材料人网-锂离子电池入门科普PPT

1、锂离子电池、电池、锂一次电池(也称为锂一次电池、Primary LB )、锂电池(也称为Lithium Battery，LB )、锂二次电池(也称为锂二次电池、Rechargeable LB )、锂60年代的能源危机，20世纪50年代、多种材料被用于锂一次电池，锂一次电池被商品化，锂一次电池得到了很大的发展，锂一次电池的研究开始了。 手表、计算器、植入式医疗器械、Li-MnO2、Li-CuO、Li-SOCl2、Li-SO2、Li-Ag2CrO4等在将锂一次电池商品化的同时，发现许多层状无机硫族化合物与碱金属发生可逆反应。 在嵌入化合物的基础上，锂二次电池诞生，其中最具代表性的是1970年埃克森

2、公司的M.S.Whittingham利用Li-TiS系统，第一次制造了锂电池。 但是，因为那个枝晶引起了严重的安全上的危险，所以没有成功商品化。循环100次形成的锂枝晶、锂二次电池的产生、1 whitinghammss.u.s.patent 4009052.1977 2 whiting hamms.science，1975，192:12 在牛津大学BA (1964 )、MA (1967 )、DrPhil(1968 )获得学位，现在在宾汉姆顿大学工作。 Dr. Whittingham是发明锂离子电池的重要人物，与埃克森公司合作首次制作锂电池后，发现水热合成法可用于电极材料的制造。 该方法现在被拥

3、有磷酸铁锂专利独占使用权的Phostech公司使用。 由于他的出色贡献，1971年被选为电气化学会青年作家奖，2004年被选为电池研究奖，会员。 Manley Stanley Whittingham，锂和过渡金属的复合氧化物，锂离子电池的产生，锂离子电池，比能量，电压，层状结构的石墨，120-150Wh/kg是普通镍镉电池的2-3倍，高度是3.6V 日本索尼公司，锂离子电池与锂电池区别开来，初期的锂离子电池(Li-ion Batteries )是锂电池发展起来的。 在介绍之前，先介绍一下锂电池。 例如，传统相机中使用的扣式电池是锂电池。 锂电池的正极材料是二氧化锰或硫酰氯，负极是锂。 电池组装

4、完成后，电池就会施加电压，不需要充电。 该电池也能充电，但由于循环性能差，在充放电循环中容易形成锂结晶，电池内部短路，所以一般禁止充电。 锂离子电池：碳材料锂电池后，索尼发明了以碳材料为负极，以含锂化合物为正极的锂电池。 充电放电中不存在金属锂，只有锂离子电池。 对电池充电后，电池的正极生成锂离子，生成的锂离子通过电解液移动到负极。 另一方面，作为负极的碳呈层状结构，有很多细孔，到达负极的锂离子被碳层的细孔取入，取入的锂离子越多充电容量就越高。 同样，当电池放电时(使用电池的过程)，埋入负极碳层的锂离子被放出，再次回到正极。 回到正极的锂离子越多，放电容量越高。 目前，所谓锂离子电池，通常是指

5、锂二次电池。 摇椅电池，1 Michel Armand，philippetouzain.graptiteinteralationcompounds.materialscienceandengineering.volume 31，1977 319 -。 Grenoble，1978 3 ARMA BBB.materialsforadvancedbatterynewyork:plenum，1980.145，20世纪80年代初，M.B.Armond首次将锂二次电池的金属锂负极作为锂在新系统中，正极和负极的材料采用了锂离子的嵌入/放出材料。 对电池充电时，正极的含锂化合物放出锂离子，锂离子通过电解液向负

6、极移动。 负极的碳材料呈层状结构，有很多细孔，到达负极的锂离子被碳层的细孔吸藏，吸藏的锂离子越多充电容量就越高。电池放电后(使用电池的过程)，埋入负极碳层的锂离子被放出，再次返回正极。 回到正极的锂离子越多，放电容量越高。 我们通常说的电池容量是指放电容量。 在锂离子电池充放电中，锂离子处于正极负极正极的运动状态。 这就像摇椅，摇椅的两端是电池的两极，锂离子在摇椅的两端往返。 将这种电化学储藏系统在形象上称为“锁定汽车蜂窝”。 Armand教授是锂离子电池的创始人之一，是国际学术和产业界公认的、在电池领域具有原创创新成果的电池专家。 Armand教授的主要独创学术贡献是在1.1977年首次发现

7、和提出石墨锂化合物作为二次电池的电极材料。 在此基础上，1980年首次提出了“摇椅电池”的概念，解决了锂负极材料的安全性问题。 2.1978年，首次提出将高分子固体电解质应用于锂电池。 3.1996年，提出了将离子液体电解质材料应用于色素敏化太阳能电池。 4、碳包复解决了磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料的导电问题，为动力电池和电动汽车的产业化奠定了基础。 M. Armand、锂离子电池商品化，1990年日本SONY公司正式发布了LiCoO2/石墨这种锂离子电池，该电池成功利用能可逆释放锂的碳材料代替金属锂，锂二次电池的循环寿命低，安全性差象征着电池工业的革命。 1 Nagaura、T. US

8、5273842-A发明者： NAGAURA T、YAMAHIRA T专利权人和代码：SONY CORP(SONY-C )、锂离子电池特征、镍镉(Ni/Cd )、镍氢(锂离子电池的主要特征如下：锂离子电池的优点、无环境污染、绿色电池、输出电压高、能量密度高、安全、循环性好、自放电率小、快速充放电、充电效率高， 锂离子电池工作原理锂离子电池的工作原理图schematicrepresentationandoperationpripleofrechargeablelithiumionbattery将锂离子电池的充电过程称为恒流急速充电阶段(灯为红色) 如果研究锂离子电池的原理，锂离子电池的过充放电会给

9、正负极带来永久性的损伤。 过放电会使负极碳片层的结构崩溃，崩溃会导致充电中锂离子无法插入的过充电，过剩的锂离子被吸入到负极碳结构中，其中一部分锂离子无法放出。 锂离子电池保持性能最佳的充放电方式是浅充浅放。 电池内阻电池的内阻是指电池工作时，在电池内部流过电流的电阻。 由欧姆内阻和极化内阻两部分组成。 如果电池的内部电阻值大，则电池的放电动作电压降低，放电时间变短。 内阻的大小主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。 电池内阻是测量电池性能的重要参数。 锂离子电池的性能参数指标、电池容量电池容量有额定容量和实际容量的差异。 锂离子电池将在常温、定电流(1C )、定电压(4.2V )控制

10、的充电条件下，在充电3h、进而在0.2C下放电到2.75V时所释放的电量规定为其额定容量。 电池实际容量是指电池在一定的放电条件下放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响(严格地说，电池容量必须指定充放电条件)。 容量单位： mAh、Ah(1Ah=1000 )。 动作电压也称为端子电压，是指电池工作的状态，也就是电路中流过电流时电池正负极之间的电位差。 在电池的放电动作状态下，如果在电池内部流过电流，则不需要克服电池的内阻引起的电阻，所以动作电压总是比开路电压低，充电时相反。 锂离子电池的放电工作电压为3.6V左右。开路电压和工作电压开路电压是指电池处于非工作状态时，即在电路中没有电流流动时

11、，电池正负极之间的电位差。 一般来说，锂离子电池在满充电后开路电压为4.14.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右。 通过检测电池的开路电压，可以判断电池的充电状态。 放电平台时间放电平台时间是指电池满充电时，放电到某个电压的放电时间。 例如，对某三维电池，测定其3.6V的放电阶段时间，以恒定电压充电至电压达到4.2V，充电电流小于0.02C时停止充电并满充电后，放置10分钟，以任意倍率的放电电流放电至3.6V时的放电时间是该电流下的放电阶段时间。 由于使用锂离子电池的电气设备的工作电压有电压要求，所以如果低于要求值，有时会不工作。 因此，放电平台是测量电池性能好坏的重要标准之一。 充放电倍

12、率充放电倍率是指电池在规定的时间内释放其额定容量所需的电流值，1C与电池的额定容量数值相等，通常用字母c表示。 如果将电池的标称额定容量设为10Ah，则10Ah为1C(1倍率)，5A为0.5C，100A为10C等。 自放电率自放电率也称为带电保持能力，是指电池处于开放状态，蓄积在电池中的电力在一定的条件下保持的能力。 主要受电池的制造技术、材料、储藏条件等的影响。 是测量电池性能的重要参数。 充电效率和放电效率的充电效率是指将电池在充电中消耗的电力转换成电池能储藏的化学能的程度的尺度。 主要受电池技术、配方和电池工作环境温度的影响，一般环境温度高，充电效率低。 所谓放电效率，是在一定的放电条件

13、下放电到终点电压的实际电量与电池的额定容量之比，主要受放电倍率、环境温度、内部电阻等的影响，一般放电倍率越高放电效率越低。 温度越低，放电效率越低。 循环寿命电池的循环寿命是指电池容量下降到某规定的值时，电池在某个充放电制度下所经历的充放电次数。 锂离子电池GB规定了在1C条件下对电池进行500个循环后的容量保持率为60%以上。 锂离子电池类型，1，圆柱型锂离子电池，3，硬币型锂离子电池，4，薄膜锂离子电池方形锂离子电池(prismLi-ionbattery )，圆柱型的外观和内部结构如图所示，通常为正负极和隔板下图还包含正温度系数端子(PTC )和安全阀(Safety Vent )等安全部件

14、。 圆柱型锂离子电池(Cylindrical Li-ion Battery )、方形锂离子电池的外观和内部结构如图，其主要部件与圆柱型锂离子电池类似，主要由正负极和电解质、外壳等部件构成。 通常，在电解质为液状的情况下，如果使用使用钢壳的聚合物电解质，则可以使用铝制的包装材料。 方形锂离子电池(Prismatic Li-ion Battery )除圆柱型锂离子电池和方形锂离子电池外，还有硬币型锂离子电池(Coin Li-ion Battery )，该电池结构简单，用于科学研究测试硬币型锂离子电池(Coin Li-ion Battery )、薄膜型锂离子电池是锂离子电池发展的最新领域，它的厚度可

15、以达到毫米到微米级，是银行防盗跟踪系统、电子防盗保护、微气体传感器、微薄膜型锂离子电池(Thin Film Li-ion Battery )中常用的锂离子电池的主要构成要素、正极材料、负极材料、隔膜、电解液、外装、锂离子电池的主要构成要素中常见的材料、能量越高， 电动汽车行驶距离越远电力越高，电动汽车的加速、爬坡性能越好，电动汽车安全性的决定因素循环性越好，电动汽车的寿命越长，能量越高，比电力大，自放电越少，价格便宜，使用寿命长的安全性越好， 锂离子电池的正极材料的要求是以正极材料的理论电容量计算正极材料Li离子完全脱离时转移的电量为96500C (96500 C/mol为法拉第常数)为单位已

16、知的mAh/ g是每克电极材料的理论放电量：1mah=1 以安培360秒=3.6C磷酸锂电池LiFePO4为例，由于LiFePO4的分子量为157.756 g/mol，因此他的理论电容为96500/157.756/3.6=170 mA h/g，可以比较常见的正极材料及其性能安全性差、价格高、合成困难、衰减严重，LiNiO2，未来锂离子电池正极材料的发展方向是，在动力电池领域锰酸锂和磷酸铁锂是最有希望的正极材料。 两者对钴酸锂具有更强的价格优势，具有优异的热稳定性和安全性。 在通信电池领域，三元素复合材料和镍酸锂是最有可能取代钴酸锂的正极材料。 三元素比钴酸锂的价格优势和安全性高，镍酸锂的容量高。 1997年Padhi和Goodenough发现了具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸铁锂(LiFePO4 )，其安全性比传统正极材料高，特别是耐高温、耐过充电的性能远远超过传统锂离子电池材料。 因此，已经成为现在主流的大电流放电的锂离子电池的正极材料。 A.K. Padhi，k.s.nanjundaswamy andj.b.goodenophospho-olivinesaspositive-electroledmatesforrechargeablelithiumbateries.El No. 4 April 1997、