《动力电池及管理技术》课件-任务一 电池的发展历史及分类

项目一

电动汽

车动力电池概述任务一电池的发展历史及分类《动力电池及管理技术》动力电池是电动汽车的唯一或主要的动力来源

，

电池技术的每一次提高都给电动汽车行业带来了希望和机遇

，

随着新材料、

新技术不断涌现，各种各样的电池被发明出来

，不同种类的动力电池性价比差别较大

，能应用在不同的场合。本项目主要介绍电池的发展历史及分类、

电池的基本构成及反应原理、动力电池的性能指标、

动力电池的发展现状及趋势。

通过本项目的学习，应了解电池发展的历史及种类

，

掌握电池的基本构成及反应原理

，熟悉动力电池的性能指标及其含义

，

了解动力电池的发展现状及发展趋势，并能对不同种类的单体电池进行电压、

内阻及容量的检测。知识目标1.了解电池的发展历史。

2.知道电池的一般分类。能力目标1.能说出电池发展历史上几次重大事件。2.能举例说明不同种类的电池。素质目标理解前人在发明电池的道路上付出与探索，

树立精益求精的钻研

精神。任务描述电池的发展历史可以说就是各个阶段的发明家不断试验用不同的材料

制作新电池的过程

，

新材料

、

新技术

的变迁给我们带来了很多不同种类的

电池

，

在电池的发展历史中有哪些重

要人物和重大事件

，

不同种类的电池

有什么特点和区别？

带着问题我们一

起进入下面的学习吧。任务引入在古代

，

人类早已经不断地在研究和测试“

电

”

这种东西了

。

电池发明的灵感来源

于一次青蛙的解剖实验

，

意大利解剖学家

迦伐尼在做解剖实验时

，

发现了生物电现

象的存在

。

在这个实验的启示下

，

1799

年

，

伏特成功制成了世界上第一个电池“伏特电堆

”

，

这个

“

伏特电堆

”

实际上就是串联的电池组。电池（Battery）

一般是指能将其它形式的能量转变为电能

的小型装置

。

大多数电池的结

构是在容器里盛放电解质和正、

负两个电极以产生电流

。

让我

们来了解一下电池的发展历史

吧。一、

电池的发展历史如图1-1所示是著名的解剖学家迦伐尼和他的青蛙实验。一、

电池的发展历史图

1

-

1

迦

伐

尼

和

他

的

青

蛙

实

验1836年

，英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良

，他采用铜、锌两种金属做电极

，两个电极之间灌装硫酸液体做电解液

，这种电池被称为“丹尼尔电池”

，但因为电解液是液体而且是很危险的硫酸

，挪动电池时很不方便。一、

电池的发展历史如图1-2是丹尼尔电池。

到1860年

，法国的雷克兰士发明了碳锌电池

，这种电池更容易制造

，

电解液从水性变成类似糨糊状

，

“干”性的电池出现了。

如图

1-3所示是碳锌电池。

碳锌电池到目前为止仍然是现代干电池中产量最大的电池。干电池使用方便、

价格低廉

，但用完即废

，

无法重新利用。一、

电池的发展历史图1-2丹尼尔电池图1-3碳锌电池1890年

，

爱迪生发明可充电的铁镍电池

，

电解液是碱性的氢氧化钾溶液

，

是一种碱性蓄电池

。

这种电池电动势约为1

.3

～

1

.4伏

，

轻便

、

寿命长

、

易保养

，

缺点是效率不高

。

又过了大约几年的时间

，

镍铬电池就被发明出来了并很快实现了商业化

。

同样在1860年左右

，

法国人普朗泰发明出铅酸电池

，

因为这种电池能充电可反复使用

，

所以称它为

“

蓄电池

”

。

铅酸电

池自发明至现在已有100多年的历史

，

价格便宜

，

使用方便，

至今为止仍然是产量最大

，

使用范围最广的一种电池

。

如图1

-4为可充电的铅酸电池。一、

电池的发展历史由于镍铬电池的成分里含有重金属

，基于环境保护的原因

，后来镍氢电池慢慢取代了镍铬电池。

镍氢电池的诞生应该归功于储氢合金的发现

，储氢合金是在20世纪六十年代末发明的

，这种材料在一定的温度和压力条件下可吸放大量的氢

，

并且可以在强碱性电解质溶液中

，反复充放电并长期稳定存在

，成为一种很好的电池负极材料。

镍氢电池于1988年进入实用化阶段，1990年在日本开始规模化生产

，是一种绿色电池

，具有高能量、长寿命、

无污染等特点。

进入20世纪初期后

，

电池理论和技术曾处于一度停滞状态

，但在第二次世界大战之后

，新材料、

新技术的发展使电池技术也进入了一个快速发展的时期。一、

电池的发展历史一、

电池的发展历史图1-4铅酸电池图1-5铁镍电池太阳能电池于1954年被发明出来

，太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接

把光能转化成电能的装置。

因为太阳能取

之不尽

，

用之不竭

，

为了应对能源危机，改善地球生存环境

，许多国家都把光伏产业作为重点培育的战略性新兴产业和新的

经济增长点

，

已经制订了中长期太阳能开

发计划

，如美国能源部推出的是国家光伏

计划,

日本推出的是阳光计划。

如图1-6为

国际空间站采用的太阳能电池板。一、

电池的发展历史图1-6太阳能电池板1992年

，索尼公司发明了以炭材料为负极

，以含锂的化合物做正极的锂离子电池

，在充放电过程中

，没有金属锂存在

，只有锂离子在正负极之间跑来跑去实现充电和放电。锂离子电池具有工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、

自放电小、循环寿命长等多种优点

，相比其它电池来说优势十分明显。其特殊的“层迭电池结构”

，可以用更小的

体积实现更高的容量。

1999年

，聚合物锂离子蓄电池也进入了市场。在不到30年的时间中锂离子电池取得了巨大发展。一、

电池的发展历史除了锂离子电池

，还有一种电池很有前途

，

就是

“燃料电池”

，燃料电池的概念起源很早

，但大约在1960年左右进入实用化

，

它实际是一种发电装置。

目前最实用的是使用氢或含富氢的气体燃料的燃料电池

，将氢气和空气分别送进燃料电池

，从

理论上来讲,只要连续供给燃料,电就能被源源不断地生产出来。

这种电池具有转换

效率高、

容量大、

比能量高、

功率范围广、

不用充电等优点

，最关键的是几乎没有

污染

，号称是最清洁的能源

，也是电动汽车动力电池的终极解决方案

，但目前还存

在成本高

，系统结构复杂

，加氢不太方便等问题。一、

电池的发展历史电池从诞生到现在已过去200多年

，

可以说整个电池的发展史就是一个

“试验各

种材料能不能造电池”的历史。

随着科

技的发展

，

电池的种类越来越多

，性能

越来越好

，使用也更加方便

，

小到手机，

大到电动汽车等各种场合

，

电池的应用

范围更加广泛

，

已经成为人类社会必不

可少的便捷能源。一、

电池的发展历史1、

电池的种类很多

，按材料来分

，

可分为铅酸电池、

锂离子电

池、燃料电池、

锌锰电池等。

按

形状来分

，

以锂离子电池为例

，

如图1-7所示

，

可分为圆柱形电池、方形电池和软包电池。二、

电池的分类图1-7电池的形状对于圆柱形电芯

，如图1-8所示ICR

18650型号电池

，

就是指直径18mm、

高度65mm的通用18650圆柱形锂离子电芯。

目前我国主流动力锂电池主要以18650圆柱为主。对于方形电芯

，如图1-9所示ICP

383450型号

，

就是指实体部分厚3.8mm、

宽34mm、

高度（长度）

50mm的方形锂离子电芯。软包锂电池只是液态锂离子电池套上一层聚合物外壳

，在结构上采用铝塑膜包装，比较轻薄

，安全性好

，其形状可根据应用需求进行定制。二、

电池的分类电池从其工作原理来分，

可分为物理电池

、

生物电池和化学电池三大类。二、

电池的分类图1-9

ICP383450型号电池图1-8

ICR18650型号电池1

、

物理电池是指能够利用光

、

热

、

物理吸附等物理能量发电的电池

。

如图1

-

10中的太阳能电池和图1

-

11中的超级电容电池

，

飞轮电池也是一种物理电池。二、

电池的分类图1-9

ICP383450型号电池图1-8

ICR18650型号电池2、生物电池是指利用生物化学反应发电的电池。

从原理上来讲

，生物质能能够直接转化为电能主

要是因为生物体内存在与能量代谢关系密切

的氧化还原反应

，包括微生物电池、

酶电池、

生物太阳电池等等。

如图1-12是太阳能诱导

的直接使用生物质发电的生物电池

，这种生

物电池依赖于POM催化剂(小瓶中所示)

，

当与光发生反应

，

它改变了颜色。二、

电池的分类图1-12生物电池SONY公司曾发明了一种新的生物电池样品

，利用纤维素酶使纸中的纤维素转换为葡萄糖

，然后再使葡萄糖氧化发电

，该电池所产生的动力可供一台小风扇使用。

由于技术条件的制约

，生物燃料电池的研究和使用还处于不成熟阶段,电池的输出功率小、

使用寿命短

，

目前生物电池已经被用于污水处理等领域，在环保的同时还能获得额外的电能

，但远没有达到全面推广的时期。一、

电池的发展历史3、化学电池利用物质的化学反应来发电的装置称为化学电池。在所有的电池中化学电池是种类最为繁多的一种电池。

它又可以按照以下几种方式分类。（1）按所用电解质的性质分：如锂离子电池的电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料组成

，在一定条件

下、按一定比例配制而成的。这种电池的电解质呈现酸性

，比如铅酸蓄电池的电解质是硫酸（H2SO4）的水溶液。这种电池的电解质主要为盐溶液,呈现电中性。如有的锌空气电池采用氯化铵与氯化锌为电解质。这种电池的电解质呈现碱性

，比如镍氢电池的电解质是氢氧化钾(KOH)水溶液。二、

电池的分类有机电解液电池酸性电池中性电池碱性电池锌系列电池

:

如锌锰电池、

锌银电池等。空气系列电池

：

如锌空

气电池

、

铝空气电池等。锂系列电池

：

如磷酸铁

锂电池

、

三元锂电池等。MNO2系列电池

：

如锂

锰电池

、

碱锰电池等。镍系列电池

：

如镍铬电

池

、

镍氢电池等。铅系列电池

：

如铅酸电

池等。（2）按电池使用的正、

负材料分二、

电池的分类142536（3）按工作性质和存储方式分①一次电池

：也称为原电池。

是指电量放完后不能充电再使其恢复的电池，

如我们平时经常使用的锌锰干电池就

是一种一次电池。

电子手表里使用的

锂纽扣电池也是一种一次电池。

如图

1-13所示。

池、碱锰电池等。二、

电池的分类图1-3碳锌电池②二次电池：

二次电池又称为蓄电池或可充电的电池

，是指在电

池放电后可通过充电的方式使活

性物质激活而继续使用的电池。如当前电动汽车所采用的镍氢电池、

三元锂电池等都是二次电池。

如图1-14所示。二、

电池的分类图1-4铅酸电池储备电池储备电池是一类特殊形式的原电池

，

其电极活性物质与电解质分开存放

，

无自放电

，

储存时间可达5

～

10年且不需维护