小型充电电池知识讲座

关于小型充电电池知识讲座第一部分电化学基础知识第2页,共40页，2024年2月25日，星期天电化学名词1电化学→研究电现象与化学现象之间内 在联系的学科电化学系统→电极＋电解质

第3页,共40页，2024年2月25日，星期天电极学→电极的平衡性质和通电后的极 化性质，即电极和电解质界面 上的电化学行为电解质学→电解质的导电性质、离子的 传输性质、参与反应离子的 平衡性质第4页,共40页，2024年2月25日，星期天化学电源金属防腐蚀：大部分金属腐蚀是电化学腐蚀机械工业：电镀、电抛光、电泳涂漆环境保护：电渗析除去氰、铬离子等污染物电解、电冶炼工业生命科学：如肌肉运动、神经的信息传递都涉 及到电化学机理电化学应用第5页,共40页，2024年2月25日，星期天电化学历史电化学的起源→1791年伽伐尼发表了金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象化学电源雏形→1799年伏打在伽伐尼工作的基础上发明了用不同的金属片夹湿纸组成的“电堆”电化学定量基础→1834年法拉第电解定律引入热力学→19世纪下半叶，亥姆霍兹和吉布斯赋于电池的“电动势”热力学含义能斯特公式→1889年能斯特用热力学导出了参与电极反应的物质浓度与电极电势的关系第6页,共40页，2024年2月25日，星期天1791年意大利的伽伐尼发现以金属片接触青蛙腿部肌肉时，有收缩的现象发生。电化学起源第7页,共40页，2024年2月25日，星期天＋伏打电池上述现象1799年被意大利的伏打捕捉到并加以研究，发明了世界上第一个电池----伏打电池，即原电池。第8页,共40页，2024年2月25日，星期天

法拉第定律在电极上起反应的物质的量与通入的电量成正比第9页,共40页，2024年2月25日，星期天电动势－化学能

第10页,共40页，2024年2月25日，星期天原电池原理较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）流向较不活泼的金属（正极）化学能转变为电能的装置第11页,共40页，2024年2月25日，星期天组成原电池的条件有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极电极材料均插入电解质溶液中两极相连形成闭合电路第12页,共40页，2024年2月25日，星期天电流与离子的流向当电池中有电流通过时，电解质中的离子在电场的作用下作定向移动阴离子总是移向阳极阳离子总是移向阴极整个电流在溶液中的传导是由阴、阳离子的移动共同承担的第13页,共40页，2024年2月25日，星期天第二部分

电池的基本知识第14页,共40页，2024年2月25日，星期天电池分类依据电解质种类电池所用正负极材料工作特性和储存方式第15页,共40页，2024年2月25日，星期天电解质种类碱性电池→电解质以KOH溶液為主，如碱性锌锰电池（俗称碱锰电池或碱性电池）、镍镉电池和镍氢电池等酸性电池→电解质以硫酸水溶液为主，如铅酸电池中性電池→电解质为盐溶液，如锌锰电池和海水电池有机电解质电池→电解质为有机溶液，如锂电池、锂离子电池第16页,共40页，2024年2月25日，星期天电池所用正负极材料锌系列电池→锌锰电池和锌银电池等镍系列電池→镍镉电池和镍氢电池等铅系列電池→铅酸电池等锂系列電池→锂离子电池和锂锰电池等二氧化锰系列電池→锌锰电池和碱锰电池空气（氧气）系列電池→锌空气电池

第17页,共40页，2024年2月25日，星期天工作特性和储存方式一次电池→又称原电池，即不能再次充电的电池，如锌锰电池和锂电池等二次电池→又称蓄电池，即可充电电池，如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等燃料電池→正、负极本身不包含活性物质，活性材料连续不断从外部加入的电池储备电池→电池储备时不直接接触电解质，直到电池使用时，才加入电解液，如镁氯化银（海水电池）。

第18页,共40页，2024年2月25日，星期天四种主要的二次电池第19页,共40页，2024年2月25日，星期天绿色环保电池锂离子电池镍氢电池无汞碱性锌锰电池燃料电池电化学贮能超级电容器太阳电池（光伏发电）第20页,共40页，2024年2月25日，星期天技术参数

镍镉电池

镍氢电池

锂离子电池

工作电压（V）

1.2

1.2

3.6

重量比能量(Wh/Kg)

50

65

105-140

体积比能量(Wh/l)

150

200

300

镍镉、镍氢、锂离子电池性能对比

第21页,共40页，2024年2月25日，星期天电池组成1）电极(electrode)：电池的核心部分，由活性物质添加剂和导电骨架组成2）电解质（electrolyte）：主要组成之一，传递正、负极之间电荷3）隔膜(separator)：正、负电极之间，避免正、负极活性物质直接接4）外壳（case）第22页,共40页，2024年2月25日，星期天电池的性能1、电动势：两电极电势之差（平衡电极电法）2、内阻：是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。3、电压:开路电压：是指电池在非工作状态下，即电路中无电流流过时，电池正负极之间的电势差。工作电压：又称端电压，是指电池的工作状态下，即电路中有电流，流过时电池正负极之间的电势差。V=V开—IR终点电压：电池在放电过程中，电压下降到不宜再继续放电的工作电压为终点电压。第23页,共40页，2024年2月25日，星期天4、容量、比容量电池的容量：电池的容量有额定容量与实际容量之分。

A电池的额定容量：是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量。

B电池的实际容量：是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，容量常见单位有：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)体积比容量、重量比容量：

C重=（Ah/Kg）C体=（Ah/L）5、比能量：比能量：体积比能量：W体=（Wh/L）

重量比能量：W重=（Wh/l）第24页,共40页，2024年2月25日，星期天6、贮存性能和循环寿命：贮存性能：（自放电）电池的贮存性能是衡量电池综合性能稳定程度的一个重要参数，电池经过一定时间的贮存后，允许电池的容量及内阻有一定程度的变化。电池自放电与活性物质本身、电极结构、制造工艺、电池工作条件等因素相关。循环寿命：充、放电循环的数目。第25页,共40页，2024年2月25日，星期天第三部分锂离子电池基本知识第26页,共40页，2024年2月25日，星期天锂离子电池的电化学反应原理及特性：充电时：Li+从正极逸出，嵌入负极放电时Li+则从负极脱出，嵌入正极。以LiCoO2为正极材料，石墨为负极材料的锂离子电池，充放电反应式为：

第27页,共40页，2024年2月25日，星期天锂离子二次电池反应的实质为一个Li+浓差电池：充电时，Li+从正极化合物中脱出并嵌入负极晶格，正极处于贫锂态；放电时，Li+从负极脱出并插入正极，正极为富锂态。为保持电荷的平衡，充、放电过程中应有相同数量的电子经外电路传递，与Li+一起在正负极间迁移、使正负极发生氧化还原反应，保持一定的电位。工作电位与构成电极的插入化合物的化学性质、Li+的浓度有关。这种充、放电过程似一把摇椅，故锂离子二次电池又称摇椅电池（RockingChairBatteries,简称为RCB）。第28页,共40页，2024年2月25日，星期天特点锂离子二次电池的一般特性：

1、体积及质量的能量密度高；其能量密度大于300Wh/L，比能量达110～120Wh/kg，分别是Ni/Cd、Ni/MeH电池的2．5和1．5倍2、寿命长3、单电池的输出电压高，为4.2V；3、自放电率小，可实现快速充放电，也可做成大容量的电池组。

4、无记忆效应5、不含有毒物质等。第29页,共40页，2024年2月25日，星期天第五部分锂离子电池生产流程第30页,共40页，2024年2月25日，星期天电池生产流程1、配料将活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂按照一定的比例均匀的混合在一起，配制成溶浆料的过程。2、拉浆通过设备将配置好的浆料均匀的粘附在集流体上的过程。3、制片将拉浆制成的大片采用不同的设备制成满足工艺要求的卷绕的极片的过程。第31页,共40页，2024年2月25日，星期天4、卷绕将极片、隔膜纸按照一定的层次，通过设备卷绕在一起并放入电池外壳内的过程5、焊接通过设备将电池的盖板和壳体焊接在一起的过程，6、注液将电解液注入电池壳体的过程第32页,共40页，2024年2月25日，星期天7、化成电池制造后，通过一定的充放电方式将内部正负极活性物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、贮存等综合性能的过程称为化成。8、封口通过一定的方法将注液孔密封起来的过程。9、分容：电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电池按容量分容的过程称为分容。第33页,共40页，2024年2月25日，星期天第34页,共40页，2024年2月25日，星期天主要性能参数:1、外观、尺寸2、容量3、内阻4、循环寿命

第35页,共40页，2024年2月