第二章动力电池

1、第二章动力电池 第二章第二章 动力电池动力电池 一、电动汽车用动力电池分类一、电动汽车用动力电池分类 二、电动汽车用动力电池的性能指标二、电动汽车用动力电池的性能指标 三、铅酸蓄电池三、铅酸蓄电池 四、镍氢电池四、镍氢电池 五、锂离子电池五、锂离子电池 六、铁电池六、铁电池 七、燃料电池七、燃料电池 八、其他动力电池八、其他动力电池 第二章动力电池 一、电动汽车动力电池分类一、电动汽车动力电池分类 v电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池、物理电池和电动汽车使用的动力电池可以分为化学电池、物理电池和 生物电池三大类。生物电池三大类。 1. 化学电池化学电池 化学电池是利用物质的化学反应发电。化

2、学电池是利用物质的化学反应发电。 化学电池按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储化学电池按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储 备电池。备电池。 （1）原电池）原电池 原电池又称一次电池，是指电池放电后不能用简单的充电原电池又称一次电池，是指电池放电后不能用简单的充电 方法使活性物质复原而继续使用的电池，如锌方法使活性物质复原而继续使用的电池，如锌二氧化锰二氧化锰 干电池干电池 、锂锰电池、锌空气电池、一次锌银电池等。、锂锰电池、锌空气电池、一次锌银电池等。 第二章动力电池 （2）蓄电池）蓄电池 蓄电池又称二次电池，是指电池在放电后可通过充电的方法使蓄电池又称二次电池，是指电池在放电后

3、可通过充电的方法使 活性物质复原而继续使用的电池，而这种充放电可以达数十次活性物质复原而继续使用的电池，而这种充放电可以达数十次 到上千次循环。如铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子到上千次循环。如铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子 电池等。电池等。 （3）燃料电池）燃料电池 燃料电池又称连续电池，是指参加反应的活性物质从电池外部燃料电池又称连续电池，是指参加反应的活性物质从电池外部 连续不断地输入电池，电池就连续不断地工作而提供电能。如连续不断地输入电池，电池就连续不断地工作而提供电能。如 质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料

4、电池、熔融碳 酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池、再酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、直接甲醇燃料电池、再 生型燃料电池等。生型燃料电池等。 （4）储备电池）储备电池 储备电池是指电池正负极与电解质在储存期间不直接接触，使储备电池是指电池正负极与电解质在储存期间不直接接触，使 用前注入电解液或者使用其它方法使电液与正负极接触，此后用前注入电解液或者使用其它方法使电液与正负极接触，此后 电池进入待放电状态，如镁电池、热电池等。电池进入待放电状态，如镁电池、热电池等。 第二章动力电池 铜锌原电池 铅酸蓄电池 长安志翔 第二章动力电池 2.物理电池物理电池 物理电池是利用光、热、物理

5、吸附等物理能量发电的电物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电 池。如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。池。如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。 3.生物电池生物电池 生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电 池、酶电池、生物太阳电池等。池、酶电池、生物太阳电池等。 v化学电池按电解质分为酸性电池、碱性电池、中性电池化学电池按电解质分为酸性电池、碱性电池、中性电池 、有机电解质电池、非水无机电解质电池、固体电解质、有机电解质电池、非水无机电解质电池、固体电解质 电池等。电池等。 化学电池按电池的特性分为高容量电池、密封电池、高

6、化学电池按电池的特性分为高容量电池、密封电池、高 功率电池、免维护电池、防爆电池等。功率电池、免维护电池、防爆电池等。 化学电池按正负极材料分为锌锰电池系列、镍镉镍氢系化学电池按正负极材料分为锌锰电池系列、镍镉镍氢系 列、铅酸系列、锂电池系列等。列、铅酸系列、锂电池系列等。 第二章动力电池 超级电容器 第二章动力电池 飞轮电池 第二章动力电池 二、电动汽车用动力电池的性能指标二、电动汽车用动力电池的性能指标 v电池作为电动汽车的储能动力源，在电动汽车上发挥电池作为电动汽车的储能动力源，在电动汽车上发挥 着非常重要的作用，要评定电池的实际效应，主要就着非常重要的作用，要评定电池的实际效应，主要就

7、 是看电池的性能指标。是看电池的性能指标。 v电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功电池的性能指标主要有电压、容量、内阻、能量、功 率、输出效率、自放电率、使用寿命等，根据电池种率、输出效率、自放电率、使用寿命等，根据电池种 类不同，其性能指标也有差异。类不同，其性能指标也有差异。 第二章动力电池 1电压电压 电压分为端电压、开路电压、额定电压、放电电压和终止电压等。电压分为端电压、开路电压、额定电压、放电电压和终止电压等。 （1）端电压）端电压 电池的端电压是指电池正极与负极之间的电位差。电池的端电压是指电池正极与负极之间的电位差。 （5）放电电压 电池的工作电压是指电池接通负载后在

8、放电过程中显示的电压，又称 放电电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。 （6）终止电压 终止电压是指电池在一定标准所规定的放电条件下放电时，电池的电 压将逐渐降低，当电池再不宜继续放电时，电池的最低工作电压称为 终止电压。当电池的电压下降到终止电压后，再继续使用电池放电， 化学“活性物质”会遭到破坏，减少电池寿命。 二、电动汽车用动力电池的性能指标二、电动汽车用动力电池的性能指标 第二章动力电池 2.2.容量容量 电池在一定的放电条件下所能放出的电量称为电池的容量。常用单位为安培 小时（Ah），它等于放电电流与放电时间的乘积。电池的容量可以分为理论 容量、实际容量、标称容量和额定容量等。

9、 （4）额定容量 额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电流在一定的 放电条件下应该放出的最低限度的容量。 （5）荷电状态 荷电状态(SOC)是电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的 比值。反映电池容量的变化。SOC=1即表示电池充满状态。随着电池的放电 ，电池的电荷逐渐减少，此时电池的充电状态，可以用SOC的百分数的相对量 来表示电池中电荷的变化状态。一般电池放电高效率区为50%80%SOC。 二、电动汽车用动力电池的性能指标二、电动汽车用动力电池的性能指标 第二章动力电池 4能量能量 电池的能量是指在一定放电制度下，电池所能输出的电能，单位是Wh 或kWh。

10、它影响电动汽车的行驶距离。 （3）比能量 比能量是指电池单位质量所能输出的电能，单位是Wh/kg。常用比能量 来比较不同的电池系统。 电池的比能量是综合性指标，它反映了电池的质量水平。电池的比能 量影响电动汽车的整车质量和续驶里程，是评价电动汽车的动力电池 是否满足预定的续驶里程的重要指标。 （4）能量密度 能量密度是指电池单位体积所能输出的电能，单位是Wh/L。 二、电动汽车用动力电池的性能指标二、电动汽车用动力电池的性能指标 第二章动力电池 5功率功率 电池的功率是指电池在一定放电制度下，单位时间内所输出能量的大 小，单位为瓦（W）或千瓦（kW）。电池的功率决定了电动汽车的加 速性能和爬坡

11、能力。 （1）比功率 单位质量电池所能输出的功率称为比功率，单位为W/kg或kW/kg。 （2）功率密度 单位体积电池所能输出的功率称为功率密度，单位为W/ l或kW/ l。 二、电动汽车用动力电池的性能指标二、电动汽车用动力电池的性能指标 第二章动力电池 6 6输出效率输出效率 动力电池作为能量存储器，充电时把电能转化为化学能储存起来， 放电时把电能释放出来。在这个可逆的电化学转换过程中，有一定的 能量损耗。通常用电池的容量效率和能量效率来表示。 （1）容量效率 容量效率是指电池放电时输出的容量与充电时输入的容量之比，即 式中， 为电池的容量效率； 为电池放电时输出的容量； 为电池 充电时输

12、入的容量。 %100 充 放 C C c 二、电动汽车用动力电池的性能指标二、电动汽车用动力电池的性能指标 第二章动力电池 （2）能量效率 能量效率也称电能效率，是指电池放电时输出的能量与充电时输入的 能量之比，即 （2-2） 式中， 为电池的能量效率； 为电池放电时输出的能量； 为电池充 电时输入的能量。 8放电速率（放电率） 放电速率一般用电池在放电时的时间或放电电流与额定电流的比例来 表示。 （1）时率（时间率） 电池以某种电流强度放电，放完额定容量所经过的放电时间。汽车用 电池一般用20h率容量表示。 （2）倍率（电流率） 电池以某种电流强度放电的数值为额定容量数值的倍数。 %100

13、充 放 W W w 二、电动汽车用动力电池的性能指标二、电动汽车用动力电池的性能指标 第二章动力电池 9 9使用寿命使用寿命 使用寿命是指电池在规定条件下的有效寿命期限。电池发生内部短路 或损坏而不能使用，以及容量达不到规范要求时电池使用失效，这时 电池的使用寿命终止。 电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限是指电池可供使 用的时间，包括电池的存放时间。使用周期是指电池可供重复使用的 次数。 除此之外，成本也是一个重要的指标。电动汽车发展的瓶颈之一就是 电池价格高。 二、电动汽车用动力电池的性能指标二、电动汽车用动力电池的性能指标 第二章动力电池 电动汽车对动力电池的要求电动汽车对动力

14、电池的要求 v电动汽车对动力电池的要求：电动汽车对动力电池的要求： 比能量高、比功率大、充放电效率高、相对稳定性好、使比能量高、比功率大、充放电效率高、相对稳定性好、使 用成本低、安全性好。用成本低、安全性好。 1991年，美国先进电池开发联合体（年，美国先进电池开发联合体（USABC）对电动汽车）对电动汽车 用动力电池制定的开发目标，见表。用动力电池制定的开发目标，见表。 第二章动力电池 三、铅酸蓄电池三、铅酸蓄电池 1、铅酸蓄电池的发展、铅酸蓄电池的发展 1）铅酸蓄电池自1859年发明以来，其使用和发展已有100多 年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。 2）电动汽车用铅酸蓄电池要用于

15、给电动汽车提供动力，它 的主要发展方向是提高比能量，增大循环使用寿命。 作为电动汽车动力电源的铅酸蓄电池在比能量、深放电循环 寿命、快速充电等方面不能很好满足电动汽车的要求，为了 解决电动汽车用铅酸蓄电池的这三大技术难题，国际铅锌组 织（ILZO）于1992年联合62家世界著名铅酸蓄电池厂家成立 了先进铅酸蓄电池研制联盟（ALABC），共同研制电动汽 车用铅酸蓄电池。 3）ALABC开发的铅酸蓄电池各项性能均取得了明显的提高。 第二章动力电池 铅酸蓄电池作为纯电动汽车动力电源在比能量、深放电循环 寿命、快速充电等方面均比镍氢电池、锂离子电池差，不适 合于电动轿车。但由于其价格低廉，国内外将它的

16、应用定位 在速度不高、路线固定、充电站设立容易规划的车辆。 1、铅酸蓄电池的发展、铅酸蓄电池的发展 第二章动力电池 2、铅酸蓄电池的分类、铅酸蓄电池的分类 v铅酸蓄电池分为免维护铅酸蓄电池和阀控密封式铅酸蓄电池。 （1）免维护铅酸蓄电池 免维护铅酸蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小， 在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它具有耐震、耐高温、体积小 、自放电小的特点。使用寿命一般为普通铅酸蓄电池的两倍。 （2）阀控密封式铅酸蓄电池 阀控密封式铅酸蓄电池在使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结 构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有溢气阀（也叫安全阀 ），该阀的作用是当电池内部气体

17、量超过一定值，即当电池内部气压 升高到一定值时，溢气阀自动打开，排出气体，然后自动关闭，防止 空气进入电池内部。 （3）铅酸蓄电池有2伏，4伏，6伏，8伏，12伏，24伏等系列，容量从 200毫安时到3000安时。 第二章动力电池 阀控密封式铅酸蓄电池分为AGM和GEL（胶体）电池两种： （1）AGM采用吸附式玻璃纤维棉（Absorbed Glass Mat）作 隔膜，电解液吸附在极板和隔膜中，电池内无流动的电解 液，电池可以立放工作，也可以卧放工作； （2）胶体（GEL）SiO2作凝固剂，电解液吸附在极板和胶体 内，一般立放工作。无特殊说明，皆指AGM电池。 电动汽车使用的动力电池一般是阀控

18、密封式铅酸蓄电池。 应用：电动自行车95%的市场、汽车电子点火系统的电源 2、铅酸蓄电池的分类、铅酸蓄电池的分类 第二章动力电池 3、铅酸蓄电池的结构、铅酸蓄电池的结构 图图2.1 铅酸蓄电池的基本结构铅酸蓄电池的基本结构 第二章动力电池 铅酸蓄电池由正负极板、隔板、电解液、溢气阀、外壳等铅酸蓄电池由正负极板、隔板、电解液、溢气阀、外壳等 部分组成。极板是铅酸蓄电池的核心部件，正极板上的活部分组成。极板是铅酸蓄电池的核心部件，正极板上的活 性物质是二氧化铅，负极板上的活性物质为海绵状纯铅。性物质是二氧化铅，负极板上的活性物质为海绵状纯铅。 隔板是隔离正、负极板，防止短路；作为电解液的载体，隔板

19、是隔离正、负极板，防止短路；作为电解液的载体， 能够吸收大量的电解液，起动促进离子良好扩散的作用；能够吸收大量的电解液，起动促进离子良好扩散的作用； 它还是正极板产生的氧气到达负极板的它还是正极板产生的氧气到达负极板的“通道通道”，以顺利，以顺利 建立氧循环，减少水的损失。建立氧循环，减少水的损失。 电解液由蒸馏水和纯硫酸按一定比例配制而成，主要作用电解液由蒸馏水和纯硫酸按一定比例配制而成，主要作用 是参与电化学反应，是铅酸蓄电池的活性物质之一。电池是参与电化学反应，是铅酸蓄电池的活性物质之一。电池 槽中装入一定密度的电解液后，由于电化学反应，正、负槽中装入一定密度的电解液后，由于电化学反应，

20、正、负 极板间会产生约为极板间会产生约为2.1V2.1V的电动势。的电动势。 溢气阀位于电池顶部，起动安全、密封、防爆等作用。溢气阀位于电池顶部，起动安全、密封、防爆等作用。 第二章动力电池 4、铅酸蓄电池的特点、铅酸蓄电池的特点 1铅酸蓄电池的优点 （1）除锂离子电池外，在常用蓄电池中，铅酸蓄电池的电压最高，为2. 0V； （2）价格低廉； （3）可制成小至lAh大至几千Ah的各种尺寸和结构的蓄电池； （4）高倍率放电性能良好，可用于引擎启动； （5）高低温性能良好，可在-4060条件下工作； （6）电能效率高达60%； （7）易于浮充使用，没有“记忆”效应； （8）易于识别荷电状态。 2铅

21、酸蓄电池的缺点 （1）比能量低，在电动汽车中所占的质量和体积较大，一次充电行驶里程短； （2）使用寿命短，使用成本高； （3）充电时间长； （4）铅是重金属，存在污染 。 第二章动力电池 5、 铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的工作原理 （1）铅酸蓄电池使用时，把化学能转换为电能的过程叫放电。 （2）在使用后，借助于直流电在电池内进行化学反应，把电能转变为化 学能而储蓄起来，这种蓄电过程叫做充电。 （3）铅酸蓄电池是酸性蓄电池，其化学反应式为： （4）充电时，把铅板分别和直流电源的正、负极相连，进行充电电解， 阴极的还原反应为： OHPbSOSOHPbO 2442 2 44 SOPbe2PbSO

22、 第二章动力电池 阳极的氧化反应为 充电时的总反应为 随着电流的通过， 在阴极上变成蓬松的金属铅， 在阳极上变成黑褐色的二氧化铅，溶液中有 生成， 如图2.2所示。 5、 铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的工作原理 e2SOH4PbOOH2PbSO 2 4224 42224 SOH2PbOPbOH2PbSO2 4 PbSO 42SO H 第二章动力电池 HSO4- 2H2O - e + e PbSO4 Pb PbO2 直流电源安培计 图图2.2 2.2 铅酸蓄电池放电示意图铅酸蓄电池放电示意图 HSO4- 3H+ HSO4- 第二章动力电池 5、 铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的工作原理 放电时

23、蓄电池阴极的氧化反应为 由于硫酸的存在， 立即生成难溶解的 。 阳极的还原反应为： 同样，由于硫酸的存在， 也立即生成 。 放电时总的反应为： e2PbPb 2 2 Pb 4 PbSO OH2Pbe2H4PbO 2 2 2 2 Pb 4 PbSO OH2PbSO2SOH2PbOPb 24422 第二章动力电池 6 、铅酸蓄电池的充放电特性、铅酸蓄电池的充放电特性 图图2.3 2.3 铅酸蓄电池的放电曲线铅酸蓄电池的放电曲线 蓄电池的放电与放电电流有密切关系，大电流放电时，蓄电池的电 压下降明显，平缓部分缩短，曲线的斜率也很大，放电时间缩短； 随着放电电流的减小，蓄电池的电压呈下降趋缓，曲线也较

24、平缓， 放电时间延长。 第二章动力电池 图图2.4 2.4 铅酸蓄电池的充电曲线铅酸蓄电池的充电曲线 6 、铅酸蓄电池的充放电特性、铅酸蓄电池的充放电特性 蓄电池充电时蓄电池端电压的变化，是随充电时电流强度变化而变化， 电流强度大，蓄电池端电压也高，电流强度小，蓄电池端电压也较低。 第二章动力电池 1、镍氢电池的发展、镍氢电池的发展 镍氢电池是90年代发展起来的一种新型电池。它的正极活性物质主要 由镍制成，负极活性物质主要由储氢合金制成，是一种碱性蓄电池。 镍氢电池具有高比能量、高功率、适合大电流放电、可循环充放电、 无污染，被誉为“绿色电源”。 松下EV电池公司早在1997年就开始生产混合动

25、力汽车用的圆型6.5Ah 的镍氢电池组，其质量比功率600W/kg。 Prius、insight、Civic 三洋电机株式会社生产的圆柱型5.5Ah的镍氢电池组，质量比功率 1000W/kg。2001年为Escape配备，后来为本田Accord采用。 四、镍氢电池四、镍氢电池 第二章动力电池 四、镍氢电池四、镍氢电池 1.镍氢电池的分类镍氢电池的分类 按照外形，镍氢电池可以分为按照外形，镍氢电池可以分为 （1）方形镍氢电池；）方形镍氢电池； （2）圆形镍氢电池。）圆形镍氢电池。 2.镍氢电池的结构镍氢电池的结构 镍氢电池主要由正极、负极、极板、隔板、电解液等组镍氢电池主要由正极、负极、极板、隔

26、板、电解液等组 成。镍氢电池正极是活性物质氢氧化镍，负极是储氢合成。镍氢电池正极是活性物质氢氧化镍，负极是储氢合 金，用氢氧化钾作为电解质，在正负极之间有隔膜，共金，用氢氧化钾作为电解质，在正负极之间有隔膜，共 同组成镍氢单体电池。在金属铂的催化作用下，完成充同组成镍氢单体电池。在金属铂的催化作用下，完成充 电和放电的可逆反应。电和放电的可逆反应。 第二章动力电池 3.镍氢电池的特点镍氢电池的特点 镍氢电池具有无污染、高比能、大功率、快速充放电、耐用性等 许多优异特性。与铅酸蓄电池相比，镍氢电池具有比能量高、重 量轻、体积小、循环寿命长的特点。 （1）比功率高（1350W/kg） （2）循环次

27、数多（1000次以上） （3）无污染（不含铅、镉） （4）耐过充过放 （5）无记忆效应 （6）使用温度范围宽（-3055） （7）安全可靠。短路、挤压、针刺、安全阀工作能力、跌落、加热、耐 振动等安全性、可靠性试验无爆炸、燃烧现象。 第二章动力电池 4. 镍氢电池的工作原理镍氢电池的工作原理 镍氢电池是将物质的化学反应产生的能量直接转化成电能的镍氢电池是将物质的化学反应产生的能量直接转化成电能的 一种装置。镍氢电池由镍氢化合物正电极、储氢合金负电极一种装置。镍氢电池由镍氢化合物正电极、储氢合金负电极 以及碱性电解液以及碱性电解液(比如比如30%的氢氧化钾溶液的氢氧化钾溶液)组成。密封一次组成。

28、密封一次 镍氢电池的性能特点主要取决于本身体系的电极反应。镍氢电池的性能特点主要取决于本身体系的电极反应。 充电时正、负极的电化学反应为：充电时正、负极的电化学反应为： 放电时正、负极的电化学反应为：放电时正、负极的电化学反应为： OHNiOOHOHeOHNi 22 2 HM2e2MH2 OHOHNieOHNiOOH 22 e2MH2HM2 2 当镍氢电池以标准电流放电时，平均工作电压当镍氢电池以标准电流放电时，平均工作电压1.2V。 第二章动力电池 镍氢电池乘用车透视图 第二章动力电池 5. 镍氢电池的应用镍氢电池的应用 1.消费性电子产品：普及应用。 2. 摇控玩具 一些功率特别大的镍氢电

29、池，其容量、输出电池及功率比镍 镉电池大，所以在电动摇控玩具（例如遥控车）上取代了镍 镉电池。 3. 混合动力车辆 大功率的镍氢电池也使用在油电混合动力车辆中，最佳的例 子就是丰田的Prius，该车使用了特别的充放电程序，使电池 充放电寿命可足够车辆使用十年。 其他使用镍氢电池的混 合动车辆包括有： 本田的Insight 福特汽车的Ford Escape 雪佛兰的Chevrolet Malibu 本田的Honda Civic Hybrid 第二章动力电池 五、锂离子电池五、锂离子电池 1、锂离子电池的发展、锂离子电池的发展 v锂离子电池是在1990年由日本索尼公司宣布开发研制成功的， 并在一年

30、内推向市场。由于锂离子电池拥有高电压、高比能量 、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电等卓越的性 能，经过短短十几年的发展，已经成为市场中的主流。成为未 来电动汽车较为理想的动力电源。 v随着成本的急剧降低和性能的大幅度提高，已有许多汽车生产 厂家开始投入使用锂离子电池。 v全球主要国家已有20余家企业进行锂离子电池研发。如富士重 工、NEC、东芝、Johnson Controls、Degussa AG/Enax、Sanyo 电机、Panasonic EV Energy等。 第二章动力电池 2006年1月，江森控制在全球开始研发和制造用于混合动力 和电动汽车的锂离子电池，江森控制将会成为

31、混合动力汽 车的蓄电池的主要供应商，它将为奔驰S400混合动力汽车 提供蓄电池。 三洋电机2008年5月28日宣布，向德国大众集团供应混合动 力汽车用锂离子充电电池系统。该公司将进一步推动插电 式混合动力汽车用锂离子充电电池的开发，力争从2011年 起实现量产。 我国在锂离子电池方面的研究水平，有多项指标超过了 USABC提出的长期目标所规定的指标，目前已经把锂离子 电池作为电动汽车用动力电池的重要发展目标。 第二章动力电池 在较长一段时间里，世界锂离子电池市场基本是日本一家独霸的局面。 最近几年中国和韩国奋起直追，目前世界锂离子电池市场已经呈现出中 、日、韩三足鼎立的格局。 近些年三洋公司一

32、直是世界上最大的锂离子电池生产商。 2008 年11 月7 日，松下宣布已经获得了三洋的同意，收购其控股权， 实际上松下已经成为目前全球锂离子二次电池行业的新霸主。 中国的电池企业在近几年也进步神速，比如比亚迪、天津力神和ATL等 电池生产企业已经成长为全球知名的电池生产商。目前，比亚迪的手机 电池产量已经超过了三洋，处于国际第一位，同时比亚迪现已经成为 Nokia 的最大电池供应商。 图表 2008年世界锂离子电池市场地区格局 第二章动力电池 图表 2008年世界锂离子电池市场生产厂商格局 第二章动力电池 2、锂离子电池的分类、锂离子电池的分类 按照锂离子电池外形形状，可以分为： （1）方形

33、锂离子电池； （2）圆柱形锂离子电池。 按照锂离子电池正极的材料不同，汽车用锂离子电池主要 分为： （1）锰酸锂离子电池； （2）磷酸铁锂离子电池； （3）镍钴锂离子电池或镍钴锰锂离子电池。 第二章动力电池 3、锂离子电池的结构、锂离子电池的结构 锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液和安全阀等组成。圆柱形锂 离子电池结构如图2.17所示。 图2.17 圆柱形锂离子电池结构示意图 1绝缘体；2垫圈；3PTC元件；4正极端子； 5排气孔；6防爆阀； 7正极；8隔板；9负极；10负极引线； 11正极；12外壳 第二章动力电池 4、锂离子电池电化学反应机理、锂离子电池电化学反应机理 第二章动力电池 5

34、、锂离子电池的结构、锂离子电池的结构 极柱 安全阀 外壳 负极 隔膜 正极 第二章动力电池 6、锂离子电池的应用领域、锂离子电池的应用领域 第二章动力电池 图图2.18 2.18 我国自主开发的电动汽车用锂离子电池我国自主开发的电动汽车用锂离子电池 1000mAh锂离子电池 第二章动力电池 7、锂离子电池的特点、锂离子电池的特点 锂离子电池的优点主要表现为： （1）工作电压高。（3.6V） （2）比能量高。150Wh/kg （3）循环寿命长。 （4）自放电效率低。 （5）无记忆性。（随时充电） （6）对环境无污染。 （7）能够制造成任意形状。 缺点：成本高。 锂离子电池锂离子电池（Li-ion

35、，Lithium Ion Battery）：锂离子电池具有 重量轻、容量大、无记忆效应等优点，因而得到了普遍应用。现在的许 多数码设备都采用了锂离子电池作电源，尽管其价格相对来说比较昂贵。 锂离子电池的能量密度很高，它的容量是同重量的镍氢电池的1.52倍， 而且具有很低的自放电效率。 锂离子电池 第二章动力电池 实例：实例：10年超长寿命年超长寿命 奔驰奔驰S400 HYBRID 第二章动力电池 锂离子电池组：锂离子电池相比于镍金属电池有着能量密度 大，效率更高的优点。为了不影响S级轿车空间大、舒适的 特点，这套由德国大陆（Continental）和JCS Saft共同研发紧 凑型的锂离子电池

36、结构非常的紧凑，直接就可以装在发动机 舱内，它一共由35个电池单元组成，可以提供19KW的动力 ，容量为 6.5Ah。 S400使用的锂离子电池组 第二章动力电池 表表2-2 2-2 三种动力蓄电池的技术性能三种动力蓄电池的技术性能 第二章动力电池 六、铁电池六、铁电池 目前国内外研究的铁电池有高铁和锂铁两种。 高铁电池是以合成稳定的高铁酸盐（K2FeO4、BaFeO4等）作 为高铁电池的正极材料，来制作能量密度大、体积小、重 量轻、寿命长、无污染的新型化学电池。 锂铁电池主要是磷酸铁电池，开路电压在1.78-1.83V，工 作电压在1.2-1.5V，其他一次电池高0.2-0.4V，而且放电

37、平稳、无污染、安全、性能优良。 第二章动力电池 铁电池原理铁电池原理 铁电池：是以磷酸铁锂为正极材料的一种锂离子二次电池铁电池：是以磷酸铁锂为正极材料的一种锂离子二次电池 ，其充放电的化学方程式如下。，其充放电的化学方程式如下。 第二章动力电池 铁锂电池铁锂电池优势优势 第二章动力电池 安全安全 稳定的晶格结构稳定的晶格结构 稳定的化学键稳定的化学键 周详的电池结构周详的电池结构 设计设计 第二章动力电池 寿命长寿命长 常温常温1C循环寿命循环寿命2000次次 0.1C循环寿命循环寿命5000次以次以 上上 设计使用寿命设计使用寿命10年（放年（放 电频率每月电频率每月2次）次） l铅酸电池的

38、循环寿命铅酸电池的循环寿命300- 500次，寿命多在次，寿命多在1.5-2年时年时 间；间； l磷酸铁锂电池磷酸铁锂电池100%DOD循循 环寿命达到环寿命达到2000次以上；次以上； l综合考虑，性价比将为铅综合考虑，性价比将为铅 酸电池的酸电池的4倍以上倍以上 第二章动力电池 出色的高温性能出色的高温性能 60可正常使用。可正常使用。 无需增设空调设备。无需增设空调设备。 无需进行充电温度补无需进行充电温度补 偿。偿。 第二章动力电池 高能量密度高能量密度 电池电池pack： 体积减少体积减少1/3- 1/4 重量减少重量减少1/2- 1/3 第二章动力电池 大倍率充放电大倍率充放电 半

39、小时内的备电应用。半小时内的备电应用。4.2Ah的铁电池可取代的铁电池可取代7Ah的的 铅酸电池铅酸电池 可一小时内充满电，适用于恶劣电网地区。可一小时内充满电，适用于恶劣电网地区。 第二章动力电池 能量转化效率高能量转化效率高 充放电副反应少；充放电副反应少； 显著提高光伏系统效能；显著提高光伏系统效能； 降低系统初始成本。降低系统初始成本。 第二章动力电池 成本优势成本优势 铁电池由于正处于快速发展期，短期内设备与原材料成本 较高，随着大规模的应用，成本会快速下降； 铁电池寿命长、质量轻、体积小、高温性能好，应用场所 无需要空调降温，综合成本低。 另外，无重金属污染，对环境友好，符合RoH

40、s环保规定。 第二章动力电池 比亚迪铁电池应用领域比亚迪铁电池应用领域 第二章动力电池 第二章动力电池 比亚迪电动车爆炸案比亚迪电动车爆炸案 2012年5月26日凌晨，在深圳市滨海大道，一辆超速行驶的GTR跑车撞 上了一辆行驶中的比亚迪电动出租车e6，出租车瞬间燃起大火，车内 的出租车司机和两个乘客在大火中当场死亡。起火的比亚迪电动车是 深圳正在运营的上百辆出租车中的一辆，这一恶性事故使比亚迪电动 汽车的质量和安全性备受质疑。 第二章动力电池 七、燃料电池七、燃料电池 v燃料电池（燃料电池（Fuel Cell，FC）是一种化学电池，它直接把物）是一种化学电池，它直接把物 质发生化学反应时释出的

41、能量变换为电能，工作时需要连质发生化学反应时释出的能量变换为电能，工作时需要连 续地向其供给活物质（起反应的物质）续地向其供给活物质（起反应的物质）燃料和氧化剂。燃料和氧化剂。 由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出， 所以被称为燃料电池。所以被称为燃料电池。 电池(Battery)是能量储存装置。 燃料电池(Fuel Cell)是能量转换装置。 第二章动力电池 一、燃料电池特点一、燃料电池特点 1燃料电池的优点 （1）节能、转换效率高 （2）排放基本达到零污染 （3）无振动和噪声、寿命长 （4）结构简单、运行平稳 2燃料电池的缺点

42、（1）燃料种类单一（氢气的生成、储存和运输等复杂） （2）要求高质量的密封 （3）制造成本高，电池价格昂贵 （4）需要配备辅助电池系统 第二章动力电池 PEMFC 的主要部件的主要部件 v如右图示一个单电池，包括四大部件：如右图示一个单电池，包括四大部件： （1）质子交换膜）质子交换膜 （2）电催化剂层（铂）电催化剂层（铂） （3）扩散层）扩散层 （4）双极板）双极板 第二章动力电池 二、燃料电池原理燃料电池原理 阳极反应为：阳极反应为：H22H+2e- 阴极反应为：阴极反应为：1/2O2+2H+2e- H2O 总反应为：总反应为：H2+1/2O2H2O 质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池(

43、PEMFC) 第二章动力电池 三、燃料电池系统三、燃料电池系统 v燃料电池实际上不是燃料电池实际上不是“电池电池”，而是一个大的发电系统。对于质，而是一个大的发电系统。对于质 子交换膜燃料电池，需要有燃料供应系统、氧化剂系统、发电系子交换膜燃料电池，需要有燃料供应系统、氧化剂系统、发电系 统、水处理系统、热管理系统、电力系统以及控制系统等组成。统、水处理系统、热管理系统、电力系统以及控制系统等组成。 1.1.燃料供应系统燃料供应系统 燃料供应系统是给燃料电池提供燃料，如氢气、天然气、甲醇燃料供应系统是给燃料电池提供燃料，如氢气、天然气、甲醇 等。这个系统直接采用氢气比较简单，如果用化石燃料制取氢气等。这个系统直接采用氢气比较简单，如果用化石燃料制取氢气 则相当复杂。则相当复杂。 2.2.氧化剂系统氧化剂系统 氧化剂系统主要是给燃料电池提供氧气。氧气的来源有从空气氧化剂系统主要是给燃料电池提供氧气。氧气的来源有从空气 中获取氧气或从氧气罐中获取氧气，空气需要用压缩机来提高压