锂离子电池及动力电池包的生产工艺PPT课件.pptx

锂离子电池基础知识电池包的生产工艺 锂电池结构 正极活性物质 LiCoO2 LiMnO2 LiNixCo1 xO2 LiXFePO4 导电剂 溶剂 粘合剂 基体负极活性物质 石墨 MCMB 粘合剂 溶剂 基体 导电剂隔膜 PP PE 电解液 LiPF6 DMC EC EMC 外壳五金件 钢壳 铝塑膜 铝壳 盖板 极耳 绝缘片等 锂电池的分类及对比 锂离子电池是指正负极采用锂离子化合物的二次电池锂电池的性能主要取决于正负极材料 常见的正极材料有钴酸锂 锰酸锂 镍酸锂 三元锂 磷酸铁锂 能量密度 成本 安全性 热稳定性 循环寿命是动力锂电池的5个关键指标 锂电池的分类及对比 下面就安全性 能量密度 单体标称电压 使用寿命 应用成本 低温衰减能力等方面分析磷酸铁锂电池和三元锂电池优劣 安全性 三元锂电池 三元锂电池如果内部短路或是正极材料遇水 都会有明火产生 所以一般三元锂电池都会有一层钢壳保护 特斯拉给电池组进行了全方位的保护 但是在极端的碰撞事故中 起火隐患还是有的 磷酸铁锂电池 磷酸铁锂电池则要稳定许多 电池板就算是穿刺 短路也不会爆炸燃烧 遭到350 的高温也不会起火 三元锂电池在180 250 就扛不住了 所以在安全性能上 磷酸铁锂电池略胜一筹 能量密度 三元锂电池 三元锂电池的能量密度大 电压更高 所以同样重量的电池组电池容量更大 车子跑的距离也就更远 速度也能更快 使用寿命 三元锂电池 三元锂电池的理论寿命是2000次充放电循环 但在实际使用中 当进行900次的充放电循环后 电池容量就基本衰减到了55 但如果每次电池充放电都控制在0 50 或者25 75 的循环中工作 即使经过3000次的充放电循环 电池容量基本还能能够保持在70 左右 但这需要非常优秀的电池管理系统 磷酸铁锂电池 磷酸铁锂电池即便是经过3000次0 100 的充放电使用 容量也才会衰减到80 所以磷酸铁锂电池的电池管理系统就没那么复杂 也就进一步降低了整车研发成本 应用成本 中国的锂矿 氧化铁磷酸盐储量丰富 制造磷酸铁锂电池有优势 而我国缺乏钴矿 制造必须采用钴元素的三元锂电池会有些困难 所以 我国许多车企 包括电池企业 发展磷酸铁锂电池是很现实的 所以 现在市面上采用三元锂电池的电动车 动力电池基本都是国外品牌产品 日本松下 韩国SK等 价格也相应要比采用磷酸铁锂电池的车型 同级别 贵一些 低温衰减能力 三元锂电池在低温时的放电性能要优于磷酸铁锂电池 钛酸锂电池 优点采用电动车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染的最佳选择 其中锂离子动力电池引起了研究者的广泛关注 为了满足电动车辆对车载型离子动力电池的要求 研制安全性高 倍率性能好且长寿命的负极材料是其热点和难点 商业化的锂离子电池负极主要采用碳材料 但以碳做负极的锂电池在应用上仍存在一些弊端 1 过充电时易析出锂枝晶 造成电池短路 影响锂电池的安全性能 2 易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低 不可逆容量较大 3 即碳材料的平台电压较低 接近于金属锂 并且容易引起电解液的分解 从而带来安全隐患 4 在锂离子嵌入 脱出过程中体积变化较大 循环稳定性差 与碳材料相比 尖晶石型的Li4Ti5O12具有明显的优势 1 它为零应变材料 循环性能好 2 放电电压平稳 而且电解液不致发生分解 提高锂电池安全性能 3 与炭负极材料相比 钛酸锂具有高的锂离子扩散系数 为2 10 8cm2 s 可高倍率充放电等 4 钛酸锂的电势比纯金属锂的高 不易产生锂枝晶 为保障锂电池的安全提供了基础 缺点1 相对其他类型的锂离子动力电池能量密度会低一些 2 胀气问题一直阻碍着钛酸锂电池的应用 3 相对其他类型的锂离子动力电池价格偏高 4 电池一致性仍存在差异 随着充放电次数的增加电池一致性差异会逐渐增大 钛酸锂电池是一种用作锂离子电池负极材料 钛酸锂 可与锰酸锂 三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2 4V或1 9V的锂离子二次电池 此外 它还可以用作正极 与金属锂或锂合金负极组成1 5V的锂二次电池 钛酸锂具有高安全性 高稳定性 长寿命和绿色环保的特点 固态电池 固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池 固态电池一般功率密度较低 能量密度较高 由于固态电池的功率重量比较高 所以它是电动汽车很理想的电池 2020年固态电池技术研发有望取得突破性进展 在成本 能量密度和生产过程等方面进一步赶超锂离子电池技术 2030年 锂离子电池将不再是电动汽车电池主流 但其在某些电子原件领域仍有一席之地 传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为 摇椅式电池 摇椅的两端为电池的正负两极 中间为电解质 液态 而锂离子就像优秀的运动员 在摇椅的两端来回奔跑 在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中 电池的充放电过程便完成了 固态电池的原理与之相同 只不过其电解质为固态 具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端 传导更大的电流 进而提升电池容量 因此 同样的电量 固态电池体积将变得更小 不仅如此 固态电池中由于没有电解液 封存将会变得更加容易 在汽车等大型设备上使用时 也不需要再额外增加冷却管 电子控件等 不仅节约了成本 还能有效减轻重量 而且固态电池还有另一项优势 在事故中损坏时不易爆炸或起火 要知道的是 在此之前 在新能源汽车领域与特斯拉同样享有盛名的菲斯科 后来之所以会破产并慢慢销声匿迹 在很大程度上就是因为其频繁出现的电池起火事件以及其他故障 现在最具考验的地方在于价格 液态锂电池的成本大约在200 300美元 千瓦时 如果使用现有技术制造足以为智能手机供电的固态电池 其成本会达到1 5万美元 而足以为汽车供电的固态电池成本更是达到令人咋舌的9000万美元 石墨烯电池 石墨烯 Graphene 是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜 是一种只有一个原子层厚度的准二维材料 所以又叫做单原子层石墨 石墨烯电池 利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性 开发出的一种新能源电池 从微观的角度看蓄电池的充放电过程 实际上是一个阳离子在电极中 镶嵌 和 脱离 的过程 所以 如果电极材料中的孔洞越多 则这个过程进行的越迅速 在宏观的角度看则表现为蓄电池充放电的速度越快 石墨烯的微观构造 是一个由碳原子所组成的网状结构 因为具有极限的薄度 只有一层原子的厚度 所以阳离子的移动所受限制很小 同时正因为具有网状结构 由石墨烯所制成的电极材料也拥有充分的孔洞 从这个方面看 石墨烯无疑是一种非常理想的电极材料 位于美国纽约州的伦斯勒理工学院 RPI RensselaerPolytechnicInstitute 的研究者的研究表明 使用石墨烯作为电池的阳极材料 其充放电速度将超过锂离子蓄电池的10倍 石墨烯电池或将引领改革 充电10分钟跑1000公里 报道 西班牙Graphenano公司 一家以工业规模生产石墨烯的公司 同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池 其储电量是目前市场最好产品的三倍 用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里 而其充电时间不到8分钟 虽然此电池具有各种优良的性能 但其成本并不高 Graphenano公司相关负责人称 此电池的成本将比锂电池低77 完全在消费者承受范围之内 此外 在汽车燃料电池等领域 石墨烯还有望带来革命性进步 电池包的常用术语 额定能量 单位为KWh 计算方法为 电芯容量 电芯电压 额定能量 拿1颗18650电芯举例 3000mAh 3 7v 18650电芯电压 11100mWh 11 1Wh ES8为67KWh 额定容量 单位为Ah 这个是厂商实际放电所得出来的实际放电电量值 ES8为192Ah 能量密度 单位为KWh kg 计算公式为额定能量 重量 ES8为134 68Wh kg 2017年国家新能源补贴政策要求 纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度不低于90Wh kg 对高于120Wh kg的按1 1倍给予补贴 DOD 是指电池放出的容量占额定容量的百分数 即循环深度 100 DOD 即电池每次放出的容量为100 严格意义上来说或者按国标来说 这里的100 是指电池实际容量的100 但是 有很多厂家为了数据好看 他指的是电池标称容量的100 100 DOD的另外两个参数是终止电压和终止容量SOC 剩余电量与额定电量的比值stateofcapacitySOH 表示电池可以储存电荷的能力SOF stateoffunction 蓄电池功能状态 为SOC stateofcharge 和SOH stateofhealth 的合集 主要表示对蓄电池剩余电量和寿命的概念充电倍率 是指电池充电的电流值 它在数值上等于额定容量的倍数 通常用C表示 常见电动汽车对比 市场份额 江淮华霆生产过程 模块组装连接为模组 模组电极间电阻检验 模组装入PACK壳