锂离子电池基础-第一章PPT课件

.,1,锂离子电池基础,主讲:黄钊文,.,2,WhoIam?,名字：黄钊文学历/学位：博士研究生，博士学位(全日制)专业：微电子学与固体电子学,.,3,WhoIam?,身份一：顺德职业技术学院讲师,.,4,WhoIam?,身份二：顺德区农村综合改革决策咨询委员会委员,.,5,WhoIam?,身份三：顺德区公共交通咨询委员会委员,.,6,WhoIam?,身份四：顺德区标准化专家库专家顺德区质量信用评价专家库专家,.,7,WhoIam?,身份五：第一届中国出口家电质量技术促进委员会独立专家委员（全国11位）,.,8,WhoIam?,身份六：顺德区参与式预算公众代表,.,9,WhoIam?,身份N：食品安全评审专家,.,10,课程大纲,第一部分：锂离子电池的概况及基本原理第二部分：锂离子电池关键材料介绍第三部分：锂离子电池的制备简介第四部分：关键检测技术及检测方法第五部分：客户关注的主要问题第六部分：锂离子电池制作实训,.,11,第一部分：锂离子电池的概况,铅酸电池,铁镍电池,镍镉电池,镍氢电池,1859年GastonPlant发明可充电的铅酸电池.,1890年ThomasEdison发明可充电的铁镍电池,1899年WaldmarJungner发明镍镉电池,1980前后开发出稳定的用于镍氢电池的合金.1983年我国开始研究镍氢电池（南开大学）,锂离子电池,.,12,第一部分：锂离子电池的概况,一次锂离子电池,1987前我国商业化生产一次锂电池,1991年Sony.可充电锂离子电池商业化生产,1999年可充电锂聚合物电池商业化生产2000年我国锂离子电池商业化生产,可充电锂离子电池,聚合物锂离子电池,燃料电池,电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明，1888年实现了电池的商品化，1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池,铅、镉等有毒金属的使用日益受到限制，锂离子电池自然成为有力的候选者之一。1990年前后发明了锂离子电池。1991年锂离子电池实现商品化。1995年发明了聚合物锂离子电池，（采用凝胶聚合物电解质为隔膜和电解质）1999年开始商品化,.,13,第一部分：锂离子电池的概况,高容量、高能量密度、无记忆效应,.,14,【工信部：受益新能源汽车放量上半年锂电池收入增17.4%】2015年8月6日，工信部披露，2015年上半年我国锂离子电池制造企业，累计完成主营收入同比增长17.4%，实现利润总额同比增长72.8%，完成税金总额同比增长43.1%。锂电池行业利润的快速上升，与新能源汽车的销售放量密切相关。数据显示，7月份我国新能源汽车生产2.04万辆，同比增长2.5倍，今年有望完成20万辆的销售目标。随着各地补贴细则相继落地、充电设施扶持政策出台等因素推动，电动汽车销售将延续高增长态势，并给上游锂电池企业带来实质性订单支撑。,【国务院：2020年EV和PHEV年产规划破百万】2015年5月8日，国务院发布了中国制造2025规划。5月19日，工信部发布中国制造2025规划系列解读，在节能与新能源汽车方面提出以下发展目标。对于纯电动汽车及插电式混合动力汽车，产业化方面提出，到2020年，自主品牌纯电动和插电式新能源汽车年销量突破100万辆，在国内市场占70%以上；到2025年，与国际先进水平同步的新能源汽车年销量300万辆，在国内市场占80%以上。,锂离子电池,.,15,2012年中国锂电正极材料产量约为3.6万吨，而2013年则达4.5万吨，同比增长25%。,尽管性能较弱，但凭借低廉的价格，锰酸锂（LMO）依旧在动力电池和低容量锂电池应用上占据一定市场份额，而NCM和磷酸铁锂（LFP）增量主要体现在电动自行车、电动汽车等动力电池用途，LFP在通信储能方面也开始拓展市场份额。,在国家新一轮新能源汽车政策推动下，预计用于动力电池的正极材料消费量有望进一步提升。,正极材料,.,16,数据显示，2013年中国锂电负极材料产量3.5万吨左右，同比增长约20%。受贝特瑞、杉杉等负极材料龙头企业赚钱效应的影响，国内不少企业纷纷投资扩产锂电负极材料项目。,从负极材料发展方向来看，尽管目前石墨类材料仍然占据主导地位，但新型负极材料，如钛酸锂、硅/锡基复合材料等显示出很好的潜力。国内企业经过多年的研究，在锂电池新型负极材料领域获得了不少进展。,负极材料,.,17,中国锂离子电池隔膜行业白皮书（2015）显示，受益于下游新能源汽车电池的带动，全球锂电池隔膜产业在2014年整体产量为11.85亿平方米，产值达到20.75亿美元，分别同比增长41.58%和12.18%。中国市场方面，2014年全国隔膜产量达到5.75亿平方米，占据全球产量的大约48%左右，产值达到20.5亿元。,在干法隔膜领域，目前国内干法隔膜相对成熟，竞争较湿法更为激烈，且基本能完全替代进口隔膜，面临价格下行的压力。,隔离膜,.,18,隔离膜的市场情况,【亚化咨询：2016年中国锂电隔膜消费量约10.96亿平米，市场份额将如何变化？】国家统计局数据显示，2015全年中国锂离子电池累计完成产量56.0亿自然只，2016年1-4月，中国锂离子电池累计完成产量17.6亿自然只，同比增长14.3%。另有公开数据显示，2015年中国动力锂离子电池产量约为15.9GWh，2016上半年动力锂电产量已达12.7GWh。亚化咨询数据显示，2015年中国锂电隔膜总消费量约为9.1亿平米，其中国产隔膜占比已达69%。产量排名前十位的国产锂电隔膜企业占据了总市场份额的58%。,.,19,软包电池是指外壳为软包装材料（通常为铝塑复合膜）的锂电池。因为有部分软包电池的电解质为凝胶态聚合物，因此在工业应用上也被称之为聚合物锂电池。受智能手机、平板电脑、超级本三大下游应用的驱动，软包电池市场增长强劲，年均保持30%以上的增长率。近来，主流的电动车企也开始大量采用软包动力电池。主要软包电池生产企业包括三星SDI，东莞ATL，日本索尼，LG化学和天津力神等。与普通锂电池相比，软包电池的关键材料主要是铝塑复合膜。目前市场主要供应商为DNP和日本昭和（ALF），其他正在进入这一高利润市场的还包括日本凸版印刷、大仓工业、藤森工业和韩国栗村，以及国内的上海紫江，佛塑科技等。,铝塑包装膜,.,20,苹果和三星新一代的高端电子产品电池充电截止电压：由传统的4.2V提升至4.3V/4.35V。高电压正极材料必须有相匹配的高电压电解液，才能确保锂离子电池安全稳定工作。问题：1.常规碳酸酯基溶剂与六氟磷酸锂组成的电解液体系在4.5V（vs.Li/Li+）以上时会发生分解，从而造成整个电池体系性能的下降。目前提高电解液电化学窗口，主要有添加正极成膜添加剂，改善、开发新型溶剂等技术手段。2.高压电解液溶剂与负极的相容性值得关注。氟代溶剂、腈类化合物、砜类化合物以及离子液体成为能满足高电压电解液溶剂的研究对象。,2014年中国电解液出货量约42000吨。2015年第1季度，中国电解液出货量约11000吨；,2015年中国电解液产量增长超过20%的以上，超过50000吨,高压电解液,.,21,移动电源,平板电脑以及智能手机等功能型（高能耗）电子设备的普及又给18650锂电池带来了全新的下游应用移动电源,仅在2012年一年的时间里，移动电源市场就增长了约10倍,2013年基本上找不出不赚钱的18650电池厂,.,22,锂离子电池的基本原理,.,23,电化学反应过程,在正负极的界面发生反应，电子通过电池电路传输，离子则通过电池内部传输。该反应在放电时是自发的；充电时，则是受外电路的推动。,放电电流-,-充电电流,.,24,电池能量来源,正、负极具有不同的电极电位，其中正极高，负极低（标准氧化还原电位表）。,高水位，势能高,推动齿轮,低水位，势能低,水的势能,电极电位,正极，电位高,负极，电位低,放电，点亮灯泡,水泵做功,充电,电能,电能,.,25,电池的工作过程,电池工作的秘密,氧化还原对反应正、负极相互隔离和独立反应（以锂离子电池为例）正极反应：负极反应：总反应若使用后不能充电，叫一次电池或原电池；若可以重复充放，叫二次电池或蓄电池。,.,26,电极电位,电极在电解液中形成的双电层产生电极电位。正、负极电极电位的差别使电池实现了化学能和电能之间的转换。电极电位主要取决于电极的本性，并受温度、介质和离子浓度(或活度)等因素。以标准氢电极(SHE)作为比较的标准，并人为规定其绝对电极电位为零。任何电极与标准氢电极组成电池，所测得的电池的电动势就是该电极的标准电极电位。电极电位值越低，易还原，负极电极的候选；电极电位值越高，易氧化，正极电极的候选。可以查询电极电位表。,.,27,锂离子电池的