锂离子电池基础-第一章

锂离子电池基础主讲:黄钊文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WhoIam?身份一：顺德职业技术学院讲师WhoIam?身份二：顺德区农村综合改革决策咨询委员会委员WhoIam?身份三：顺德区公共交通咨询委员会委员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）WhoIam?身份六：顺德区参与式预算公众代表WhoIam?身份N：食品安全评审专家课程

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

Gaston

Planté

发明可充电的铅酸电池.

1890年

Thomas

Edison

发明可充电的铁镍电池

1899年

Waldmar

Jungner

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······【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《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%。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电池厂锂离子电池的基本原理放电充电loadee充电放电Electrolyteeeeeeeee+_CurrentCollectorCurrentCollectorAnodeCathodeLi1-xCoO2LixC6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。正极负极隔离膜隔离膜放电电流--><--充电电流电池能量来源正、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。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。锂离子电池