動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)ppt課件

1、動(dòng)力電池國(guó)內(nèi)外開展現(xiàn)狀與趨勢(shì)曹際娜.開展機(jī)遇與政府規(guī)劃.由于世界各地汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃開展，石油資源曾經(jīng)表現(xiàn)了供應(yīng)缺乏、價(jià)錢高漲的景象，國(guó)際能源構(gòu)造也因此發(fā)生了艱苦變化，能源需求大幅度添加。世界能源需求量不斷增大.減少對(duì)石油的依賴程度及環(huán)保要求目前我國(guó)原油消費(fèi)60用于交通，如何降低交通用油有重要意義。2021年我國(guó)石油對(duì)外依存度提高2.5個(gè)百分點(diǎn)，已到達(dá)53%。開展鋰電池新能源運(yùn)用勢(shì)在必行。燃油汽車污染嚴(yán)重，開展電動(dòng)清潔汽車，是維護(hù)環(huán)境的必然要求中國(guó)石油總需求供需缺口污染全球變暖.開展中國(guó)家興隆國(guó)家 .交通開展戰(zhàn)略.動(dòng)力電池.電池電池是一種能量轉(zhuǎn)化安裝，充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，放電時(shí)，化

2、學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。一次電池，電池的反響是不可逆的；二次電池，電池的反響可逆，可以多次反復(fù)充放電.水果電池組成電池的三種主要成分：正極、負(fù)極、電解液正負(fù)極不能直接接觸.電池開展史.最早的電池-巴格達(dá)土瓶約公元前250公元250年.高能量密度 - High energy density 高功率性能 - Hign power density高平安性能 - Hign safety characteristics低自放電率 - Low self-discharge rate長(zhǎng)循環(huán)壽命 - Good cycle performance快速充電才干 - Quick charge acceptance較寬的高溫

3、性能 - Good performance in the wide of temperature環(huán)境友好 - Environment-friendly電池的性能要求水果電池不符合這些要求，所以不是真正的電池.電池分類 - 一次電池又稱原電池，或干電池，反響不可逆或者或者可逆反響很難進(jìn)展，電池放電后不能反復(fù)充電運(yùn)用。.電池分類 - 二次電池二次電池：可以充放電多次反復(fù)運(yùn)用的電池.主流動(dòng)力電池開展史第一代第二代第三代.第一代 鉛酸電池 正極：二氧化鉛 負(fù)極：海綿鉛 電解液：硫酸任務(wù)電壓：2V.優(yōu)點(diǎn)：原料易得，價(jià)錢相對(duì)低廉；高倍率放電性能良好；溫度性能良好,可在-4060的環(huán)境下任務(wù)；適宜于浮充電運(yùn)

4、用,運(yùn)用壽命長(zhǎng),無(wú)記憶效應(yīng)；廢舊電池容易回收,有利于維護(hù)環(huán)境.缺陷：比能量低,普通為3040Wh/kg；運(yùn)用壽命不及Cd/Ni電池；制造過(guò)程容易污染環(huán)境,必需配備三廢處置設(shè)備.鉛酸電池的主要優(yōu)缺陷.鉛酸電池的構(gòu)造.第二代 鎳氫電池鎳氫電池以儲(chǔ)氫合金為負(fù)極資料，氫氧化鎳為正極資料，電解液是含氫氧化鋰LiOH的氫氧化鉀KOH水溶液。電池放電時(shí)，負(fù)極的金屬氫化物被氧化生成金屬合金，正極的羥基氧化鎳NiOOH被復(fù)原成氫氧化鎳，充電過(guò)程相反。規(guī)范電壓：1.2V.鎳氫電池的構(gòu)造.優(yōu)勢(shì)與鉛酸電池比，能量密度有大幅度高，分量能量密度65Wh/kg，體積能量密度都有所提高200Wh/L功率密度高，可大電流充放電

5、低溫放電特性好循環(huán)壽命提高到1000次環(huán)保，無(wú)污染技術(shù)比較鋰離子電池成熟缺陷正常任務(wù)溫度范圍-1540C，高溫性能較差任務(wù)電壓低，任務(wù)電壓范圍1.0V1.4V價(jià)錢比鉛酸電池、鎳鎘電池貴，但是性能比鋰離子電池差鎳氫電池的主要優(yōu)缺陷.目前市場(chǎng)上銷售的混合動(dòng)力汽車，主要以鎳氫電池作為動(dòng)力電源。在HEV所用的動(dòng)力電池中，鎳氫動(dòng)力電池的技術(shù)仍是最成熟，綜合性能最高的。純電動(dòng)方面，較小的比能量使得鎳氫電池續(xù)航才干較低，優(yōu)勢(shì)不比鋰離子電池。鎳氫電池主要運(yùn)用主要運(yùn)用領(lǐng)域混合動(dòng)力汽車.第三代 鋰離子電池比能量高電壓平臺(tái)高循環(huán)性能好無(wú)記憶效應(yīng)環(huán)保，無(wú)污染鋰電池優(yōu)點(diǎn)鋰離子電池在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返

6、嵌入和脫嵌，產(chǎn)生了電流，該反響具有高度的可逆性，被籠統(tǒng)地稱為“搖椅電池Rocking Chair Batteries。目前最有潛力的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池.宏觀-微觀鋰離子電池的構(gòu)造.鋰離子電池內(nèi)部構(gòu)造.鋰電池本錢解析正極資料電動(dòng)汽車躍動(dòng)的心.正極部分層狀構(gòu)造資料(LiCoO2,NCM,NCA等 )尖晶石構(gòu)造資料(LiMn2O4等)橄欖石構(gòu)造資料(LiFePO4)一些新資料未來(lái)開展方向日韓等國(guó)家推崇三元和錳鋰資料中國(guó)，美國(guó)推崇鐵鋰資料.磷酸鐵鋰資料LiFePO4電池在充電時(shí)，正極中的鋰離子Li+經(jīng)過(guò)聚合物隔膜向負(fù)極遷移；在放電過(guò)程中，負(fù)極中的鋰離子Li+經(jīng)過(guò)隔膜向正極遷移。 .優(yōu)點(diǎn)價(jià)錢低廉，降價(jià)空間

7、大熱穩(wěn)定性高，平安性好循環(huán)性能好比容量高環(huán)保，無(wú)污染電導(dǎo)率低倍率性能差 低溫性能差資料制備技術(shù)難度高困難！固有缺陷體積能量比低電壓偏低3.2V，且電壓平臺(tái)太平.處理途徑-1.外表碳包覆，提高導(dǎo)電率 2.優(yōu)化摻雜 3.低溫添加劑，改善低溫性能010203040506070120130140150160Capacity (mAh/g)Cycle Number0.1C0.5C1C2C5C10C復(fù)合碳源成膜催化劑優(yōu)化摻雜020406080100110120140150160130未摻雜F 摻雜Nb 摻雜Nb+F 摻雜碳包覆磷酸鐵鋰，2C 充放電循環(huán).尖晶石錳酸鋰資料優(yōu)點(diǎn)：本錢低易合成任務(wù)電壓高平安性能

8、好對(duì)環(huán)境無(wú)污染.衰減的緣由：Mn3+的溶解，2Mn3+Mn2+Mn4+構(gòu)造不穩(wěn)定：Jahn-Teller反響立方相變成四方相LiPF6 + H2O POF3 + LiF 4H+ + 2 LiMn3+Mn4+O42- 3-MnO2 + Mn2+ + 2H2O 性能改善措施：元素?fù)诫s 外表修飾 納米化高溫性能差容量偏低 (約120mAh/g).三元資料LiCoNiMnO2NCMCo，+3； Ni，+2； Mn，+4；Ni為資料容量的主要來(lái)源；+2+4Co在較高電位時(shí)才干發(fā)生反響，+3+4，因此起到了穩(wěn)定構(gòu)造的作用；Mn堅(jiān)持+4價(jià)不變，但是Mn含量偏高時(shí)易出現(xiàn)價(jià)態(tài)變小的趨勢(shì)，出現(xiàn)+3價(jià)的Mn.負(fù)極部

9、分高功率硬碳資料最早運(yùn)用傳統(tǒng)石墨負(fù)極資料目前普遍L(zhǎng)i4Ti5O12負(fù)極東芝力推未來(lái)高容量負(fù)極資料Si系列，體積膨脹是致命問(wèn)題，目前只巧妙的運(yùn)用于某些高容量電池，還未在動(dòng)力電池領(lǐng)域有所運(yùn)用各類負(fù)極資料市場(chǎng)占有率.傳統(tǒng)石墨負(fù)極.其中國(guó)內(nèi)行業(yè)前三甲是深圳貝特瑞，上海杉杉，長(zhǎng)沙海容。深圳貝特瑞是中國(guó)寶安集團(tuán)控股的子公司，是國(guó)內(nèi)電池碳負(fù)極資料規(guī)范制定者，全球市場(chǎng)位居全球第四。石墨負(fù)極本錢低技術(shù)成熟國(guó)內(nèi)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化全球負(fù)極廠家市場(chǎng)占有率.Li4Ti5O12最初作為超導(dǎo)資料被和正極資料被研討；1996年，加拿大K.Zaghib初次提出作為鋰電池負(fù)極資料運(yùn)用能夠?qū)嶋H容量175mAh/g,1.5V vs. Li

10、/Li+零應(yīng)變資料，循環(huán)性能及倍率性能好零應(yīng)變資料.隔膜鋰離子電池隔膜特性要求電子絕緣；較小的離子阻抗；一定的機(jī)械強(qiáng)度；耐受電液，電極資料的腐蝕；阻止兩電極間的雜質(zhì)的遷移；具有電液浸潤(rùn)性；資料質(zhì)量的穩(wěn)定性.放電過(guò)程隔膜作用表示圖隔膜的shutdown功能表示圖不同材質(zhì)隔膜的DSC測(cè)試數(shù)據(jù)隔膜PPPEPP/PE/PP.濕法干法.全球隔膜消費(fèi)分布由于隔膜消費(fèi)較高的技術(shù)門檻，全球鋰離子電池隔膜主要集中在日本和美國(guó)，其中日本旭化成Asahi Kasei E Materials、美國(guó) Celgard 和日本東燃Tonen合計(jì)占據(jù)了 77市場(chǎng)份額。我國(guó)消費(fèi)電池隔膜的厚度和孔徑的均勻度和國(guó)外還存在較大差距，

11、國(guó)內(nèi)所需的隔膜 80仍由進(jìn)口滿足，現(xiàn)有消費(fèi)設(shè)備為低本錢的單層聚烯烴拉伸隔膜消費(fèi)線，主要供應(yīng)中、低端市場(chǎng)，.電解液能較好的溶解電解質(zhì)鹽，即有較高的介電常數(shù)；應(yīng)有較好的流動(dòng)性，即低黏度對(duì)電池的其他組件應(yīng)該是惰性的，尤其是充電形狀下的正負(fù)極外表；在很寬的溫度范圍內(nèi)堅(jiān)持液態(tài)，熔點(diǎn)要低，沸點(diǎn)要高平安性要好，即閃電要高，無(wú)毒鋰離子電池電解液特性要求.電解液組成表示圖.通常電解液溶劑為混合溶劑，碳酸乙烯酯EC憑仗優(yōu)良的成膜作用，成為絕大多數(shù)電解液的主成分，目前鋰電池運(yùn)用的主要溶劑為 EC 為根底的二元或者三元混合溶劑，如EC+DMC, EC+DEC, EC+DMC+EMC.LiPF6作為電解質(zhì)，對(duì)純度要求特

12、別高，對(duì)金屬如 Na、K、Fe 等、酸根、氫氟酸HF及 H2O 含量要求在 10-5質(zhì)量分?jǐn)?shù)以下所以合成難度大，目前LiPF6的合成技術(shù)主要掌握在日本企業(yè)中。電解質(zhì).抽真空封裝后成為單體電池卷好的負(fù)正負(fù)極片電解液正極片隔膜負(fù)極片正極資料鋁箔負(fù)極資料銅箔涂覆涂覆卷繞注入電池外外殼里放入電池外外殼里鋰電芯cell消費(fèi)流程圖電芯預(yù)化成化成老化分容配組串并聯(lián)接modulepackcellpack消費(fèi)流程簡(jiǎn)圖.鋰電芯cell全自動(dòng)消費(fèi)線圖.常用鋰電池分類層狀資料(LiCoO2,NCM,NCA等 ) 鈷鋰電池，三元電池等尖晶石資料(LiMn2O4等) 錳鋰電池橄欖石資料(LiFePO4等) 鐵鋰電池 按正

13、負(fù)極疊加方式來(lái)分卷繞電池疊片電池 .按外形來(lái)分圓形電池方形電池其他外形電池.按電解質(zhì)形狀分.常用測(cè)試分析手段充放電循環(huán)高低溫沖擊高溫高濕實(shí)驗(yàn)箱機(jī)械沖擊測(cè)試.過(guò)充短路針刺熱箱擠壓.跌落實(shí)驗(yàn)機(jī)熄滅實(shí)驗(yàn)機(jī)鹽噴霧重物沖擊測(cè)試其他測(cè)試：電池旋轉(zhuǎn)測(cè)試鹽水浸潤(rùn)測(cè)試等靜電測(cè)試.其他動(dòng)力與儲(chǔ)能電池超級(jí)電容器活性碳電極資料具有1200m2/g，電解液與多孔電極間的界面間隔不到1nm，超級(jí)電容器電容值可以非常大。大多數(shù)超級(jí)電容器可以做到法拉級(jí)，普通其電容值范圍為15000F!.優(yōu)勢(shì)：優(yōu)勢(shì)：能量密度太低，僅1-10Wh/kg功率密度高，充電時(shí)間短。超級(jí)電容的主要優(yōu)缺陷大多作為輔助電源，主要作為快速啟動(dòng)安裝和能量制動(dòng)回

14、收安裝超級(jí)電容續(xù)航里程太短，不能作為電動(dòng)汽車主流電源。運(yùn)用領(lǐng)域.潛在動(dòng)力與儲(chǔ)能電池燃料電池燃料電池 儲(chǔ)能本質(zhì)-發(fā)電廠 將燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。1堿性燃料電池AFC2磷酸型燃料電池PAFC3熔融碳酸鹽燃料電池MCFC4固體氧化物燃料電池SOFC5質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC燃料電池分類按電解質(zhì)不同. 能量轉(zhuǎn)換效率高； 環(huán)保，污染低燃料運(yùn)用范圍廣； 規(guī)模及安裝地點(diǎn)靈敏負(fù)荷呼應(yīng)快，運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量高.潛在動(dòng)力與儲(chǔ)能電池鈉硫電池 正極：液態(tài)硫和多硫化鈉熔鹽液態(tài) 負(fù)極：熔融金屬鈉液態(tài)-填充在導(dǎo)電的多孔碳或石墨氈里 電解質(zhì)兼隔膜：Al2O3陶瓷資料固態(tài).鈉硫電池充放電機(jī)理.高比能量實(shí)際760wh/

15、kg；實(shí)踐390wh/kg高功率放電電流密度可達(dá)200300mA/cm2)充電速度快滿充30min長(zhǎng)壽命15年；或2500 4500次無(wú)污染，可回收Na，S回收率近100%無(wú)自放電景象，能量轉(zhuǎn)化率高 優(yōu)勢(shì)：缺乏：任務(wù)溫度高，其任務(wù)溫度在300350度，電池任務(wù)時(shí)需求一定的加熱保溫；啟動(dòng)慢價(jià)錢昂貴，萬(wàn)元/每度平安性差日本蓄電站9月21日-10月5日大火.鈉硫電池的運(yùn)用運(yùn)用范圍主要作為儲(chǔ)能電池電站負(fù)荷調(diào)平(即起削峰平谷作用UPS應(yīng)急電源不延續(xù)電源儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)電動(dòng)汽車挪動(dòng)電源優(yōu)勢(shì)鈉硫電池有著高能量高功率的優(yōu)勢(shì)，在儲(chǔ)能電源方面有很大優(yōu)勢(shì)，但作為電動(dòng)汽車用或其他挪動(dòng)電源，因沒(méi)有完全處理平安可靠性問(wèn)題，不能顯

16、示其優(yōu)越性。.潛在動(dòng)力與儲(chǔ)能電池液流電池釩電池液流電池普通稱為氧化復(fù)原液流電池，正負(fù)極全運(yùn)用釩鹽溶液的稱為全釩液流電池,簡(jiǎn)稱釩電池.開路電壓：1.5V荷電100%.主要運(yùn)用在儲(chǔ)能領(lǐng)域.研發(fā)費(fèi)用大資料要求高比能量低工程周期長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)竅門多日本“新陽(yáng)光方案美國(guó)“DOE工程方案歐洲“能源框架方案中國(guó)863方案.潛在動(dòng)力與儲(chǔ)能電池鋰空氣電池負(fù)極：鋰正極：空氣電解液：LiOH溶液開路電壓：2.91V實(shí)際比能量為11140Wh/kg4Li+2H2O+O2 4LiOH負(fù)極采用金屬鋰條，負(fù)極的電解液采用含有鋰鹽的有機(jī)電解液。中間設(shè)有用于隔開正極和負(fù)極的鋰離子固體電解質(zhì)膜。正極電解液運(yùn)用堿性水溶性凝膠，與由微細(xì)化碳

17、和廉價(jià)氧化物催化劑構(gòu)成的正極組合.致命缺陷固體反響生成物氧化鋰Li2O會(huì)在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導(dǎo)致放電停頓。在負(fù)極金屬鋰一側(cè)運(yùn)用有機(jī)電解液，在正極空氣一側(cè)運(yùn)用水性電解液。在兩種電解液之間設(shè)置只需鋰離子穿過(guò)的固體電解質(zhì)膜，將兩者隔開。這樣便可防止電解液混合，并促進(jìn)電池發(fā)生反響?？茖W(xué)家以為，鋰空氣電池的性能是鋰離子電池的10倍，可以提供與汽油同等的能量。鋰空氣電池從空氣中吸收氧氣充電，因此這種電池可以更小、更輕。全球不少實(shí)驗(yàn)室都在研討這種技術(shù)，但假設(shè)沒(méi)有艱苦突破，要想實(shí)現(xiàn)商用能夠還需求10年. 鋰硫電池電池是一類極具開展前景的高容量?jī)?chǔ)能體系。以硫或含硫化合物為正極，鋰或儲(chǔ)鋰資料為負(fù)