PX-0002-鋰離子動力電池簡介

1、1鋰離子動力電池簡介2目目 錄錄一一鋰電池鋰電池基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識知識二二鋰離子動力電池類型及特性鋰離子動力電池類型及特性三三鋰離子動力電池的應(yīng)用鋰離子動力電池的應(yīng)用3一、鋰電池基礎(chǔ)知識一、鋰電池基礎(chǔ)知識1.1.電池基本概念電池基本概念電壓(V)： 開路電壓：指電池在沒有連接外電路或者外負(fù)載時(shí)的電壓。開路電壓與電池的剩余能量有一定的聯(lián)系，電量顯示就是利用這個(gè)原理。一般情況下鋰離子電池充滿電后開路電壓為4.1-4.2V，放電后開路電壓為3.0V，通過對電池開路電壓的檢測，可以判斷電池的荷電狀態(tài)。 工作電壓：是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流流過時(shí)電池正負(fù)極之間的電勢差。在電池放電工作狀態(tài)下，當(dāng)電流流過

2、電池內(nèi)部時(shí)，必須克服內(nèi)阻的阻力，故工作電壓總是低于開路電壓。 放電截止電壓：指電池充滿電后進(jìn)行放電，放完電時(shí)達(dá)到的電壓（若繼續(xù)放電，則為過度放電，對電池的壽命和性能有損傷)。 充電限制電壓：充電過程中由恒流變?yōu)楹銐撼潆姷碾妷骸?一、鋰電池基礎(chǔ)知識一、鋰電池基礎(chǔ)知識2.電池容量（Ah） 定義：電池容量是指電池所能夠存儲的電量是多少，容量是電池電性能的重要指標(biāo)，它是由電極的活性物質(zhì)決定。 容量用C表示，單位用Ah（安時(shí))或mAh（毫安時(shí)）表示。 公式：C=It，即電池容量（Ah）=電流（A）*放電時(shí)間（h）。 容量為10安時(shí)的電池，以5安培可放電2小時(shí)，以10安培可放電1小時(shí)。 電池的實(shí)際容量主要

3、取決于以下幾個(gè)因素：活性物質(zhì)的數(shù)量、質(zhì)量；活性物質(zhì)的利用率。3.電池能量（Wh）： 定義：指電池儲存的能量的多少，用Wh來表示 公式：能量（Wh）=額定電壓（V）*工作電流（A）*工作時(shí)間（h）。 如：2.5V15Ah單體電芯的能量為48Wh，3.2V100Ah電池組的能量為320Wh，電池能量是衡量電池 帶動設(shè)備做工的重要指標(biāo)，容量不能決定做工的多少。5一、鋰電池基礎(chǔ)知識一、鋰電池基礎(chǔ)知識比能量(wh/kg)：單位質(zhì)量的電極材料放出電能的大小，它標(biāo)志著純電動模式下電動汽車的續(xù)航能力。比功率密度(wh/l)： 燃料電池所能輸出的最大功率除以整個(gè)燃料電池的重量或體積，用來描述電池在瞬間能放出較大

4、能量的能力。比功率(w/kg)：單位質(zhì)量的電池所能提供的功率，用來判斷電動汽車的加速性能和最高車速，直接影響電動汽車的動力性能如一節(jié)鋰電池重325g，額定電壓為3.7V，容量為10Ah，則其比能量為113Wh/kg,下表為理論值，在實(shí)際應(yīng)用情況中需要考慮動力電池結(jié)構(gòu)中的殼體、零件等各方面因素。目前鋰電池的能量密度是鎳鎘和鎳氫電池的3和1.5倍，能量密度的高低是由材料密度與結(jié)構(gòu)決定的。鉛酸電池鎳鎘電池鎳氫電池鋰電池比能量(Wh/kg)30-5050-6060-70130-150比功率密度(Wh/l)50-80130-150190-200300-4006一、鋰電池基礎(chǔ)知識一、鋰電池基礎(chǔ)知識放電倍率

5、（A）：放電倍率是指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)放出其額定容量（C）時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)。以10Ah電池為例：以2A放電，則放電倍率為0.2C，以20A放電，則放電倍率為2C充電方式CC/CV :CC即恒流，以固定的電流對電池充電；CV即恒壓，以固定的電壓對電池充電，充電電流會隨著電池逐漸下降。涓流充電:指以小于0.1C電流對電池充電，一般在電池接近滿電時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)充充電時(shí)使用，若電池對充電時(shí)間沒有嚴(yán)格要求的話，建議采用涓流充電方式充電。充、放電深度（SOC DOD）電池保有容量數(shù)值的表示方法。充、放電深度以百分比率來表示，如：容量為10Ah的電池放電后容量變?yōu)?Ah，可以稱為80

6、%DOD；容量為10Ah的電池，充電后容量為8Ah，80%SOC。形容滿充滿放，通常稱為100%DOD。7一、鋰電池基礎(chǔ)知識一、鋰電池基礎(chǔ)知識內(nèi)阻：電池的內(nèi)阻是指電池在工作時(shí)，電流流過電池內(nèi)部受到的阻力。內(nèi)阻大小主要受電池的材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素的影響。電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，歐姆內(nèi)阻是由電極材料、電解液、隔膜內(nèi)阻及各部分零件的接觸電阻組成，極化內(nèi)阻包括電化學(xué)極化與濃差極化引起的內(nèi)阻。自放電率（%/月）：電池在儲存過程中，容量會逐漸下降，其減少的容量與電池容量的比例，稱為自放電率。電池組的一致性：由多個(gè)單體電芯串聯(lián)、并聯(lián)在一起就組成了電池組。電池組的整體性能和壽命取決于其中一個(gè)

7、性能較差的電芯，這就要求電池組中每個(gè)電芯性能的一致性要高。除了單體電芯本身性能的誤差和原材料質(zhì)量的好壞，最主要原因是制造工藝，工藝的改進(jìn)對提高電池的質(zhì)量非常重要。8二二、鋰離子電池類型及特性、鋰離子電池類型及特性1.1.鋰離子電池類型鋰離子電池類型鋰離子電池鋰離子電池：是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極，是現(xiàn)代高性能電池的代表。鋰離子動力電池是20世紀(jì)開發(fā)成功的新型高能電池。因其具有能量高、

8、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已在電動汽車上廣泛使用。一般由正極、隔膜、負(fù)極、有機(jī)電解液、電池外殼幾個(gè)部分構(gòu)成。1.按照外形形狀可分為：方形鋰離子電池和圓柱形鋰離子電池2.按照正極材料的不同:主要分為錳酸鋰離子電池、磷酸鐵鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池和三元材料等9二、鋰離子動力電池類型及特性二、鋰離子動力電池類型及特性方形鋰離子電池圓柱形鋰離子電池（18650）10二、鋰二、鋰離子動力電池類型及特性離子動力電池類型及特性2.2.鋰離子動力電池特點(diǎn)鋰離子動力電池特點(diǎn) 鋰離子電池具有以下特點(diǎn)：1.電壓高鋰離子電池單體電壓是是鎳鎘電池,鎳氫電池的3倍，鉛酸電池的近2倍，這也是鋰離子動

9、力電池比能量高的一個(gè)重要原因。因此小型鋰離子動力電池組成相同電壓的動力電池組時(shí)，鋰離子動力電池使用的串聯(lián)數(shù)目會大大少于鉛酸電池和鎳氫電池。例如36V 的鋰電只需要10個(gè)單體，而36V鉛酸電池需要18個(gè)單體電池，即3只12V的電池組，而每只12V的鉛酸電池有六個(gè)單格即六個(gè)單體電池組成。2.重量輕比能量大，高達(dá)150Wh/Kg,是鎳氫電池的2倍，鉛酸電池的4倍, 因此重量是相同能量的鉛酸電池的三分之一到四分之一，能量一定時(shí)，電池重量更低，延長電動汽車的續(xù)駛里程。11二二、鋰離子動力電池類型及特性鋰離子動力電池類型及特性 3.壽命長循環(huán)次數(shù)可達(dá)10003000次。以容量保持70%計(jì)，電池組100%充

10、放電循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到200次以上，使用年限可達(dá)58年,壽命約為鉛酸電池的兩到三倍。隨著技術(shù)的革新，設(shè)備的提高，電池的壽命會越來越長，性價(jià)比會越來越高。 自放電率低，每月不到5%。4.范圍寬低溫性能好，鋰離子動力電池可在-40+55之間工作，而水溶液電池(比如鉛酸電池、鎳氫電池)在低溫時(shí)，由于電解液流動性變差會導(dǎo)致性能大大降低。5.無記憶所以每次充電前不必像鎳鎘電池、鎳氫電池一樣需要放電，可以隨時(shí)隨地的進(jìn)行充電。電池充放電深度，對電池的壽命影響不大，可以全充全放，我們循環(huán)測試就是全充全放的。6.價(jià)格高相同電壓和相同容量的鋰離子動力電池價(jià)格是鉛酸的3-4倍。隨著鋰離子動力電池市場的擴(kuò)大，成本的降低

11、，性能的提高，以及鉛酸電池價(jià)格的提高，鋰離子動力電池的性價(jià)比是有可能超過鉛酸電池的。12二二、鋰離子動力電池類型及特性、鋰離子動力電池類型及特性2 2. .鋰離子動力電池各自特性鋰離子動力電池各自特性鈷酸鋰的性能：材料的加工性能很好，密度高，比容量相對較高，材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，循環(huán)性能好，材料的電壓平臺較高且比較穩(wěn)定，是目前最成熟，也是唯一商業(yè)化的正極材料，在短時(shí)間內(nèi)，特別是在通訊電池領(lǐng)域還有不可取代的優(yōu)勢。但是其存在的價(jià)格昂貴、容量幾乎發(fā)揮到了極限、資源緊缺、安全性差等缺陷。磷酸鐵鋰的性能：其低廉的價(jià)格，較高的安全性能，較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，單體電壓為3.2V，優(yōu)越的循環(huán)性能使得其作為動力電池和備用

12、電源領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。但是存在振實(shí)密度低，體積比容量低，電導(dǎo)率低，低溫放電性能差，倍率放電差等問題。磷酸鐵鋰電池具有較安全、穩(wěn)定性高、環(huán)保、 原料無毒、價(jià)格便宜等優(yōu)勢，但也存在導(dǎo)電性差、密度較低等問題。隨著近些年來的研究，導(dǎo)電性的缺陷已經(jīng)通過添加導(dǎo)電劑等方式解決，但是體積較大的問題還沒 有很好的解決方案。13二、鋰離子動力電池二、鋰離子動力電池類型類型及應(yīng)用及應(yīng)用1、鋰離子動力電池分類名稱名稱理論容量理論容量（mAh/g）實(shí)際容量實(shí)際容量（mAh/g）工作電壓工作電壓（V）安全性能安全性能成本成本鈷 酸 鋰鈷 酸 鋰電池電池2741401553.7一般高鎳 酸 鋰鎳 酸 鋰電池電池2741

13、902102.54.2差居中錳 酸 鋰錳 酸 鋰電池電池1489012034好低磷 鐵 酸磷 鐵 酸鋰電池鋰電池1701201603.2很好低表表2 2 鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、鎳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池的性能比較鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、鎳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池的性能比較三元鋰：是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。比能量高，但安全性相比錳酸鋰有所下降。低溫特性及一致性較好。錳酸鋰的性能：較高的安全性，低廉的價(jià)格。但是其較低的比容量，較差的循環(huán)性能，特別是高溫循環(huán)性能使得其應(yīng)用受到了較大的限制14三三、鋰離子動力電池的應(yīng)用、鋰離子動力電池的應(yīng)用當(dāng)前國內(nèi)電動車電池技術(shù)主

14、要的材料為磷酸鐵鋰和三元鋰電池。縱觀國內(nèi)新能源汽車的技術(shù)路線，目前絕大部分以“磷酸鐵鋰”為主，比如江淮的iEV4、比亞迪E6/秦、華晨寶馬芝諾、比亞迪戴姆勒的騰勢，均選擇了磷酸鐵鋰這一技術(shù)路線。市場上三類主流動力電池信息磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池應(yīng)用車型：比亞迪應(yīng)用車型：比亞迪E6比亞迪e6是目前國產(chǎn)電動汽車中續(xù)航里程最長的車型，搭載63kWh磷酸鐵鋰電池，續(xù)航里程300km。放電效率較高，倍率放電情況下充放電效率可達(dá)到90%以上，磷酸鐵鋰電池的安全性也很好，可以在390以內(nèi)的高溫下保持穩(wěn)定，保證了電池內(nèi)在的高安全性，不會因過充、溫度過高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒，同時(shí)，磷酸鐵鋰電池使用壽命較

15、長。但相比于其他類型的動力電池，磷酸鐵鋰電池價(jià)格較高，而且電池容量較小，同樣的電池容量，磷酸鐵鋰電池的重量更重、體積更大，嚴(yán)重影響了電動車的續(xù)航。另外，磷酸鐵鋰電池報(bào)廢后基本上不能回收再利用，沒有可回收價(jià)值。因此，磷酸鋰鐵電池在電動汽車上的應(yīng)用，會使購車、用車成本有所提升，而且電池不可回收利用，一定程度上會造成資源的浪費(fèi)和消耗。2.目前應(yīng)用應(yīng)用狀況15三三、鋰離子動力電池的應(yīng)用、鋰離子動力電池的應(yīng)用三元鋰電池三元鋰電池應(yīng)用車型：特斯拉應(yīng)用車型：特斯拉ModelS 選用8142個(gè)3.4AH松下18650型三元鋰電池組成的電池組，能量密度大，體積比能量較高，并且價(jià)格相對低廉。隨著技術(shù)的進(jìn)步，三元材

16、料結(jié)構(gòu)進(jìn)一步得到了優(yōu)化，提高了三元電池在本身穩(wěn)定程度，而陶瓷隔膜技術(shù)的應(yīng)用也能幫助三元鋰電池在短路發(fā)生時(shí)及時(shí)阻隔短路源，三元鋰電池的安全性能也得到了一定提高。但是三元材料的脫氧溫度是200，放熱能量超過800J/g，并且無法通過針剌實(shí)驗(yàn)。這就表明了三元電池在內(nèi)部短路、電池外殼損壞的情況下，很容易引發(fā)燃燒、爆炸等安全事故。另外，由于材料本身的性質(zhì)，導(dǎo)致三元鋰電池在使用壽命上相對較短，同時(shí)，由于全球全球鎳、鈷資源緊張，其大量應(yīng)用可能導(dǎo)致市場價(jià)格上漲，也會增加未來的用車費(fèi)用。16三三、鋰離子動力電池的應(yīng)用、鋰離子動力電池的應(yīng)用錳錳酸鋰電池酸鋰電池應(yīng)用車型：啟辰晨風(fēng)應(yīng)用車型：啟辰晨風(fēng)啟辰晨風(fēng)和日產(chǎn)聆風(fēng)

17、出產(chǎn)于同一平臺，并且使用同樣的薄片型、高效能錳酸鋰離子動力電池。日產(chǎn)之所以選擇錳酸鋰電池，是因?yàn)殄i酸鋰電池?fù)碛休^好的安全性能，而且振實(shí)密度較大，同樣體積下電池中能裝下更多的物質(zhì)，擁有更高的電量。由于錳元素儲量高，資源豐富，生產(chǎn)制造錳酸鋰電池的成本也較低，能降低消費(fèi)者的購車成本。錳酸鋰電池也有自身的缺點(diǎn)。由于錳的本身性質(zhì)不太穩(wěn)定，易分解產(chǎn)生氣體，因此多用于和其它材料混合使用，以降低電芯成本，但其循環(huán)壽命衰減較快。同時(shí)，不穩(wěn)定性也會使電池本身容易發(fā)生鼓脹。另外，與其他鋰離子材料相比，錳酸鋰電池的耐高溫性能也較差，相對壽命也會受到影響。 17三三、鋰離子動力電池的應(yīng)用、鋰離子動力電池的應(yīng)用磷酸鐵鋰?yán)碚?/p>