绿色MH-Ni电池仍是21世纪应用最广的高能电池之一。

目前，商品化效果最好的丰田PriusHEV使用的就是MH-Ni电池，如图1-9所示。截止到2020年1月，销售量已超过1500万辆。镍氢电池镍氢电池的发展历史丰田普锐斯汽车采用的镍氢电池单元镍氢电池的结构镍氢电池结构主要由正极、负极、碱性电解质、隔膜、密封橡胶、外壳等组成。镍氢电池及其结构是一种碱性电池，镍氢电池正极材料是氢氧化镍Ni(OH)2，负极材料采用由储氢材料作为活性物质的氢化物电极，即储氢合金（MH），电解质为氢氧化钾水溶液，充放电时的电化学反应如下。镍氢电池镍氢电池的工作原理充放电反应充电的时候，正极发生Ni(OH)2-NiOOH转变，负极则发生水分解反应，合金表面吸附氢，生成氢化物。放电过程是充电过程的逆反应，即正极NiOOH转变为Ni(OH)2，负极储氢合金脱氢，在表面生成水。镍氢电池镍氢电池的工作原理镍氢电池工作原理镍氢电池的分类分类标准类型特点内部压力高压镍氢电池单体采用镍为正极，氢为负极，可以通过氢压来指示电池荷电状态，但容器需要耐高氢压。低压镍氢电池以储氢合金为负极，氢氧化镍为正极，在镍氢电池中放入具有可逆吸放氢的储氢合金，以降低氢压。外形圆柱形镍氢电池①密封蓄电池，安全性好。②比表面积大，散热用途好。③工艺比较成熟，适合大批量持续化生产。④电池外壳耐压高，使用过程中不会出现膨胀等现象。方形镍氢电池①封装可靠度高。②系统能量效率高。③相对重量轻。④能量密度较高。电池性能标准型①使用寿命应在500～1000次之间。②密封防漏，使镍氢电池成为免维护电池。③性能稳定，可以在很宽的湿度和温度范围内使用。④适用范围广：应急灯、便携电话、遥控器、玩具等，无特殊要求的移动电源几乎都可使用。高容量型（S型）由于是选用性能优异的高分子材料构成镍氢电池，因而具备高容量，该款电池重要适用于比较耗电的数码相机。高倍率型该款镍氢电池具有优异的快速充电和大电流放电性能，特别适合大电流放电的用电器具，如电动工具、大型玩具（车仔玩具、遥控飞机）等。低温和高温型低温和高温型镍氢电池分别具有优异的低温和高温工作性能，它们仅是在主电源出现故障时才进行放电，这两种镍氢电池主要应用在低温和高温环境下的指示灯、应急灯。锂离子动力电池03PARTTHREE锂离子电池的发展历史

2019年诺贝尔化学奖颁给约翰·B.古迪纳夫、M.斯坦利·威廷汉和吉野彰，以表彰他们“开发锂离子电池”的贡献。美国M.斯坦利·威廷汉：在开发首个功能性锂电池时就利用了锂的巨大动力来释放其外部电子。美国约翰·B.古迪纳夫：将锂电池的潜力提高了一倍，为功能更强大、更有用的电池创造了合适的条件。日本吉野彰：成功地从电池中去除了纯锂，取而代之的是基于比纯锂更安全的锂离子。锂离子电池的发展历史

锂离子动力电池主要运用在新能源汽车领域，主要品种为发展较早较成熟的磷酸铁锂和新兴的三元锂电池，安全性问题成为制约其发展的原因之一。

锂离子电池根据其正极运用的材料不同分为以下几类：钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池和三元锂电池等。运用最早的锂电池，容量密度大是其特性，但安全性、稳定性差，在数码电子领域运用较多。因其安全稳定性差，并不适用于大多数新能源车，但由于其超强续航能力获得了特斯拉的青睐，特斯拉Roadster运用的就是钴酸锂电池钴酸锂电池锂离子电池的主要种类钴酸锂动力电池目前主流动力电池，其综合能力出色。容量密度中等，价格便宜，安全环保等特点被众多新能源车企业所青睐，日韩作为锰酸锂电池的佼佼者一直领先全球。在新能源车运用方面，如日产聆风等都有所运用。锰酸锂电池锂离子电池的主要种类锰酸锂电池国内新能源车运用广泛，其最大优点是安全稳定性和寿命在其他类型锂电池中堪称“霸主级别”，但其较低的容量密度，低续航能力限制了其“一家独大”的能力。比亚迪E6、比亚迪秦等运用的就是磷酸铁锂电池，并且比亚迪发布的最新刀片电池也是磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池锂离子电池的主要种类磷酸铁锂电池近期兴起的新型锂电池，如图1-17所示。其正极材料是用镍钴锰按一定比例混合搭配。其优点是容量密度大，续航能力强，但其安全性能略差，优于钴酸锂电池。国内电池企业巨头宁德时代以生产三元锂电池为主，市面上中高端乘用车几乎全部被三元锂电池占据，如蔚来ES8，特斯拉Model3等运用的就是三元锂电池。三元锂电池锂离子电池的主要种类三元锂电池燃料电池04PARTFOUR燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料电池通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极（阳极）和空气极（阴极）、及两侧气体流路构成，气体流路的作用是使燃料气体和空气（氧化剂气体）能在流路中通过。燃料电池按燃料处理方式分类燃料电池燃料电池的应用非常广泛，可用于航天、空间站、电站区域性供电、电动车及移动电源等。燃料电池按电解质类型分类燃料电池丰田Mirai搭载的燃料电池是由370多片薄片燃料电池堆叠组成的，因此被称为“堆栈”，一共可以输出114千瓦的发电功率。德国奔驰汽车公司也研究了PEMFC（质子交换膜燃料）电池为动力的汽车。燃料电池燃料电池汽车燃料电池动力电池性能比较05PARTF