ppt__鋰離子電池

1、 鋰離子電池 The Magic Batteries 工作原理 主要結(jié)構(gòu) 電池種類 主要優(yōu)點 應用前景 未來研究方向 目目 錄錄 工作原理工作原理鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。以碳素材料為負極，含鋰的化合物為正極。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。 正極反應: LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe- 負極反應: 6C+xLi+xe-LixC6 總反應: 6C+LiCoO2Li1-xCoO2+LixC6以以LiCoO2為正極材料的鋰離子電池為正極材料的鋰離子電池 主要結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)正極材料：鋰化合物LiXCoO2、LiXNiO2 、LiFePO4或

2、LiXMnO2 負極材料：鋰-碳層間化合物LiXC6電解質(zhì)溶液：溶解有鋰鹽LiPF6 、 LiAsF6等有機溶液SEI膜：只允許鋰離子通過，其它溶劑分子不能通過正極材料的要求正極材料的要求1. 具有較高的氧化還原電位，使 電池輸出電壓高2. 可利用活性物質(zhì)高，容量高3. 充放電過程中，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定4. 氧化還原電位變化小5. 化學穩(wěn)定性好，與電解質(zhì)反應小6. 較高的電子和離子導電率，大電流充放電性能好7. 價格便宜，對環(huán)境無污染類別安全 性能比容量mAh/g循環(huán)壽命/次電壓 平臺材料成本所占成本比重適合領(lǐng)域鈷酸鋰差 1455003.6高40%中小型移動電池錳酸鋰較好105 5003.7低25%對體

3、積不敏感的中型動力電池三元素較好160 8003.6較高33%中小型動力電池磷酸鐵鋰很好 150 15003.2低廉25%對體積不敏感的大型動力電源幾種正極材料應用優(yōu)劣勢比較幾種正極材料應用優(yōu)劣勢比較目前，磷酸鐵鋰材料最適合制作大型動力電池，已成為世界各國競相研究和開發(fā)的重要方向。負極材料負極材料 大多數(shù)鋰離子電池均采用碳材料作為負極。 除碳負極材料外，還有錫基負極材料、含鋰過渡金屬氮化物負極材料 、是合金類負極材料 、納米級負極材料等。負極材料的要求負極材料的要求1. 較低的氧化還原電位，使電池輸出電壓高2. 嵌鋰量大，容量高3. 充放電過程中，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定4. 充放電過程中，氧化還原電位變化小

4、5. 穩(wěn)定性好，與電解質(zhì)反應小6. 良好的表面結(jié)構(gòu)，形成良好的SEI膜7. 較高的電子和離子導電率，大電流充放電性能好8. 價格便宜，對環(huán)境無污染常見負極材料常見負極材料比容量比容量電極電動勢電極電動勢金屬鋰負極金屬鋰負極由于鋰在溶解沉積的過程中生成枝晶，導致電極的表面積不斷增大，新增加的表面由于生成SEI膜導致與集體的接觸不良，因此鋰的溶解沉積效率較低。充電前充電后碳負極材料碳負極材料碳材料是目前最為理想的鋰離子電池負極材料，嵌鋰碳材料可用LixC6表示，當X=1時達到最高的理論嵌鋰量，理論比容量為372 mAh/g。石墨和中間相碳微球（MCMB）是實際應用最廣泛的兩類碳材料。石墨碳微球電解

5、液電解液 有機溶劑： 乙烯碳酸酯（EC） 丙烯碳酸酯（PC） 碳酸二甲酯（DMC） 碳酸二乙酯（DEC） 電解質(zhì)（鋰鹽）： LiPF6 常用 LiClO4 不安全 LiAsF6 有毒 LiBF4 電導率低 SEISEI膜膜 在鋰離子電池首次充放電過程中，電極材料會與電解液發(fā)生反應，在電極材料表面形成一層鈍化膜，稱為固體電解質(zhì)界面膜(solid electrolyte interface)，簡稱SEI膜。電池種類電池種類1 1.鋰二氧化錳電池（鋰二氧化錳電池（LiMnO2）以鋰為陽極（負極）、以二氧化錳為陰極（正極），采用有機電解液的一次性電池。2.2.鋰鋰亞硫酰氯電池亞硫酰氯電池( (LiSO

6、Cl2) ) 比能量是所有商業(yè)化電池中最高的，放電電壓特別平穩(wěn)。 3 3.鋰離子電池鋰離子電池(Li-ion)可充電鋰離子電池是目前手機、筆記本電腦等現(xiàn)代數(shù)碼產(chǎn)品中應用最廣泛的電池，但不可過充、過放(會損壞電池或使之報廢)。 因此，在電池上有保護元器件或保護電路以防止昂貴的電池損壞。新型鋰離新型鋰離子電池子電池主要優(yōu)點主要優(yōu)點1）電壓高 單體電池的工作電壓高達3.73.8V2）比能量大 目前能達到的實際比能量為555Wh/kg左右 3）循環(huán)壽命長 一般均可達到500次以上，甚至1000次以上，同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”，最多也就11.5年時間，性能價格比將為鉛酸電池的

7、5倍以上。4）安全性能好 無公害，綠色環(huán)保5）自放電小 室溫下充滿電的Li-ion儲存 1個月的自放電率為2%左右，6）可快速充放電 7）工作溫度范圍高 工作溫度為-2545C 8）無記憶效應 可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應。而鋰離子電池無論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電。新發(fā)展新發(fā)展 根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池兩大類。聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態(tài)鋰離子是相同的，工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同, 液態(tài)鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚合

8、物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來代替, 這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。 聚合物鋰離子電池（1）固體聚合物電解質(zhì)鋰離子電池（2）凝膠聚合物電解質(zhì)鋰離子電池 （3）聚合物正極材料的鋰離子電池 由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì),與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點，也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50以上。 動力鋰離子電池 嚴格來說，動力鋰離子電池

9、是指容量在3Ah以上的鋰離子電池，目前則泛指能夠通過放電給設(shè)備、器械、模型、車輛等驅(qū)動的鋰離子電池。 動力鋰離子電池分高容量和高功率兩種類型。高容量電池可用于電動工具、自行車、滑板車、礦燈、醫(yī)療器械等；高功率電池主要用于混合動力汽車及其它需要大電流充放電的場合。 根據(jù)內(nèi)部材料的不同，動力鋰離子電池相應地分為液態(tài)動力鋰離子電池和聚合物鋰離子動力電池兩種，統(tǒng)稱為動力鋰離子電池。 高性能鋰離子電池 為了突破傳統(tǒng)鋰電池的儲電瓶頸，研制一種能在很小的儲電單元內(nèi)儲存更多電力的全新鐵碳儲電材料很有必要。但是此前這種材料的明顯缺點是充電周期不穩(wěn)定，在電池多次充放電后儲電能力明顯下降。 為此，一種新的合成方法應運而生。用幾種原始材料與一種鋰鹽混合并加熱，生成一種帶有含