《锂离子电池原理与关键材料技术》课件全套 刘成顺 项目1-7 初识锂离子电池 -探索电池前沿技术

锂离子电池原理与关键材料技术任务1：追溯发展历程项目1：初识锂离子电池情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究某锂电企业市场部新员工小林，接到紧急任务：为公司官网"技术实力"板块撰写一篇面向大众的科普短文，主题是"锂电池的前世今生与中国力量"。领导要求：不能堆砌专业术语，要讲清楚锂电池的发展脉络，同时突出中国锂电产业的全球地位，让普通消费者看懂并建立品牌信任。锂电池从实验室走向千家万户，经历了哪些关键里程碑？中国如何从"追随者"逆袭为全球锂电产业"领跑者"？情景导入技能应用总结提升理实探究目录理实探究1．技术路线的演进2．中国锂电产业的崛起图1透锂长石（LiAlSi2O6）随后，他的老师贝齐里乌斯不仅确认了这一元素的存在，还将其命名为“lithium”，这一名称源于希腊语“lithos”，意为“石头”，象征着锂元素是从石头中被分离出来。1817年，瑞典化学家约翰·奥古斯特·阿尔费特逊在对透锂长石（LiAlSi2O6）进行成分分析时，注意到硅氧化物（SiO2）与铝氧化物（Al2O3）的重量占比仅为96%，基于这一发现，他推断矿石中必然含有一种尚未被识别的元素。情景导入技能应用总结提升理实探究1．技术路线的演进锂的密度极低，仅为0.534g/cm³，所有金属中最轻锂的电极电势非常低，仅为-3.045V（相对于标准氢电极）制备高能量密度和高电压电池的理想材料情景导入技能应用总结提升理实探究1．技术路线的演进e-e-+-惠廷厄姆制成首个锂二次电池（图2）

1971-19801981-1990古迪纳夫发现钴酸锂、锰酸锂可以作为电池的正极材料（图4）吉野彰制成首个可实用化的锂离子电池（图5）阿尔芒提出摇椅式电池模型（图3）图2图3图4图5情景导入技能应用总结提升理实探究1．技术路线的演进图6索尼公司发布第一个商业化的锂电池（图6）图71991-2000古迪纳夫发现磷酸铁锂耐高温、耐充电、成本低（图7）比亚迪通过低成本和高效率的生产模式打开市场（图8）图8情景导入技能应用总结提升理实探究1．技术路线的演进图9特斯拉推出了全球首款量产锂离子电池电动汽车（图9）2011-2010阿尔芒研发出的碳包覆磷酸铁锂实现工业化生产（图10）图10情景导入技能应用总结提升理实探究1．技术路线的演进诺贝尔奖授予锂电池领域专家（图11）2011-20202021-至今三元锂、磷酸铁锂成为主流的正极材料比亚迪推出刀片电池（图12）图11固态电池快速发展并逐渐走向商业化新能源汽车快速普及，促进电池发展锂空气电池和锂硫电池等兴起和发展图12情景导入技能应用总结提升理实探究1．技术路线的演进情景导入技能应用总结提升理实探究2．中国锂电产业的崛起图132024年全球世界动力电池市场份额占比敢为人先建学科，中国锂电池从无到有1978年，创立固态离子学实验室1988年，第一块固态锂离子电池诞生情景导入技能应用总结提升理实探究图14

（1）基础研究2．中国锂电产业的崛起图15独辟蹊径立天地中国锂电池实现从跟跑到领跑1997年，建成20万只中试生产线2002年，钴酸锂界面包覆技术决胜全固态电池电动中国之梦指日可待2016年，提出“原位固态化技术路线”2023年，量产360Wh/kg的固态电池通过不断的技术创新和产品迭代，推出了一系列具有里程碑意义的锂电池产品。凝聚态电池神行超充电池为实现产品的高品质和高可靠性，宁德时代依托智能化手段，让人工智能与大数据有机结合，使得产品线更透明，品质可追溯。工厂平均每1秒可生产1个电芯，缺陷率仅为十亿分之一。情景导入技能应用总结提升理实探究图16图17

（2）企业创新2．中国锂电产业的崛起发布日期发布单位政策名称主要内容2024年5月工信部《锂电池行业规范条件(2024年本)》引导企业减少单纯扩大产能的制造项目，加强技术创新、提高产品质量、降低生产成本。2024年5月工信部《锂电池行业规范公告管理办法(2024年本)》使用三元材料(镍钴锰酸锂)的能量型单体电池能量密度≥230Wh/kg，电池组能量密度≥165Wh/kg；使用磷酸铁锂的能量型单体电池能量密度≥165Wh/kg，电池组能量密≥120Wh/kg。2023年12月发改委等部门《关于加强新能源汽车与电网融合互动的实施意见》加大动力电池关键技术攻关，在不明显增加成本的基础上将循环寿命提升至3000次及以上，攻克高频度双向充放电工况下的电池安全防控技术。情景导入技能应用总结提升理实探究

（3）产业政策2．中国锂电产业的崛起表1典型的产业政策发布日期发布单位政策名称主要内容2023年7月工信部等部门《制造业可靠性提升实施意见》提升动力电池健康状态评价、使用寿命评价、安全性及故障预警、低温适应性等可靠性和耐久性测试评价能力。2023年6月财政部等部门《关于进一步构建高质量充电基础设施体系的指导意见》严格充电基础设施建设、安装质量安全管理，建立火灾、爆炸事故责任倒查制度。持续优化电动汽车电池技术性能，加强新体系动力电池、电池梯次利用等技术研究。2023年1月工信部等部门《关于推动新能源电子产业发展的指导意见》提高锂、镍、钴等关键资源保障能力，加强替代材料的开发应用情景导入技能应用总结提升理实探究

（3）产业政策2．中国锂电产业的崛起表1典型的产业政策情景导入技能应用总结提升理实探究科普文章手机汽车离不了，锂电相伴真重要。七十年代原型造，八十年代基础牢。九一索尼商业化，数码时代掀热潮。一零之后技术爆，新能储能领风骚。中国逆袭真给力，全链布局无人比。刀片凝聚神行快，技术全球数第一。六成市场手中握，宁德比亚迪标杆立。固态锂硫再突破，引领绿能创奇迹。锂电乾坤情景导入技能应用总结提升总结提升理实探究📘

知识总结🚀

思维提升📅

技术路线：惠廷厄姆原型→古迪纳夫钴酸锂→阿尔芒摇椅模型→索尼商业化→铁锂/三元成熟→刀片电池→固态发展🔄

技术迭代：每一项突破都站在前人肩上，持续优化方能演进🏭

中国崛起：全产业链布局、核心技术突破、市场份额领先🧩

系统思维：产业成功=基础研究+企业创新+产业政策协同📝

科普传播：打油诗讲技术，让消费者看得懂、信得过💬

用户思维：技术再强，也要让用户听懂、建立信任📌

岗位能力跃迁：会梳理技术脉络→能看懂产业格局→懂通俗讲专业故事→成为复合型技术人才表2总结提升谢谢！希望本次课程对你有所启发！锂离子电池原理与关键材料技术任务2:辨识基本组成项目1:初识锂离子电池

情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究某电池企业的技术培训生小刘，刚入职就被安排到新产品开发组。项目经理给他布置了一个入门任务：手绘一张圆柱形锂离子电池的内部结构示意图，并标注出每个组成部分的名称和主要作用，作为新员工培训材料。锂离子电池的组成构造？有哪些核心构件和辅助构件？情景导入技能应用总结提升理实探究目录理实探究1．核心构件2．辅助构件情景导入技能应用总结提升理实探究最重要和最贵的组分，决定了容量、电压和能量密度等关键性能指标。钴酸锂结构示意图三元锂结构示意图磷酸铁锂结构示意图锰酸锂结构示意图常用的正极材料有钴酸锂、三元锂、磷酸铁锂和锰酸锂等。1．核心构件

（1）正极材料在充电时接收从负极迁移过来的锂离子并将其嵌入自身结构中进行存储，在放电过程中则释放嵌入的锂离子，让其重新迁移回负极。情景导入技能应用总结提升理实探究负极的性能直接影响电池的容量、充电速度和循环寿命等，是决定电池整体性能的重要因素之一。1．核心构件

（2）负极材料常用的负极材料有天然石墨和人造石墨等。石墨市场份额负极材料在充电过程中接收从正极迁移过来的锂离子并将其嵌入自身结构中，而放电时则将嵌入的锂离子释放回正极情景导入技能应用总结提升理实探究根据形态，分为液态、固态和半固态1．核心构件

（3）电解液电解质分类电解液通常把锂盐溶解在有机溶剂中配制而成，锂盐主要有六氟磷酸锂和四氟硼酸锂等，有机溶剂主要有碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯等。为锂离子在电池正负极之间的迁移提供了必要的介质，没有电解液的传导，锂离子无法在正负极之间自由移动。情景导入技能应用总结提升理实探究具有较高的孔隙率和良好的透气性，能够在保证锂离子自由通过的前提下，有效地分隔正负极，防止电池内部短路。1．核心构件

（4）隔膜隔膜的SEM示意图隔膜的种类繁多，但一般采用的是聚烯烃多孔膜，如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）。情景导入技能应用总结提升理实探究电极材料本征电导率普遍低于10-3S/cm，不能满足电池的高性能需求。导电剂的添加量通常控制为活性物质质量的1%—5%。导电炭黑是目前应用最常见的导电剂，粒径在10-100纳米之间。2．辅助构件

（1）导电剂把化学能转换成的电能传递到外界，承载活性物质。综合考虑，铝和铜是制作集流体的理想材料，二者均具备良好的延展性，能轧制形成厚度仅为10μm超薄集流体。

（2）集流体导电剂的SEM示意图情景导入技能应用总结提升理实探究2．辅助构件外壳是锂离子电池的外部防护结构，为电芯提供物理支撑和防护。外壳根据材质可分为不锈钢、铝和铝塑膜三种，铝塑膜是一种三层复合结构材料，外层由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或尼龙构成，中间层为铝箔，内层则是聚丙烯。

（4）外壳黏结剂能够把活性物质、导电剂与集流体黏结起来，形成稳定的电极结构。黏结剂主要分为水系和非水系两大类。水系黏结剂以羧甲基纤维素（CMC）和丁苯胶乳（SBRL）为代表，非水系黏结剂以聚偏氟乙烯（PVDF）为典型

（3）黏结剂情景导入技能应用总结提升理实探究2．辅助构件极耳温度分布示意图

（5）极耳极耳是连接电池电极与外部电路的部件，主要作用是导出电池内部的电流。通常由导电性能良好的金属材料制成，如铜或铝。特斯拉的4680电池将正负极集流体边缘直接作为导电通道，使热量分布更均匀，循环温升降低15-20℃，同时传导距离缩短60%—80%，内阻降低54%以上。4680电池极耳情景导入技能应用总结提升结构示意图理实探究圆柱形电池结构示意图圆柱形电池电极结构示意图情景导入技能应用总结提升总结提升理实探究📘

知识总结🚀

思维提升🔋

核心构件：正极、负极、电解液、隔膜🔗

构效协同：四者缺一不可，共同决定性能与安全🛠

辅助构件：导电剂、集流体、粘结剂、外壳、极耳🧩

系统配套：辅助件虽小，失效即影响整体📌

锂电池技术人员的入门成长路径：先识结构组成

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再懂材料作用

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后能优化设计表1总结提升谢谢！希望本次课程对你有所启发！锂离子电池原理与关键材料技术任务3:区分类型和特点

项目1:初识锂离子电池

情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究鲲鹏电池弹匣电池2.0神行超充电池金钟罩电池某电池企业主管丢给小刘一份名单，上面写着：鲲鹏电池、弹匣电池2.0、神行超充电池、金钟罩电池。主管说：“这些都是行业里热门的电池技术，你去查一查，它们分别属于哪种类型的电池？各自有什么技术特点？我们要评估哪些适合公司的下一代产品。”情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究小刘有点懵：这些名字听起来像是营销术语，根本不是标准的电池分类。锂离子电池是怎么进行分类，有什么优点和缺点？情景导入技能应用总结提升理实探究目录理实探究1．分类方法2．性能特点情景导入技能应用总结提升理实探究按照正极材料分类，主要可分为磷酸铁锂电池、三元锂电池、钴酸锂电池和锰酸锂电池。磷酸铁锂电池具有高安全性和长循环寿命的优点，广泛应用于电动汽车和储能系统。三元锂电池能量密度高和低温性能好，常应用于电动汽车和消费类电子产品。钴酸锂电池以高能量密度和优异循环性能著称，主要应用于对体积和重量敏感的消费电子产品。锰酸锂电池成本较低，安全性较好，适用于电动工具、电动自行车等领域，但其循环寿命和能量密度有待提升。1．分类方法

（1）按照正极材料分类情景导入技能应用总结提升理实探究按照外壳材质分类，分为刚性外壳锂离子电池和软包锂离子电池，其中刚性外壳包括钢壳与铝壳。1．分类方法

（2）按照外壳材质分类钢壳锂离子电池采用镀镍钢板或不锈钢封装，密封性优异且成本低廉。铝壳锂离子电池以铝合金为主体，重量较钢壳减轻30%—40%，且具备良好的散热性和抗腐蚀性。刚性外壳电池软包电池的外壳采用铝塑复合膜封装，具有轻量化、高能量密度、安全性突出和设计灵活的优势，但易被尖锐物刺穿，机械强度低。软包电池情景导入技能应用总结提升理实探究生产工艺成熟，自动化程度高，成本低，规格统一，易于采购和替换。采用刚性外壳，因此具有良好的机械强度，有效抵御外部冲击和振动。较大的表面积/体积比，有助于散发电池在充放电过程中产生的热量。主流的锂离子电池外形主要分为圆柱形锂离子电池和方形锂离子电池。圆柱形电池1．分类方法

（3）按外形分类情景导入技能应用总结提升理实探究1．分类方法

（3）按外形分类圆柱形锂离子电池在装车时，圆与圆之间、圆与箱体边角之间必然产生无法利用的三角形或弧形间隙，导致理论最大排布效率约为78.5%。方法：增大电芯直径和高度。效果：传统18650（18×65mm），需要约7000个才能做一辆车；而4680（46×80mm）：仅需约960个。优势：电芯数量减少，意味着电池支架、汇流排、绝缘膜等结构件大幅减少，有效释放了内部空间，进而提升电池包级的体积利用率。情景导入技能应用总结提升理实探究方形电池的设计灵活性强，可进行大范围的定制化设计，而非局限于固定的直径标准。叠片工艺相比圆柱形电池仅能采用卷绕工艺，方形电池还能利用叠片工艺实现性能突破。叠片工艺将正负极极片和隔膜按照正极—隔膜—负极顺序，逐层叠合在一起，可以使每个极片都有极耳，内阻相对较小，适合大电流放电。1．分类方法

（3）按外形分类情景导入技能应用总结提升理实探究根据电解质的状态和性质，分为液态电解质电池、半固态电解质电池和固态电解质电池。如不特殊说明，通常所说的锂离子电池的电解质就是液态电解质。液态电解质由有机溶剂和锂盐组成，具有高导电性和良好的润湿性，支持高倍率充放电，并且生产工艺成熟，成本较低。然而，液态电解质存在易挥发和易燃烧的风险，且低温性能差。1．分类方法

（4）按电解质分类情景导入技能应用总结提升理实探究截至2024年底，全球已探明锂资源量达9800万吨金属锂当量，折合约5.2亿吨碳酸锂当量（LCE），从需求端来看，2024年全球锂资源消耗量约118.9万吨LCE，现有锂资源理论上可支撑超400年。2025年1月8日，自然资源部中国地质调查局发布消息我国锂矿储量全球占比由6%提升至16.5%，排名从第六位升至第二位。野外勘查锂资源大柴旦盐湖①

资源丰富2．性能特点

（1）优点情景导入技能应用总结提升理实探究能量密度高可达200-300Wh/kg，相较于传统铅酸电池50-70Wh/kg的能量密度，有着质的飞跃。②循环寿命长在正常充放电条件下，循环次数可达3000次左右，部分甚至更多。④电压高单个锂离子电池的平均电压达3.2V以上，约为镍镉或镍氢电池的3倍。③2．性能特点

（1）优点情景导入技能应用总结提升理实探究充放电速度快主流快充技术已实现4C倍率，即15分钟充至80%。⑤无记忆效应不存在记忆效应，无需在充电前刻意把电量耗尽，而是可随时进行充电操作。⑦自放电率低在未使用时，电量的自然损耗极小，通常自放电率每月可控制在2%以内。⑥2．性能特点

（1）优点情景导入技能应用总结提升理实探究低温环境下，电解液黏度在0℃以下会急剧增加，致使锂离子迁移速度减缓和电荷传递阻抗增大，进一步造成充放电效率和续航显著下降。研究数据显示，当-20℃时，电池可用容量会降至常温状态的50%—60%。①

低温性能差2．性能特点

（2）缺点情景导入技能应用总结提升理实探究锂离子电池内部电化学体系活跃，一旦出现使用不当，如过充、过放、短路等操作失误，或遭受高温、撞击等极端环境影响，可能触发电解液分解、电极材料热失控等连锁反应，甚至引发燃烧、爆炸等安全事故。②

安全性差2．性能特点

（2）缺点情景导入技能应用总结提升理实探究三元锂电池富含镍钴锰等重金属，如果将其随意丢弃在野外，重金属会渗透到土壤中，对环境造成污染，严重危害人的身体健康。此外，电池中的电解质六氟磷酸锂也会与空气中的水反应，形成有毒气体氟化氢，对人的骨骼、皮肤以及呼吸道造成危害，影响人的身体健康③

回收利用难类别潜在危害正极材料与水、酸、强氧化剂等物质发生反应，引起重金属污染，改变土壤pH电解质有强烈腐蚀性，同水反应产生剧毒物质隔膜遇火会燃烧生成醛类物质负极材料有粉尘污染，遇明火容易爆炸

（2）缺点2．性能特点表1电池组分潜在危害情景导入技能应用总结提升产品分析理实探究电池名称所属企业本质类型（按正极/外壳/外形）核心技术特点鲲鹏电池奇瑞汽车磷酸铁锂电池/方形/液态结构创新，提升体积利用率，强调安全弹匣电池2.0广汽埃安三元/磷酸铁锂可选/方形/液态系统级安全设计（耐热+隔热+主动冷却）神行超充电池宁德时代磷酸铁锂/方形/液态超快充（4C-5C），低温性能优化金钟罩电池吉利骑车磷酸铁锂/方形/液态高安全（航天级隔热材料，无热蔓延）小刘学完电池的分类和性能特点，查阅各家企业的公开资料，将这些“品牌化”的技术名称归类解析，整理出如下对比表：表2产品分析情景导入技能应用总结提升总结提升理实探究📘

知识总结🚀

思维提升📂

分类方法：按正极材料、外壳材质、外形、电解质🔍

多维分类：建立标准化分类体系，是拆解复杂技术概念的基础🔋

性能特点：资源丰富，但低温差、有安全风险、回收难🧠

认知本质：优势远大于劣势📌

岗位能力跃迁：辨营销术语→查技术实质→按标准分类→懂性能边界表3总结提升谢谢！希望本次课程对你有所启发！锂离子电池原理与关键材料技术任务4:明确应用与标准项目1:初识锂离子电池

情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究锂离子电池已渗透生活方方面面，，其中充电宝几乎是人人必备的出行用品。但这款普通产品一旦不合规，就会引发严重问题。某数码品牌售后客服小秦，一周内接到27起投诉：客户购买的充电宝在机场安检被拦，无法带上飞机。客户情绪激动，要求全额退货，还指责品牌虚假宣传。负面评价扩散后，店铺评分骤降0.3分，产品销量明显下滑。客服总监要求小秦3天内查清根源。锂离子电池有哪些应用领域，应用时要遵循哪些标准？情景导入技能应用总结提升理实探究目录理实探究1．应用领域2．标准体系情景导入技能应用总结提升理实探究典型的产品：智能手机、笔记本电脑、平板电脑和可穿戴设备，特点：小型化、低功耗，对电池的能量密度、体积重量比、循环寿命及安全性有着严苛要求。钴酸锂离子电池和三元锂离子电池占据市场主导地位，2024年二者合计市场占比超70%。1．应用领域

（1）消费电子领域随着智能可穿戴设备和折叠屏手机等新兴产品的崛起，催生了对定制化、可变形锂离子电池的需求，为消费锂离子电池市场开拓了新的增长空间。折叠屏手机可穿戴设备情景导入技能应用总结提升理实探究新能源汽车的快速普及减少了温室气体排放，成为全球可持续发展的重要推动力。铅酸电池是最早应用于汽车的电池类型之一，但能量密度低，续航里程短，且充电时间长，已难以满足新能源汽车对高效、长续航的需求1．应用领域

（2）动力电池领域气候变化氢燃料电池通过氢气与氧气的电化学反应产生电能驱动车辆。发电效率高，能达到40%—60%，对环境十分友好，续航里程也较长。不过燃料电池面临诸多难题，如氢气的制取、储存和运输成本高昂，加氢基础设施建设极度匮乏，极大地限制了其大规模商业化应用。因此，燃料电池汽车当前在全球新能源汽车市场渗透率仍不足1%。氢燃料汽车情景导入技能应用总结提升理实探究锂离子电池在新能源汽车动力电池领域占据超过99%的市场份额，得益于六大优势：高的能量密度，量产电池包系统能量密度已达到120—300Wh/kg水平。具备优异的功率特性，能够满足车辆瞬间加速、爬坡等高功率输出需求。高效回收制动能量，提升了车辆的动力性能和能源利用效率。长循环寿命，优质电芯在深度充放电条件下可达3000次以上循环。1．应用领域

（2）动力电池领域情景导入技能应用总结提升理实探究受益于材料创新、工艺优化和规模效应，动力电池成本降幅超过80%。1．应用领域

（2）动力电池领域常温环境下：电量10%-70%充电，仅需5分钟；10%-97%充满，仅需9分钟。-30℃极寒环境下，10%-97%充电时长，仅比常温环境多3分钟，充电速度的提升，大大缓解了用户的补能焦虑。比亚迪汽车闪充情景导入技能应用总结提升理实探究储能的方式：抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等、铅酸电池储能和锂离子电池储能等。抽水蓄能需要依赖4亿立方米水体和100米落差的特定地理条件。压缩空气储能则需要2000万立方米、30-50MPa压强的储气空间，对基础设施要求极高。以存储1亿kWh能量为例，锂离子电池质量仅需要约50万吨，还不受地理条件限制。1．应用领域

（3）储能领域风电和光电受自然条件限制，电力输出可能在短时间内大幅波动，如果直接接入到电网中，就很容易造成电网失衡，成为所谓的“垃圾电”。风光储能情景导入技能应用总结提升理实探究可分为国内标准、国际标准和国外标准三大类。①

国家标准代号是“GB”，具体有GB、GB/T和GB/Z三种类型，分别代表强制性标准、推荐性标准和指导性技术文件。②

行业标准是在没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一技术要求的情况下制定的，例如YS代表有色金属行业、HG代表化工行业等。③

地方标准是指在某些区域使用的标准，代号为“DB”加上相应行政区划代码，例如DB37代表山东省的地方标准。⑤

企业标准由企业自主制定，代号为“Q”，是企业内部执行的技术规范。④

团体标准是学会、协会、商会、联合会、产业技术联盟等社会团体协调制定，代号以“T”开头。（1）国内标准又包括国家标准、行业标准、地方标准、团体标准和企业标准。2．标准体系情景导入技能应用总结提升理实探究①

国际标准主要由ISO和IEC等国际组织制定，代表全球技术共识。②

国外标准则指美国国家标准学会（ANSI）、欧洲标准化委员会（CEN）和日本工业标准协会（JISC）)等国家或区域标准化机构制定的标准，广泛应用于国际贸易与技术交流中。（2）国际层面看，标准有国际标准国外标准两大类。2．标准体系情景导入技能应用总结提升理实探究类别标准号标准名称标准简介国家标准GB/T45565-2025锂离子电池编码规则规范锂离子电池编码，赋予电池唯一身份编码，覆盖从单体电池到电池系统的全层级产品，实现全生命周期流程管控。行业标准QC/T743电动汽车用锂离子动力蓄电池规范电动汽车用锂离子动力蓄电池的技术要求和测试方法，在行业内广泛应用地方标准DB37/T4823-2025锂离子电池储能性能测试及评价规范规定了锂离子电池储能核心部件测试、锂离子电池储能电站并网性能测试及安全评估方法。2．标准体系表1典型的标准

情景导入技能应用总结提升理实探究类别标准号标准名称标准简介团体标准T/SPSTS045-2023锂离子电池行业机器安全评估指南规定锂离子电池制造机器的数据信息安全、功能安全评估、风险评估的要求。企业标准Q/0400SJG001-2025锂离子电池规定锂离子电池的术语、定义和符号、分类、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存。国际标准ISO12405-1:2011电驱动车辆—锂离子动力电池包及系统测试规程第1部分：高功率应用针对高功率型电池的测试规程，为整车厂提供可选择的测试项和方法2．标准体系表1典型的标准

情景导入技能应用总结提升理实探究2025年6月，因部分充电宝电芯原材料存在缺陷，极少数产品在使用中可能出现过热现象，极端场景下存在燃烧风险。深圳罗马仕科技有限公司和安克创新科技股份有限公司主动召回部分批次产品。自2024年8月1日起，未获得CCC认证证书和标注认证标志的锂离子电池和电池组、移动电源，不得出厂、销售、进口或者在其他经营活动中使用，其依据的标准为GB31241-2022《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全技术规范》等。2．标准体系燃烧的充电宝情景导入技能应用总结提升理实探究问题诊断违规类型具体表现对应标准/法规依据（本节课知识点）拦截后果容量超标额定能量超过100Wh（约27000mAh）中国民用航空局《锂电池航空运输规范》禁止随身携带，也禁止托运标识缺失/模糊无额定能量、额定容量、电压标识，或标识磨损无法辨认GB31241-2022《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全技术规范》禁止随身携带无CCC认证产品本体和包装上无CCC强制认证标志国家市场监管总局2024年第10号公告：2024年8月1日起，未获CCC认证的充电宝不得销售禁止销售+机场拦截产品缺陷存在鼓包、漏液、外壳破损、接口松动等问题GB31241-2022安全性能要求禁止随身携带，存在安全隐患表2违规原因诊断表

情景导入技能应用总结提升总结提升理实探究📘

知识总结🚀

思维提升📱

应用领域：消费电子、动力电池、储能🎯

场景适配：不同领域对性能要求不同📜

标准体系：国标/行标/地标/团标/企标；国际/国外标准📏

标准先行：标准是底线，不合规就有风险📌

岗位能力跃迁：识标准→知应用→懂合规→避风险表3总结提升谢谢！希望本次课程对你有所启发！锂离子电池原理与关键材料技术任务1:分析物质构成项目2:探究锂离子电池工作原理

情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究某电池材料企业接到生产任务，需制备1吨磷酸铁锂（LiFePO4）正极材料，用于新型动力电池的研发项目。物质是有什么构成，怎么表示物质的构成？技术员小孙需要核算出碳酸锂（Li2CO3）原料的理论用量，为采购部门提前备料提供依据。碳酸锂情景导入技能应用总结提升理实探究目录理实探究1．组成微粒2．定量表示3．晶体类型情景导入技能应用总结提升1．组成微粒理实探究原子的直径非常小，数量级为埃（10−10米），是构成我们周围一切物质的基础原子的表示方式可以用汉字，也可以用符号表示，像锂原子的化学符号是Li，铁原子的化学符号是Fe。锂原子结构示意图原子由位于中心的原子核和绕核运动的电子组成，原子核又由带正电的质子和不带电的中子组成。

（1）原子情景导入技能应用总结提升理实探究原子受到外界能量影响时，核外电子可能获得能量脱离原子，或原子捕获额外的电子，从而打破电荷平衡，形成带有电荷的粒子，这便是离子。钴酸锂、三元锂、磷酸铁锂和锰酸锂等正极材料均由离子构成在锂离子电池中，离子的作用贯穿了能量存储与释放的全过程。锂离子的迁移速率、嵌入与脱出的难易程度，直接决定了电池的充放电速度、容量和循环寿命。1．组成微粒

（2）离子情景导入技能应用总结提升理实探究分子是原子通过共价键结合而成的微观粒子，是保持物质化学性质的最小单位。锂离子电池中使用的有机溶剂、聚偏氟乙烯粘结剂、聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜以及含有特定功能的小分子添加剂也是由分子构成的。分子之间存在相互作用力，这种力虽然比化学键弱，但对物质有很大的影响。碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二甲酯（DMC）是锂离子电池常用的溶剂，它们的分子间作用力不同，导致黏度和离子导电率有着显著的区别。1．组成微粒

（3）分子情景导入技能应用总结提升理实探究化学式是用元素符号和数字的组合来表示物质组成的式子，就像物质的“身份证”，表达了组成物质的元素和元素原子之间的数量关系。碳酸乙烯酯的化学式是C3H4O3，表明其是由碳元素、氢元素和氧元素构成的，而每个碳酸乙烯酯分子又是由3个碳原子、4个氢原子和3个氧原子组成。2．定量表示

（1）化学式情景导入技能应用总结提升理实探究若为原子直接组成的物质，用元素符号作为其化学式，如金属锂的化学式是Li。若为分子构成的单质，在元素符号右下角标注数字表明分子所含原子个数，如O₂。若为离子化合物，如LiFePO4、Li2CoO2，化学式根据阴阳离子的电荷平衡确定。若为共价化合物，如H2O、CH4，需要依据分子中原子的实际结合情况书写。2．定量表示

（1）化学式情景导入技能应用总结提升理实探究化合价是元素在形成化合物时表现出来的一种性质，反映了元素的一个原子得失电子的能力。在化合物中，各元素正负化合价的代数和为零。这一规律既是计算化合物中未知元素化合价的依据，也是根据元素化合价书写化学式的准则。以LiFePO4为例，已知锂元素的化合价为+1，磷元素的化合价是+5，氧元素的化合价是-2，如果设铁元素的化合价为Y，则1×1+1×Y+1×5+1×(-2)=0，那么计算获得铁元素的化合价是+2。2．定量表示

（2）化合价元素名称元素符号常见化合价锂离子电池中的典型化合物锂Li+1（恒定）LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiPF₆镍Ni+2，+3LiNiₓCoyMnzO₂：为+2和+3的混合态，平均价态高于+2钴Co+3（主）LiCoO2锰Mn+2，+3，+4LiMn₂O₄：Mn平均为+3.5；LiFexMn1-xPO₄：主要为+2铁Fe+2，+3+2：LiFePO₄；+3：FePO₄铝Al0，+30：Al（铝箔）；+3：Al2O3（隔膜涂层）氧O-2（绝大多数）LiCoO₂、LiMn₂O₄、C3H4O3碳C+4，+2，-4，0+4：EC；0：石墨、导电炭黑磷P+5LiFePO₄、LiFexMn1-xPO₄、LiPF₆氟F-1LiPF6、PVDF[-(CH₂CF₂)ₙ-]情景导入技能应用总结提升理实探究2．定量表示

（2）化合价表1典型元素的化合价情景导入技能应用总结提升理实探究元素的质量分数，是某元素的质量与组成该物质的各元素总质量之比。在数值上，它等于该元素一个原子的相对原子质量乘以其原子个数，与该物质相对分子质量的比值，通常用百分数表示。2．定量表示

（3）元素质量分数LiCoO₂相对分子质量：(Li)+1(Co)+2(O)=1×7+1×59+2×16=98锂元素的质量分数：1(Li)/98×100%=7/98×100%=7.14%设需要用到的锂辉石质量为Y，根据质量守恒，则：1×7.14%=Y×8.03%×14/30，得Y=1.9吨制备1t的钴酸锂（LiCoO₂），理论上需要多少锂辉石呢（LiAlSi₂O₆，理论Li₂O含量约为8.03%）？锂辉石情景导入技能应用总结提升理实探究1克金属锂中含有8.6×1022个锂原子，如果把这些原子想象成直径仅0.3纳米的微小球体，它们并排排列的长度可绕地球赤道超过400万圈。基于微观粒子在空间排列的差异，人们把固体物质划分为晶体和非晶体。晶体的内部微粒，无论是原子、离子还是分子，在三维空间里按一定规律周期性重复排列。常见的晶体有：金属单质、金刚石、雪花、石英等非晶体内部的微粒排列毫无规律可言。常见的非晶体有：玻璃、石蜡、橡胶和沥青3．晶体类型

（1）分类情景导入技能应用总结提升理实探究在适宜的条件下，晶体能自发地呈现封闭而规则的多面体外形，且这种外形常伴随一定的对称性。“六出飞花入户时”，“六出”对应了雪花晶体六瓣对称的形态“石英六稜锐首”则说明石英晶体规则的六棱外形3．晶体类型

（2）晶体特征情景导入技能应用总结提升理实探究晶体的另一重要特征是各向异性，即物理性质（导热性、导电性、折射率、硬度等）在不同方向上存在差异。3．晶体类型

（2）晶体特征案例：锂离子电池的负极材料石墨晶体，层内碳原子间强烈的共价键使电子易于在同一层内移动，赋予石墨良好的导电性；但层间作用力较弱，电子难以在层间移动，导致石墨在垂直方向上的导电性较差。石墨晶体结构示意图情景导入技能应用总结提升理实探究X射线衍射仪（X-RayDiffraction，即XRD）：科学准确地验证一种物质是否为晶体。X射线衍射仪原理：X射线的波长与原子间距相差不多，约0.01-10纳米。当用X射线照射晶体时，原子中的电子会散射X射线，散射波在满足布拉格方程的方向上产生相长干涉，形成规则的衍射斑点或衍射峰。LiFePO4的X射线衍射图谱应用：在锂离子电池行业，XRD主要用于正负极材料的研发和生产质检，例如，通过分析衍射图谱，就能判断物质是不是晶体，以及它的物相纯度。3．晶体类型

（3）检测仪器情景导入技能应用总结提升用量核定理实探究核算过程：磷酸铁锂相对分子质量：7+56+31+64=158磷酸铁锂中锂质量分数：7÷158×100%≈4.43%所需锂元素质量：1吨

×4.43%=0.0443吨所需碳酸锂质量：0.0443吨

÷18.8%≈0.236吨情景导入技能应用总结提升总结提升理实探究📘

知识总结🚀

思维提升⚛

组成微粒：原子、离子、分子🔗

微观认知：物质由微粒构成，决定化学性质📐

定量表示：化学式、化合价、质量分数🧮

计量思维：用化学计算精准核算原料，实现规划🔬

晶体类型：晶体（规则、各向异性）与非晶体🧩

结构决定性质：微观排列直接决定电池材料性能📌

岗位能力跃迁：识微粒→会计算→判晶体→精配料表2总结提升谢谢！希望本次课程对你有所启发！锂离子电池原理与关键材料技术任务2:拆解性能指标

项目2:探究锂离子电池工作原理

情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究某新能源科技公司接到一批家庭储能系统订单，用户要求电池包具备

“安全可靠、使用寿命长、性价比高”的特点。性能指标磷酸铁锂电芯三元锂电芯单位能量密度160240Wh/kg循环寿命4000次（80%容量保持率）2000次（80%容量保持率）次工作温度范围-20℃～60℃-10℃～50℃℃热稳定性600℃以上才分解200℃左右开始分解—针刺实验不起火、不爆炸起火—相对成本低中高—倍率性能1C充放2C充放—低温性能-20℃容量保持率70%-20℃容量保持率85%—表1公司产品指标情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究怎么评价锂离子电池的性能，有哪些指标？技术员小孙需要初步确定该批家庭储能系统是使用三元锂电芯还是磷酸铁锂电芯？情景导入技能应用总结提升理实探究目录理实探究1．电位2．电压8．一致性3．容量4．能量5．倍率6．内阻7．自放电9．寿命情景导入技能应用总结提升1．电位理实探究电位：也可以被称为电势，定义为电场中某点的电势能与所带电荷的比值，也等于将单位正电荷从零势能面移到该点所做的功。相间电位：当两种不同的相，如固体与液体、两种不同液体，相互接触时，由于界面处的离子、电子或偶极子分布不均匀，会产生电位差。电极电位：是一种关键的相间电位，具体指金属浸入溶液后，金属表面的原子发生溶解或吸附，使界面两侧聚集不同电荷，形成稳定的双电层结构，由此产生的电位差即为电极电位。情景导入技能应用总结提升2．电压理实探究电压：电位的差值，它是衡量电场中两点间电位高低差异的物理量，单位为伏特（V）。电池电压：本质上就是正极的电极电位与负极的电极电位的差值，根据不同的应用场景和测量条件，电池电压又可以划分为括电动势、开路电压、工作电压和截止电压。电压电动势：指电池在热力学平衡状态下，正负极之间的最大电位差，反映了电池将化学能转化为电能的本领。情景导入技能应用总结提升2．电压理实探究开路电压：电池在未接入外电路时，正负极之间的电位差，表征电池在静置状态下的电压。​工作电压：电池在接入外电路正常工作时，正负极之间的电位差。4.1~4.2V2.5~3.0V满电放电2.5V4.2V工作电压放电终止充电终止截止电压：为保证电池安全性和使用寿命而设定的电压临界值。充电截止电压是电池充满电时的最高电压，放电截止电压是电池放电结束时的最低电压。情景导入技能应用总结提升3．容量理实探究容量：在一定的放电条件下可以从电池获得的电量，单位一般为Ah或mAh，1Ah=1000mAh，包括额定容量、实际容量和理论容量。额定容量：反映了电池储存电量的能力，在电池出厂时会明确标注这一参数。水池电池情景导入技能应用总结提升3．容量理实探究实际容量：电池恒流或恒阻放电时，实际放出的电量。恒流放电时，实际容量通过式：C=It恒阻放电时，实际容量可通过式：理论克容量：假设电极材料全部参与电化学反应提供的容量和活性物质的质量之比，单位为mAh/g。拉第常数（F）为每摩尔电子所携带的电荷，单位是C/mol，大小约是96485.34Li计量个数为化学式中锂离子的个数情景导入技能应用总结提升4．能量理实探究能量：电池在一定放电条件下对外做功所输出的电能，广泛用于描述电池的产量和储能能力。单位：Wh、KWh、MWh和GWh（，且1GWh=103MWh=106KWh=109Wh能量密度：也被称为比能量，指单位体积或单位重量的电池能够输出的能量。体积能量密度等于电池的能量除以体积，单位是Wh/L。质量能量密度等于电池的能量除以质量，单位是Wh/kg。情景导入技能应用总结提升5．倍率理实探究倍率：实际充放电电流与额定容量的比值。单位一般为C(C-rate的简写），如1/10C、1/5C、1C、5C、10C等。某电池的额定容量是6Ah，用12A的电流放电，其放电倍率就是2C。换个角度来看，如果用2C的倍率、12A的电流进行放电，0.5小时放电完毕。时率：以一定的放电电流放完电池额定容量所需的时间，单位为小时（h），和倍率互为倒数。情景导入技能应用总结提升6．内阻理实探究内阻：电流流过电池内部所受到的阻力，包括欧姆电阻和极化电阻，单位是Ω，常用mΩ。欧姆电阻：一是电解液、电极材料、集流体、隔膜、极耳等各部件自身的本体电阻；二是各固体部件之间的电子接触电阻。极化电阻：电化学反应时由极化引起的电阻，与电极和电解液界面的电化学反应速度及反应离子的迁移速度有关。充电极化放电极化情景导入技能应用总结提升7．自放电理实探究自放电：在未接入外电路时，电量也会发生损耗，用容量保持率来表示。锂离子电池的自放电程度非常小，优质产品的月容量保持率在98%以上。先以0.2C倍率充满电，在20℃±5℃温度下搁置28天，再以0.2C的倍率放电测定容量，最后搁置后的容量与原容量的比值即为容量保持率。情景导入技能应用总结提升8．一致性理实探究一致性：由于生产工艺上的不同以及工作环境的差异，电池包中单体电池的容量、电压和内阻等性能难免会出现差异。主动均衡：采用能量转移方式，通过特定电路将容量较高的单体电池中的能量定向转移到容量较低的单体电池中，以此实现更精准的均衡。被动均衡：又称能量耗散型均衡，在单体电池上并联电阻来分流，使电量较多的电池通过电阻消耗多余能量，从而实现均衡。情景导入技能应用总结提升9．寿命理实探究使用寿命是电池容量降至规定值前，反复充放电过程中累积的可放电时间总和。(1)循环寿命以次数为单位表征电池循环充放电次数，指理想温湿度、额定充放电电流下，深度充放电至容量衰减到额定容量80%时的循环次数。(3)存储寿命是电池在不工作状态下，容量降至规定值的时间(2)情景导入技能应用总结提升选型评估理实探究综合考虑家庭储能的核心需求（安全第一、寿命优先、成本可控），磷酸铁锂电芯在安全性、循环寿命、成本三个关键指标上均占优势，虽然能量密度和倍率性能略逊于三元锂，但这些指标对家庭储能场景影响较小。因此，建议选用磷酸铁锂电芯。指标磷酸铁锂三元锂选型倾向安全性优一般磷酸铁锂循环寿命优一般磷酸铁锂成本低高磷酸铁锂能量密度一般优三元锂倍率性能一般优三元锂低温性能一般优三元锂表2产品评估情景导入技能应用总结提升总结提升理实探究📘

知识总结🚀

思维提升⚡

电位与电压：开路、工作、截止电压🔋

电压定义：电位差驱动力，决定输出范围📊

容量与能量：额定/实际/理论容量，能量密度🎯

核心指标：决定续航，重中之重🏃

倍率与内阻：倍率表征快充能力，内阻影响发热⚙

性能约束：倍率越高，对内阻要求越严🔄

自放电与一致：自放电损失寿命，一致性是成组前提🛡

品质风控：一致性影响电池包整体寿命⏳

寿命：循环寿命与日历寿命📈

经济评估：寿命长则全生命周期成本低📌

岗位能力跃迁：懂指标→会拆解→能选型表3总结提升谢谢！希望本次课程对你有所启发！锂离子电池原理与关键材料技术任务3:探究充放电机制项目2:探究锂离子电池工作原理

情景导入技能应用总结提升理实探究目录理实探究1．基础知识2．充电过程3．放电过程4．工作模型情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究某锂离子电池企业售后部接到一起重大安全投诉：一位用户的智能手机在夜间充电时突然起火爆炸，引燃了床头柜和床上用品，造成家中数万元财产损失，所幸未造成人员伤亡。技术主管指派技术员小刘负责本次事故的深度分析。经现场初步核查：涉事手机搭载的正是该企业生产的钴酸锂电池；用户使用的是手机原装充电器和数据线；事故发生时手机已连续充电约14小时，处于严重过充状态；电池管理系统未能在电池充满后及时切断充电电源。锂离子电池充电过程的微观本质，有什么注意事项？情景导入技能应用总结提升1．基础知识理实探究化学能与电能的相互转换，并非简单的能量形式切换，而是通过氧化还原反应实现。氧化还原反应的核心在于电子的转移，宏观上表现为元素化合价的升降。

（1）氧化还原反应情景导入技能应用总结提升理实探究钴和氧以共价键结合成层锂离子以静电力平衡于钴氧层间锂离子可逆的嵌入和脱除钴氧锂CoO2-Li+锂失去电子变成Li+钴氧原子团得到电子变成CoO2-晶体结构1．基础知识

（2）正极钴酸锂结构情景导入技能应用总结提升理实探究碳原子以共价键结合形成石墨烯层锂离子进入石墨烯层形成层间化合物（GIC）锂离子可逆的嵌入和脱除石墨烯层以较弱的范德华力结合r（Li+）：0.07nm六个碳原子组成一个环0.34nmr（Li）：0.15nm0.14nm1．基础知识

（3）负极石墨结构情景导入技能应用总结提升理实探究e-1.氧化反应：Co被氧化3.LiCoO2xe--Li1-xCoO2xLi++2.脱锂正极：LiCoO23.xLi+xe-+6C+LixC6负极：石墨1.还原反应2.嵌锂/插锂6CLixC6充电LiCoO2Li1-xCoO2++总反应：+-0<x<1，百分比2．充电过程

（1）充电机理情景导入技能应用总结提升理实探究电能转化成化学能的过程是非自发的，电池制成后，并不能直接使用。化成：对电池进行小电流充电，把内部正负极物质激活。化成时，锂离子、电解液和石墨发生不可逆反应，生成SEI膜。SEI膜对电池性能和寿命非常关键，但会消耗部分锂离子，导致电池容量损失。这部分容量属于“初始不可逆容量”，因发生在出厂前的化成阶段，所以用户首次充电时看到的容量已是化成后的有效容量。全自动化成机2．充电过程

（2）化成情景导入技能应用总结提升理实探究充电阶段：锂离子需经正极脱嵌、电解液迁移、负极嵌入三步完成充电，各步骤都影响充电速度。正极脱嵌阶段：正极表层锂离子快速抽离，内部锂离子补充不及时，导致浓度分布不均。理论上，外界充电功率越高，充电时间越短，然而过快的充电速度会带来负面影响：电解液迁移阶段：电解液中锂离子迁移速度跟不上，会形成浓度差，增加阻力。负极嵌入阶段：石墨嵌入速度有限，多余锂离子会在表面沉积成锂枝晶。2．充电过程

（3）过程阶段情景导入技能应用总结提升理实探究2．充电过程e-+-过充导致钴氧层塌陷，晶体结构被破坏电池容量减少、失效甚至爆炸超过50%的锂离子被释放

（4）过充情景导入技能应用总结提升理实探究e-e-e-+-1.还原反应：Co被还原2.嵌锂/插锂正极：LiCoO2xLi+xe-LiCoO23.Li1-xCoO2++负极：石墨1.氧化反应2.脱锂xLi+xe-+-6C3.LixC6总反应：放电LixC6Li1-xCoO26CLiCoO2++3．放电过程情景导入技能应用总结提升理实探究e-+-e-e-e-+-充电和放电过程中，锂离子总是从高浓度流向低浓度，因此也被称为浓差电池。4．工作模型情景导入技能应用总结提升理实探究e-e-+-在充放电时，锂离子在正负极之间来回穿梭，因此被形象地称为摇椅式电池。4．工作模型情景导入技能应用总结提升事故分析理实探究充电阶段正常充放电反应过充状态下的异常反应引发的安全风险正极脱嵌阶段锂离子缓慢、均匀地从LiCoO₂晶体层间脱出，钴元素化合价从+3升至+4当充电量超过100%后，超过50%的锂离子被强制脱嵌，钴氧层失去锂离子的支撑正极晶体结构发生不可逆塌陷，释放大量热量和氧气电解液迁移阶段锂离子在电解液中平稳迁移，浓度分布均匀持续大电流充电导致电解液中锂离子浓度差急剧增大，产生浓差极化电池内阻骤增，发热加剧，温度快速升高至80℃以上负极嵌入阶段锂离子有序嵌入石墨层间，形成稳定的LiₓC₆化合物石墨层间已被锂离子填满，无法继续嵌入，多余锂离子在负极表面沉积形成尖锐的锂枝晶，不断生长最终刺穿隔膜，导致正负极直接短路表1过充分析

这三个阶段的异常反应叠加，最终引发了电池的热失控，导致起火爆炸。而这次事故的直接原因，就是管理系统失效，未能及时切断充电电源，让电池进入了严重过充状态。情景导入技能应用总结提升总结提升理实探究📘

知识总结🚀

思维提升⚛

氧化还原：电子转移，化合价升降🔋

能量转换：化学能与电能的相互转化🔄

充电过程：Li⁺脱正极→经电解液→嵌负极🧠

三步机理：每步都限制充电速度🔁

放电过程：Li⁺脱负极→经电解液→回正极⚖

逆向过程：自发放电，对外做功🪑

工作模型：摇椅电池（来回穿梭）+浓差电池（浓度驱动）🎯

形象认知：两个比喻助记核心原理📌

岗位能力跃迁：懂机理

→

析事故

→

控过程

→

保安全表2总结提升谢谢！希望本次课程对你有所启发！锂离子电池原理与关键材料技术任务4:运用仿真优化安全项目2:探究锂离子电池工作原理

情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究哪些原因引起锂电池物爆炸？如何通过仿真提升锂电池安全性？某动力电池企业新开发电芯针刺试验已三次烧毁，单次电芯损失超1000元，还拖累研发进度。技术员小刘提议先电脑模拟针刺过程、预测风险、优化设计后再做实物验证，获主管赞同，被要求尽快掌握电池安全仿真技术，设计虚拟仿真替代方案。针刺试验情景导入技能应用总结提升理实探究目录理实探究1．锂枝晶2．热失控3．虚拟仿真情景导入技能应用总结提升1．锂枝晶理实探究形成：锂离子从正极脱出并嵌入负极，锂以锂离子的形式储存在负极。不过当一些异常状况发生时，锂离子获得电子在负极表面生成金属锂，即锂枝晶。危害：锂枝晶生长刺穿隔膜致电池内部短路，短路产热使溶剂汽化燃烧，高温促使正极材料分解释氧加剧燃烧，形成恶性循环，若外壳无法承受内部压力则引发爆炸。

（1）形成和危害锂枝晶SEM示意图情景导入技能应用总结提升理实探究负极插入位点不足时，锂离子难嵌入，会在其表面堆积还原为金属锂，形成锂枝晶。(1)低温环境下，负极溶锂能力下降，锂离子易在表面沉积，锂枝晶形成风险显著增。(2)充电倍率过高时，锂离子在负极表面还原速度快于内部扩散速度，易形成锂枝晶。(3)1．锂枝晶

（2）原因情景导入技能应用总结提升理实探究电池制造中原料不纯、电极涂布不均、环境粉尘等也可能引发锂枝晶产生。(4)负极压实密度过高会导致部分石墨无法参与嵌锂，锂离子在表面沉积，促进锂枝晶形成。(5)1．锂枝晶

（2）原因情景导入技能应用总结提升理实探究优化电池设计，确保负极有足够的插入位点，让锂离子顺畅嵌入。采用新型负极材料，如硅碳复合材料，其更高比表面积和锂离子容纳能力，可降低锂枝晶风险。控制充电过程，避免过倍率充电，防止锂离子在负极表面聚集。严格把控电池制造工艺，防止原材料杂质、涂布不均匀和环境粉尘等因素引发锂枝晶。1．锂枝晶

（3）解决方法情景导入技能应用总结提升理实探究电池遇热滥用且散热差时，易引发内部热反应，持续升温反应加剧，累积热量与气体；反应超临界条件，会短时间释放大量热量、有毒可燃气体，引发燃烧甚至爆炸。2．热失控

（1）定义电池爆炸情景导入技能应用总结提升理实探究输出电能时会产热，热量累积使电池升温至75℃，SEI膜分解，裸露负极与电解液反应。(1)2．热失控

（2）原因电池的温度在135℃上下，隔膜就开始分解，造成内部短路，放热更加剧烈。(3)输出电能时会产热，热量累积使电池升温至75℃，SEI膜分解，裸露负极与电解液反应。(1)电池温度继续升高到115℃左右，LixC6和电解液中的有机溶剂反应，释放热量。(2)情景导入技能应用总结提升理实探究温度进一步上升至230℃，正极活性物质发生分解，产生的氧气促使反应加速。三元材料分解时产生的氧气多、热量也大，所以稳定性远低于磷酸铁锂。(4)2．热失控PVDF和LixC6反应温度在约260℃，反应放热可达1500J/g。(5)

（2）原因情景导入技能应用总结提升理实探究方法：从电池结构设计、制造工艺、原料选择以及电池组管理等途径来考虑预防热失控。2．热失控

（3）方法情景导入技能应用总结提升理实探究《电动汽车用动力蓄电池安全要求》（GB38031-2025）调整：将技术要求从着火、爆炸前5分钟报警，调整为不起火、不爆炸（仍需报警）、烟气不伤及乘员等。热扩散测试示意图新增：底部撞击测试，考查电池底部受到撞击后的防护能力新增快充循环后安全测试，300次快充循环后进行外部短路测试，要求不起火、不爆炸等底部撞击测试示意图2．热失控

（4）标准情景导入技能应用总结提升理实探究可模拟锂电池内部电化学反应，既预测容量、倍率等常规性能，还分析锂枝晶成核与生长机制；通过多孔电极模型，模拟充电策略、负极结构对锂沉积的影响，评估锂枝晶刺穿隔膜的风险阈值，指导电池设计抑制枝晶生长。三元锂电芯正极活性物质颗粒分布模拟基于COMSOLMultiphysics构建的三维模型，可模拟正极活性物质在锂离子脱嵌过程中的体积变化，优化电极结构以减少局部应力集中和正极机械退化。3．虚拟仿真

（1）电化学仿真情景导入技能应用总结提升理实探究热仿真研究电池充放电过程的热生成、热传递与热管理，分析电池生热及与外界的热交换，可呈现电池各部位温度、模拟高温失控过程，为散热系统设计提供参考。3．虚拟仿真

（2）热仿真利用ANSYS仿真软件构建3个单体并联的电池组热模型，研究倍率和电池温度的关系。这为热管理系统（如冷却通道、隔热层）的设计提供依据，从而延缓或阻断热失控的蔓延。热仿真—ANSYS情景导入技能应用总结提升理实探究借助结构力学仿真可分析电池在不同工况下的结构力学性能，分析封装结构、电极材料力学特性等因素，预测电池受外部载荷时的结构完整性，防范结构损坏引发的安全问题。由STAR-CCM+仿真软件构建的单体电池几何模型，可助力理解复杂工况下电池内部结构变化，为电池设计优化与安全性提升提供支持。18650电池几何模型网格单体电池多面体网格3．虚拟仿真

（3）结构力学仿真情景导入技能应用总结提升方案设计理实探究方案设计：电化学仿真：模拟针刺瞬间锂离子浓度分布，预测锂枝晶成核位置。热仿真：计算短路电流产生的焦耳热，预测热点温度和热蔓延路径。结构力学仿真：分析隔膜在针刺过程中的应力变化，评估刺穿风险阈值。耦合分析：综合三场结果，先初步判断电池是否满足针刺实验的要求。情景导入技能应用总结提升总结提升理实探究📘

知识总结🚀

思维提升🧪

锂枝晶：成因（异常析锂）、危害（短路）⚠

风险认知：枝晶高发于高倍率、低温、负极缺陷🔥

热失控：诱因（滥用→放热链→产气燃烧爆炸）🧯

链式反应：单点失控可蔓延至整个电池包💻

虚拟仿真：电化学/热/结构力学三类仿真🛡

降本增效：用仿真替代部分针刺等破坏性试验📌

岗位能力跃迁：拆机理→选仿真→搭替代方案→优化安全表1总结提升谢谢！希望本次课程对你有所启发！锂离子电池原理与关键材料技术任务1:认识正极材料项目3:选用与制备正极材料情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究某电池企业收到一种新型正极材料样品，希望企业用于生产动力电池，材料性能如下表1。检测项目结果说明理论克容量170mAh/g中等水平电极电位3.8VvsLi⁺/Li电位平稳电子导电性较差需添加导电剂化学稳定性良好晶体结构稳定原材料成本较低来源广泛环保性良好无毒无害表1新型正极材料样品基本信息情景导入技能应用总结提升情景导入理实探究正极材料有什么特点，是怎么进行分类的？技术员小孙需要初步判断该新型正极材料的性能水平？情景导入技能应用总结提升理实探究目录理实探究1．性能要求2．材料分类情景导入技能应用总结提升理实探究e-e-e-正极负极电压

=

正极电位

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负极电位正极电位↑，电压

↑（2）氧化还原电极电位尽可能高，使电池输出电压高。（1）锂离子可逆的嵌入和脱出，以完成充放电过程。1．性能要求情景导入技能应用总结提升理实探究高的理论克容量一克材料能存多少电，数值越大，同样的重量就能存更多电，电池自然更轻更耐用。(3)高的导电性电子导电性：导电性好，电子快速到达反应位点，内部的活性物质能参与反应。(4)离子导电性：锂离子在脱嵌过程中阻力小，提高充放电的速率。1．性能要求情景导入技能应用总结提升特点理实探究高的稳定性晶体结构稳定：在锂离子反复脱嵌和氧化还原反应中保持结构完整，避免结构坍塌。(5)界面稳定性：要正极材料与电解液直接接触，要求两者之间不易发生反应。绿色环保涵盖原材料开采、生产制备、使用及废弃回收等各个环节。(6)情景导入技能应用总结提升理实探究把正极材料等同于储存锂离子的架子：

高（电压高）：架子高度要高，对应正极材料电极电位高，输出电压大。

大（容量大）：架子空间要大，对应理论克容量高，单位质量储存更多电能。

稳（性质稳定）：架子结构要稳，对应化学性质稳定，循环寿命长、安全可靠。

好存好取（导电性好）：架子存取要顺畅，对应电子电导率和离子扩散系数高，充放电速率快。

便宜且环保：架子造价低、无污染，对应材料成本低、绿色可持续。1．性能要求情景导入技能应用总结提升理实探究晶体结构2．材料分类根据晶体结构对正极材料进行分类：层状结构氧化物：钴酸锂、三元材料橄榄石结构磷酸盐：磷酸铁锂、磷酸锰铁锂尖晶石结构：锰酸锂、镍锰酸锂情景导入技能应用总结提升理实探究钴酸锂（LiCoO2，简写LCO）

（1）层状结构三元材料：镍钴铝酸锂（LiNixCoyAl1-x-yO2，简写NCA）和镍钴锰酸锂（LiNixCoyMn1-x-yO2，简写NCM）。三元材料2．材料分类情景导入技能应用总结提升理实探究晶体结构图磷酸锰铁锂(LiFexMnyPO4，LFMP)橄榄石结构聚阴离子材料磷酸铁锂(

LiFePO4，LFP)成本低、结构稳定能量密度低高电压（3.24.1）铁：锰=6：4，17%小规模商业化大规模商业化2．材料分类

（2）橄榄石结构情景导入技能应用总结提升理实探究电动自行车尖晶石氧化物晶体结构成本低：比LFP的成本低，且低温性能好电压高：达3.9V，LFP为3.2V，NCM为3.7V安全性：介于LFP和NCM之间锰酸锂：

LiMn2O4，缩写LMO缺点：容易发生锰溶解2．材料分类

（1）尖晶石结构情景导入技能应用总结提升理实探究磷酸铁锂（66%）三元锂（27%）锰酸锂（3.7%）钴酸锂（3.3%）2025年，正极材料出货量达到498.7万吨，同比增长51.5%。磷酸铁锂出货量为394.4万吨，同比增长62.5%。磷酸铁锂是市场份额最多的正极材料，且发展势头强劲。锂电池正极材料出货量占比2．材料分类特点材料表现评价高容量170mAh/g（中等）

一般，未达理想水平高电位3.8V（平稳）

良好导电性好较差

需改进（添加导电剂）化学稳定良好

良好绿色环保良好

良好成本低较低

良好情景导入技能应用总结提升特性诊断理实探究结论：该材料在电位、稳定性、环保性、成本方面表现良好，但容量偏低、导电性较差，需通过改性或添加导电剂提升性能。表2新型正极材料诊断报告表锂离子能大量的可逆脱嵌氧化还原电位尽可能高高的理论克容量高的电子和离子电导率化学稳定性好低成本，绿色环保情景导入技能应用总结提升总结提升理实探究六个特点层状结构氧化物橄榄石结构磷酸盐尖晶石结构氧化物三个分类谢谢！希望本次课程对你有所启发！锂离子电池原理与关键材料技术任务2:选用正极材料项目3:选用与制备