锂电池概述说明PPT课件

. 1、锂电池锂电池是以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的电池。 最初出现的锂电池是伟大的发明家爱迪生，以Li MnO2=LiMnO2的反应为氧化还原反应，放电。 由于锂金属的化学特性非常活跃，加工、保存和使用锂金属对环境的要求非常高。 因此，锂电池长期未得到应用。 目前，锂电池成为主流的锂电池概要锂电池(Lithiumbattery )是指电化学系统中含有锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池。 锂电池大致可分为锂金属电池和锂离子电池。 锂离子电池不含金属态的锂，可以充电。 可充电电池第五代产品锂金属电池诞生于1996年，安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。 由于其自身高技术要求的制约，目前少数国家的公司正在生产这种锂金属电池。 2、电池化学反应原理锂金属电池锂金属电池是以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的电池。 最初出现的锂电池是Li MnO2=LiMnO2，该反应是氧化还原反应，放电。 锂电池的基本原理正极发生的反应是LiCoO2=充电=Li1-xCoO2 XLi Xe (电子) 负极发生的反应为6C XLi Xe=LixC6电池总反应： LiCoO2 6C=Li1-xCoO2 LixC6锂离子电池(以下的正负极相反的材料在用石墨正极充电的情况下，锂离子被吸藏的情况较多)正极材料：选择性的正极材料较多，现在主流产品为锂铁磷不同正极材料的比较： licoo 23.7 v 140 mah/gli2m n2o 44.0 v 100 mah/glifepo 43.3 v 100 mah/gli2f EPO4f3.6v 115 mah/g正极反应：放电时锂离子吸藏，充电时锂离子脱离. 充电时： LiFePO4Li1-xFePO4 xLi xe-放电时： Li1-xFePO4 xLi xe-LiFePO4负极材料：石墨较多。 新的研究表明，钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应：放电时锂离子脱嵌，充电时锂离子插入。 充电时： xLi xe- 6CLixC6放电时： LixC6xLi xe- 6C、3 )早期开发应用于起搏器。 锂电池的自放电率极低，放电电压缓慢。 移植到人体的起搏器，不再充电就可以长期工作了。 锂电池一般有3.0伏以上的标称电压，适用于集成电路的电源。 二氧化锰电池广泛应用于计算器、数码相机和手表。 为了开发性能更好的品种，研究了各种材料。 你可以制造出前所未有的产品。 例如，锂二氧化硫电池和锂氯化亚硫酸电池非常有特点。 这些正极活性物质同时也是电解液的溶剂。 这种结构只在非水溶液的电化学系统中出现。 因此，锂电池的研究也促进了非水电化学理论的发展。 除了使用各种非水溶剂外，聚合物薄膜电池的研究也在进行。 1992年索尼成功开发了锂离子电池。 其实用化大大减少了人们手机、笔记本、计算器等便携式电子设备的重量和体积。 使用时间大幅度延长了。 由于锂离子电池不含重金属镉，与镍镉电池相比，环境污染大幅减少。4、锂电池的发展过程1、1970年代埃克森的M.S.Whittingham以硫化钛为正极材料，以金属锂为负极材料，首次制造锂电池。 2，1980年，J.Goodenough发现钴酸锂是锂离子电池的正极材料. 3，1982年伊利诺伊州理工大学的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，该过程迅速可逆与此同时，使用金属锂的锂电池在安全上的问题备受瞩目，因此正在尝试利用锂离子埋入石墨的特性制作充电电池。 可用的第一个锂离子石墨电极在贝尔实验室试制成功。4、1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，价格便宜、稳定、具有优良的导电性、锂传导性。 其分解温度高，氧化性远低于钴酸锂，即使发生短路、过充电也能避免燃烧、爆炸的危险。 5，1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现使用聚阴离子的正极产生更高的电压。 6、1991年索尼首次推出商用锂离子电池。 此后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。 7，1996年Padhi和Goodenough发现了具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸锂铁(LiFePO4)，因其优于传统正极材料，成为目前主流的正极材料。 5、锂金属化学特性非常活跃，对锂金属的加工、保存、使用和环境要求非常高，因此锂电池的生产必须在特殊的环境条件下进行。 但是，由于锂电池的许多优点，锂电池广泛应用于电子仪表、数字、家电产品。 但是，锂电池大多是二次电池，也有一次性电池。 少数二次电池寿命和安全性差。 之后，索尼发明了以碳材料为负极、以含锂化合物为正极的锂电池。 充放电中，不存在金属锂，只有锂离子是锂离子电池。 对电池充电后，在电池的正极生成锂离子，生成的锂离子通过电解液向负极移动。 另一方面，作为负极的碳呈层状结构，有很多细孔，到达负极的锂离子被碳层的细孔吸收，吸收的锂离子越多，充电容量越高。 同样，放电电池时(使用电池的过程)，埋入负极碳层的锂离子被释放出来，再次返回正极。 回到正极的锂离子越多，放电容量越高。 我们通常所说的电池容量是指放电容量。 在Li-ion的充放电中，锂离子处于正极负极正极的运动状态。 Li-ionbattlees就像摇椅一样，摇椅的两端是电池的两极，锂离子像运动员一样跑着摇椅。 Li-ionBatteries又称摇椅电池。 随着数字产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛应用，锂离子电池以优异的性能广泛应用于这类产品，近年来已经在其他产品的应用领域发展起来。 1998年，天津电源研究所开始商业生产锂离子电池。 习惯上，锂离子电池也被称为锂电池，但这两个电池是不同的。 目前，锂离子电池已成为主流。6、锂电池材料锂电池的负极材料大致分为：一是碳负极材料，目前锂离子电池实际使用的负极材料是碳材料，如人造石墨、天然石墨、中间相碳微珠、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。 二是锡系负极材料，锡系负极材料分为锡的氧化物和锡系复合氧化物。 氧化物是指各种价数的金属锡的氧化物。 目前没有商业化的产品。 三是含锂过渡金属氮化物负极材料，目前尚未商业化。 四是含锡系合金、硅系合金、锗系合金、铝系合金、锑系合金、镁系合金、其他合金的合金系负极材料，是目前尚未商业化的产品。 五是纳米级负极材料碳纳米管、纳米合金材料。 第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前，合肥翔正化学技术有限公司根据2009年锂电池新能源行业市场发展的最新动向，许多公司已开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅加入传统石墨、锡氧化物、碳纳米管，大幅度提高锂电池的充放电量和充放电次数、7、锂电池鼓壳1、锂电池壳特性锂、原子编号3、原子编号6.941、是最轻碱金属元素. 为了提高安全性和电压，科学家们发明了用石墨和钴酸锂等材料贮藏锂原子。 这些材料的分子结构，形成纳米级的微细贮藏晶格，被用于贮藏锂原子。这样的话，即使电池壳破裂进入氧气，由于氧分子太大，不能进入这个小电池，所以锂原子与氧气接触，不能避免爆炸。 锂离子电池的这个原理，在使人们获得高容量密度的同时，也达到了安全的目的。 锂离子电池充电后，正极的锂原子会失去电子，氧化为锂离子。 锂离子通过电解液流入负极，进入负极的电池，得到电子，还原为锂原子。 放电时，整个程序颠倒了。 为了防止电池的正负极直接接触而短路，在电池内放入具有多个细孔的隔离纸以防止短路。 好的隔膜纸在电池温度过高时，会自动封闭细孔，使锂离子不能通过，也可以自行废除武功，不发生危险。 8、保护对策锂电池芯电压在4.2V以上时，开始出现副作用。 过充电电压越高，危险性也越高。 锂的芯电压超过4.2V时，正极材料内残留的锂原子的数量变为一半以下，此时电池崩溃，电池容量经常永久性降低。 如果继续充电，由于负极的电池已经充满了锂原子，所以后续的锂金属堆积在负极材料的表面。 这些锂原子的树枝状结晶从负极表面向锂离子的方向生长。 这些锂金属晶体穿透隔离纸，使正负极短路。 在短路发生之前，电池可能会爆炸。 这是因为在过充电的过程中，电解液等材料分解产生气体，电池外壳和压力阀膨胀破裂，氧与负极表面堆积的锂原子反应而爆炸。 因此，在对锂电池进行充电时，必须设定电压的上限，能够兼顾电池的寿命、容量、安全性。 最佳充电电压的上限为4.2V。 锂芯放电时也需要电压的下限。 核心电压低于2.4V时，部分材料开始破坏。 此外，电池会自放电，放电时电压越低，因此放电时请停止放电，不要设为2.4V。 锂电池从3.0V放电到2.4V期间，放出的能量只占电池容量的3%左右。 因此，3.0V是理想的放电截止电压。 充放电时，不仅需要电压的限制，还需要电流的限制。 如果电流过大，锂离子就不会进入电池，而是聚集在材料表面。 这些锂离子得到电子后，材料表面会产生锂原子的结晶，与过充电同样会引起危险性。 万一电池壳破裂就会爆炸。 因此，锂离子电池的保护至少包括充电电压上限、放电电压下限、电流上限这三个。 一般的锂电池组除锂电池芯外，都有保护板，这种保护板主要提供这三种保护。 但是，保护板的3个保护明显不够，世界性锂电池的爆炸事件频发。 为了确保电池系统的安全性，必须对电池爆炸的原因进行更详细的分析。 9、2、爆炸原因分析1、内部极大2、极片吸水、与电解液反应的滚筒3、电解液自身的品质、性能问题4、注液时的注液量未达到工艺要求5，在组装工序中激光焊接密封性能差、气体泄漏、气体泄漏测定时的气体泄漏6、粉尘极片粉尘首先通过微短路7， 正负极片比工艺范围容易偏厚，难以进入壳体，注液封口的问题，钢球的密封性能差时，气鼓9、壳体的材料变成壳体壁的偏厚，壳体的变形影响厚度。 2222222222222222222222220652此处的外部是指芯的外部，包括由于电池组内部的绝缘设计不良等引起的短路。 芯外部发生短路，电子部件无法切断电路时，芯内部发生高热，电解液的一部分气化，电池壳体变大。 当电池内部温度达到135度时，优质隔膜纸封闭了细孔，电化学反应停止或停止，电流急剧下降，温度也逐渐下降，不再发生爆炸。但是，细孔封闭率差，或者完全不封闭细孔的隔离纸，使电池温度持续上升，更多的电解液气化，冲破电池壳体，使电池温度上升到材料燃烧爆炸为止。 内部短路主要是铜箔和铝箔的毛刺穿透隔膜，锂原子的树枝状结晶穿透横膈膜。 这些细针状金属会引起微短路。 针很细，有电阻值，所以电流不一定很大。 铜铝箔毛刺发生在生产过程中，电池漏电过快，多由电芯厂和装配厂筛选。 此外，毛刺小，烧坏后电池可能恢复正常。 因此，毛刺微短路引起爆炸的概率不高。 这样的说法，在各个电池工厂的内部经常是刚充电后电压低的不良电池，但是爆炸事件不太发生，得到统计支持。 因此，内部短路引起的爆炸主要是过充电引起的。 这是因为，过充电后的引板上到处都是针状锂金属晶体，穿刺点到处都是，到处都发生了微短路。 因此，电池温度逐渐上升，最后达到高温时产生电解液气体。 这种情况下，如果温度过高，即使材料燃烧爆炸，外壳先破裂，空气进入，与锂金属激烈氧化，爆炸也会结束。 但是，过充电引起的内部短路引起的爆炸并不一定是充电时发生的。 电池的温度使材料燃烧，产生气体，不足以冲破电池壳的情况下，消费者有可能中止充电，拿着手机出门。 此时，很多微短路产生的热量使电池的温度逐渐上升，不久就爆炸了。 消费者共同的记述是，手持手机时发现变热，扔掉后爆发。 综合以上爆炸类型，我们可以把防爆重点放在防止过充电、防止外部短路和提高核心安全性的三方防爆重点上。 其中过充电防止和外部短路防止是电子防护，与电池系统设计和电池组有很大关系。 提高电芯安全性的重点是化学和机械保护，与电池芯制造厂有很大关系。 11、4、设计规范为全球手机数亿只，为了实现安全，安全保护的失败率必须在1亿分之一以下。 电路板的故障率一般远远超过一亿分之一。 因此，电池系统的设计需要两条以上的安全防线。 常见的错误设计是使用充电器(adaptor )直接对电池组充电。 这样，将过充电的防护责任完全交给电池组的保护板。 保护板的故障率虽然不高，但即使故障率降低到百万分之一，世界上每天都有发生爆炸事故的可能性。 如果电池系统能够分别对过充电、过放电和过电流提供两种安全防护，每种防护的失败率只要是万分之一，两种防护就能将失败率降低到1亿分之一。 常见的电池充电系统框图包括充电器和电池组两大部分。 充电器包括适配器(Adaptor )和充电控制器两部分。 适配器将交流电力转换为直流电力，充电控制器限制直流电力的最大电流和最高电压。 电池组有保护板和电池2大部分，1个PTC限制最大电流。 下图中适配器的交流变直流文本框的作用是电气控制器的电流限制电压。 充电器文字模块作用：保护板过充电、过放电、过电流等防护。剪辑作用于电池组的文字块。 电池单元以手机电池系统为例，过充电保护系统将充电器的输出电压设定为4.2V左右，实现了进一步的保护，即使电池组的保护板发生故障，电池也不会过充电而造成危险。 第二道防护是保护板上的过充电防护功能，一般设定为4.3V。 如上所述，保护板通常不需要负责切断充电电流，而是仅在充电器的电压非常高的情况下才需要工作。 过电流保护由保护板和限流片承