2025年锂电池知识考试题及答案

2025年锂电池知识考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.锂离子电池中，以下哪种材料通常作为负极活性物质？A.磷酸铁锂（LiFePO₄）B.石墨（C）C.钴酸锂（LiCoO₂）D.六氟磷酸锂（LiPF₆）2.锂离子电池的理论比容量由电极材料的摩尔质量和转移电子数决定。已知钴酸锂（LiCoO₂）的摩尔质量为97.87g/mol，每个Li⁺对应1个电子转移（F=96485C/mol），其理论比容量（mAh/g）约为：A.140B.160C.274D.3723.以下哪项不是锂离子电池电解质的主要功能？A.传导Li⁺离子B.隔离正负极电子C.参与电极反应D.稳定电极/电解质界面4.锂离子电池在充电过程中，Li⁺的迁移方向是：A.正极→负极B.负极→正极C.电解液→正极D.电解液→负极5.以下哪种工艺是锂离子电池极片制备的核心步骤？A.模切B.涂布C.卷绕D.注液6.衡量锂离子电池低温性能的关键指标是：A.循环寿命B.倍率性能C.低温放电容量保持率D.自放电率7.固态锂电池中，以下哪种材料可作为固体电解质？A.聚环氧乙烷（PEO）B.碳酸乙烯酯（EC）C.六氟磷酸锂（LiPF₆）D.丁苯橡胶（SBR）8.锂离子电池的“SEI膜”主要形成于：A.首次充电过程B.首次放电过程C.循环后期D.高温存储阶段9.以下哪项是磷酸铁锂电池（LFP）相较于三元锂电池（NCM）的主要优势？A.能量密度更高B.成本更低C.低温性能更优D.循环寿命更短10.锂离子电池的荷电状态（SOC）是指：A.电池当前容量与额定容量的比值B.电池满电时的容量C.电池放电截止时的容量D.电池自放电损失的容量11.以下哪种技术可提高锂离子电池的体积能量密度？A.降低极片压实密度B.采用CTP（无模组）技术C.增加电解液用量D.减小正负极活性物质占比12.锂离子电池热失控的触发条件不包括：A.过充B.低温放电C.外部短路D.机械挤压13.以下哪种负极材料的理论比容量最高？A.石墨（372mAh/g）B.硅（4200mAh/g）C.钛酸锂（175mAh/g）D.硬碳（300mAh/g）14.锂离子电池的“倍率性能”通常用“C”表示，1C电流是指：A.1小时充满或放完额定容量的电流B.2小时充满或放完额定容量的电流C.0.5小时充满或放完额定容量的电流D.10小时充满或放完额定容量的电流15.以下哪项是锂离子电池回收的主要目标？A.提取电解液中的有机溶剂B.回收铝箔和铜箔C.提取锂、钴、镍等金属D.再生隔膜材料二、多项选择题（每题3分，共30分，错选、漏选均不得分）1.锂离子电池的正极材料体系包括：A.层状氧化物（如NCM、NCA）B.橄榄石结构（如LFP）C.尖晶石结构（如LMO）D.合金材料（如SiC）2.影响锂离子电池循环寿命的主要因素有：A.电极材料的结构稳定性B.电解液的氧化/还原稳定性C.充放电倍率D.环境温度3.以下属于锂离子电池安全设计措施的有：A.采用过充保护电路（BMS）B.隔膜设置热关闭（Shutdown）功能C.正极材料掺杂Al、Mg等元素提高稳定性D.增加电解液中碳酸二甲酯（DMC）比例4.固态锂电池相较于液态锂电池的优势包括：A.更高的能量密度（可匹配金属锂负极）B.更好的安全性（无液体泄漏风险）C.更宽的工作温度范围D.更低的制造成本5.锂离子电池的“容量衰减”可能由以下哪些原因引起？A.SEI膜增厚导致活性锂消耗B.正极材料晶格结构破坏（如Ni³⁺相变）C.电解液分解产生气体（胀气）D.负极石墨层间嵌入Li⁺导致膨胀6.以下关于锂离子电池制造工艺的描述正确的有：A.极片涂布需控制面密度和厚度一致性B.电芯卷绕/叠片需避免毛刺导致内部短路C.注液后需进行化成工艺以形成稳定SEI膜D.封装工艺仅需确保外观无破损7.磷酸铁锂电池（LFP）的典型应用场景包括：A.电动汽车（中低端车型）B.储能电站（电网调峰）C.3C电子产品（手机、笔记本）D.无人机（高功率场景）8.以下关于锂离子电池能量密度的描述正确的有：A.体积能量密度（Wh/L）=质量能量密度（Wh/kg）×电池密度（kg/L）B.提高正负极活性物质占比可提升能量密度C.三元电池（NCM811）的质量能量密度高于磷酸铁锂电池D.固态电池的理论能量密度上限低于液态电池9.锂离子电池的“自放电”可能由以下哪些因素引起？A.电解液中的杂质离子迁移B.电极材料的微短路（如毛刺刺穿隔膜）C.SEI膜的缓慢生长消耗活性锂D.环境温度过低10.以下属于锂离子电池前沿技术的有：A.钠离子电池替代B.锂硫电池（理论能量密度2600Wh/kg）C.全固态电池（采用硫化物电解质）D.4680大圆柱电池（结构创新）三、填空题（每题2分，共20分）1.锂离子电池的四大核心组件是正极、负极、______和电解液。2.三元锂电池（NCM）中的“NCM”分别代表镍、______、锰三种金属元素。3.锂离子电池的额定电压由正负极材料的______差决定，磷酸铁锂电池的额定电压约为______V。4.负极材料石墨的嵌锂反应式为______（写出主要反应式）。5.电解液的主要成分包括锂盐（如LiPF₆）、______（如EC、DMC）和功能添加剂（如VC）。6.衡量电池快速充放电能力的指标是______，通常用Crate表示。7.锂离子电池的热管理系统（BTMS）主要通过______或液冷方式控制电芯温度。8.固态电池中，硫化物电解质（如Li₆PS₅Cl）的离子电导率可达到______S/cm（数量级），接近液态电解液水平。9.锂离子电池回收的“火法冶金”工艺主要通过______提取金属，而“湿法冶金”则通过酸浸和萃取分离金属。10.锂离子电池的循环寿命通常定义为容量衰减至初始容量的______%时的循环次数。四、简答题（每题6分，共30分）1.简述锂离子电池的工作原理（充放电过程中Li⁺和电子的迁移路径）。2.对比三元锂电池（NCM811）与磷酸铁锂电池（LFP）的优缺点（从能量密度、成本、安全性、循环寿命等方面分析）。3.解释“SEI膜”的形成过程及其对电池性能的影响（需说明主要成分和作用）。4.列举锂离子电池制造过程中关键的质量控制环节（至少5项），并说明其对电池性能的影响。5.分析固态锂电池面临的主要技术挑战（从材料、工艺、成本等角度）。五、计算题（每题8分，共16分）1.某三元锂电池（NCM523）的正极材料克容量为180mAh/g，负极石墨克容量为360mAh/g，正负极活性物质质量比为1:1.1（负极过量10%）。计算该电池的理论比容量（mAh/g，以正极活性物质质量为基准）。2.某磷酸铁锂电池单体的额定容量为280Ah，标称电压3.2V，质量为2.5kg。计算其质量能量密度（Wh/kg）和体积能量密度（Wh/L，假设电池体积为2.0L）。六、综合分析题（每题12分，共24分）1.某电动汽车搭载的三元锂电池（NCM622）在高温（45℃）环境下使用时，出现容量衰减加速和胀气现象。结合锂离子电池失效机理，分析可能的原因及改进措施（需涉及材料、工艺、BMS管理等方面）。2.随着新能源汽车和储能市场的发展，锂离子电池的需求持续增长。从资源可持续性角度，分析锂、钴、镍等关键金属的供应风险及应对策略（需结合回收技术、替代材料开发等方向）。答案及解析一、单项选择题1.B（负极通常为石墨，A、C为正极，D为锂盐）2.C（理论比容量=（F×1）/(M×3.6)=96485/(97.87×3.6)≈274mAh/g）3.C（电解质不参与电极反应，仅传导离子）4.A（充电时Li⁺从正极脱嵌，嵌入负极）5.B（涂布决定极片活性物质负载量和均匀性）6.C（低温下Li⁺迁移受阻，容量保持率是关键）7.A（PEO是聚合物固态电解质，B、C为液态组分，D为粘结剂）8.A（首次充电时电解液在负极还原分解形成SEI）9.B（LFP成本低，安全性高，但能量密度低于三元）10.A（SOC=当前容量/额定容量×100%）11.B（CTP技术减少模组结构，提高空间利用率）12.B（低温放电一般不会触发热失控，过充、短路、挤压会）13.B（硅的理论比容量最高，达4200mAh/g）14.A（1C=额定容量（Ah）/1小时）15.C（回收核心是提取锂、钴、镍等高价金属）二、多项选择题1.ABC（D为负极材料）2.ABCD（材料稳定性、电解液、倍率、温度均影响循环）3.ABC（D增加DMC可能降低安全性，DMC为低沸点溶剂）4.ABC（固态电池成本目前高于液态）5.ABCD（SEI增厚、结构破坏、胀气、负极膨胀均导致衰减）6.ABC（封装需确保气密性，防止电解液泄漏）7.AB（LFP能量密度低，不适合3C和无人机高功率场景）8.ABC（固态电池理论能量密度更高，可匹配金属锂负极）9.ABC（自放电与温度正相关，低温自放电率低）10.BCD（钠离子电池非锂电池前沿技术）三、填空题1.隔膜2.钴3.电势；3.24.C₆+xLi⁺+xe⁻↔LiₓC₆（0<x≤1）5.有机溶剂6.倍率性能7.风冷8.10⁻³（或0.001）9.高温熔炼10.80四、简答题1.工作原理：充电时，Li⁺从正极（如LiCoO₂）脱嵌，经电解液迁移至负极，嵌入石墨层间（C₆→LiₓC₆）；电子经外电路从正极流向负极。放电时，Li⁺从负极脱嵌，返回正极；电子经外电路从负极流向正极做功。2.优缺点对比：能量密度：NCM811（约240280Wh/kg）＞LFP（约140180Wh/kg）；成本：LFP（无钴镍）＜NCM811（钴镍价格高）；安全性：LFP（热分解温度＞500℃）＞NCM811（约200℃分解）；循环寿命：LFP（＞3000次）＞NCM811（约10002000次）；低温性能：NCM811（20℃容量保持率约60%）＞LFP（约50%）。3.SEI膜：首次充电时，电解液中的EC、DMC等在负极（低电势）还原分解，生成Li₂CO₃、LiF、ROCO₂Li等无机/有机化合物，形成固态电解质界面膜（SEI）。积极影响：隔离电解液与负极，防止持续分解，稳定界面；消极影响：首次不可逆容量损失（消耗活性Li⁺）；循环中SEI增厚会增加内阻，导致容量衰减。4.质量控制环节：极片涂布：控制面密度（影响容量）和厚度公差（影响一致性）；极片辊压：控制压实密度（影响能量密度和循环）；模切/分条：避免毛刺（防止内部短路）；电芯卷绕/叠片：控制对齐度（防止极片错位导致局部过充）；注液量：过少导致离子传导不足，过多导致胀气；化成工艺：控制充电电流和电压（影响SEI膜质量）。5.固态电池挑战：材料：固态电解质离子电导率（尤其是室温下）低于液态电解液；固固界面接触差（界面阻抗高）；工艺：固态电解质与电极的复合工艺复杂（需高温烧结或高压成型）；成本：硫化物/氧化物电解质制备成本高，规模化生产难度大；匹配性：金属锂负极与固态电解质的化学/电化学稳定性不足（易生成锂枝晶）。五、计算题1.理论比容量计算：负极容量=360mAh/g×1.1=396mAh/g（负极过量10%）；正极容量=180mAh/g；由于负极容量＞正极容量（396＞180），电池容量由正极决定，故理论比容量为180mAh/g（以正极质量为基准）。2.能量密度计算：质量能量密度=容量×电压/质量=280Ah×3.2V/2.5kg=896Wh/2.5kg=358.4Wh/kg；体积能量密度=896Wh/2.0L=448Wh/L。六、综合分析题1.原因与改进措施：