版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領
文檔簡介
鋰離子動力電池內(nèi)容前言1234動力與儲能電池技術(shù)概況鋰離子電池及其發(fā)展研究工作介紹內(nèi)容1前言ET時代新能源核能風能氫能生物能海洋能能源危機金融危機生態(tài)危機低碳經(jīng)濟太陽太陽能新能源產(chǎn)業(yè)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與挑戰(zhàn)溫家寶總理在2009年11月3日講話指出:我國要致力發(fā)展五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),搶占經(jīng)濟科技制高點。發(fā)展新能源列在首位全球:第四次工業(yè)革命——新能源革命風起云涌美國奧巴馬“能源新政”:通過新能源產(chǎn)業(yè)革命的方式再造美國經(jīng)濟增長,再續(xù)美國在高科技領域的壟斷和霸主地位新能源革命驅(qū)動的綠色經(jīng)濟浪潮席卷大地,德國和法國都在大力發(fā)展新能源汽車歐洲中國ElectronicandHybridElectronicVehicles我國現(xiàn)狀:與發(fā)達國家?guī)缀跬瑫r起步,國家大力扶持,有望將來參與國際競爭。內(nèi)容2動力與儲能電池技術(shù)概況電動車的關鍵技術(shù)在于:電池技術(shù)動力–
儲能電池
燃料電池氫能動力二次電池鋰離子電池超級電容器儲能電池燃料電池二次電池超級電容器能量類型化學能電能化學能電能能量傳送能量儲存與轉(zhuǎn)換開放系統(tǒng)密閉系統(tǒng)電雙層應用潛在(商用電源、電動車、發(fā)電)廣泛(電子器件、電動車等)潛在(電動車等)不同電池比較Drivingrange/kmSpecificPower/Wkg-1Specificenergy/Whkg-1以電動車的生產(chǎn)、運行為主體以動力電池生產(chǎn)為核心的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群“電動技術(shù)產(chǎn)業(yè)”正在興起電動車電動機電控系統(tǒng)動力電池正極材料電源管理供電體系電池回收充電服務電動技術(shù)產(chǎn)業(yè)能量回收充電設施負極材料電解液資源再生電池復用膜年產(chǎn)500萬輛電動車(占一半),年產(chǎn)值萬億元!維持幾千萬輛電動車運行,年產(chǎn)值千億元!Points-lines-AreasstructureandtransportationmeanschoiceE-bike050200townBigcityInter-cityBEVSubwayE-busE-RailwayAirlineWaterwayMicroEVE-buskmIndustryProspectofChineseNewEnergyVehicleE-bikeE-bikeNATURE|Vol456|27NEWSFEATURE7November2008風電和光伏電都是不連續(xù)的電源,需要解決電能的儲能問題。BEV成為分布式儲能系統(tǒng),儲能效率可達90%,遠高于抽水蓄能電站的效率(70%)。
By2010Windelectricitywillbe5MKW,2020:Windelectricitywillbe3%(30MKw)ofthetotal.2008windpowerreached12.21MKW.內(nèi)容3鋰離子電池及其發(fā)展鋰二次電池的發(fā)展史20世紀70年代,鋰一次電池商品化;1980年,Amand提出“搖椅電池”的概念;1990年,SONY公司報道了以碳材料為負極的鋰離子電池并最先實現(xiàn)了商品化;1994年,Bellcore公司報道聚合物鋰離子電池。LithiumrechargeableBatteries大型化電動汽車電動自行車太陽能發(fā)電
動力電池鋰離子電池
儲能電池風力發(fā)電
小型電池電子電器手機通訊傳統(tǒng)領域發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢航空航天鋰離子動力與儲能電池LoadElectrolytee-e-正極負極Li+Li+ChargeDischargeLixC6Li1-xCoO2
電池:()C|LiPF6-(EC+DEC)|LiCoO2(+)
正極:LiCoO2Li1-xCoO2+xLi++xe-
負極:6C+xLi++xe-LixC6
總反應:LiCoO2+6CLi1-xCoO2+LixC6CDDCDCEC:ethylenecarbonateDEC:
dimethylcarbonate鋰離子電池充放電示意圖1101001,00010,000100,000020406080100120140160180200SpecificEnergy,Wh/kgatCellLevelLeadacidLeadacid
spirallywoundNi-CdNi-MHLiM-PolymerSpecificPower,W/kgatCellLevelSupercapacitorsLi-ionHighEnergyLi-IonVeryHighPowerLi-IonHighPowerNa/NiCl2Li-IonpoisedtopowerEV,HEVandPHEVapplications
Li-IonreplacesleadacidforStarting,Lighting,Ignition?鋰離子電池能驅(qū)動HEV和EV嗎?只有鋰離子電池才能滿足電動汽車動力電源需求
誰掌控了鋰電池,誰就掌控了未來電動汽車100年鋰離子電池能驅(qū)動HEV和EV嗎?基本的電化學研究方法循環(huán)伏安掃描恒電流充放電交流阻抗循環(huán)伏安掃描(活性、反應機理、可逆性、循環(huán)性)LiMn2O4粉末微電極在a.25℃、1mol/LLiPF6/EC-DMC-EMC(1:1:3byvol.)溶液中的循環(huán)伏安掃描圖。Fe-Si/C復合物粉末微電極在1mol/LLiPF6/EC+DMC溶液中的循環(huán)伏安曲線掃描速度0.5mV/s天然石墨粉末微電極在1mol/LLiPF6/EC-DMC溶液中的前兩周循環(huán)伏安掃描曲線(υ=1mV/s)
模擬電池恒電流充放電(工作電壓容量、循環(huán)性)模擬電池結(jié)構(gòu)示意圖阻抗(SEI膜、電荷傳質(zhì)等)Fe-Si/C復合物在不同電位下的交流阻抗譜
正極材料MainCathodMaterialsCo-based
LiCoO2Mn-basedLiMn2O4LiNi0.5Mn1.5O4Multi-elementsLiNixCo1-x-yMyO2P-basedLiMPO4
▲
LiFePO4LiNi2/3Mn1/3O2
▲正極材料的要求具有較高的氧化還原電位,使電池輸出電壓高;可利用活性物質(zhì)高,容量高;充放電過程中,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;充放電過程中,氧化還原電位變化??;化學穩(wěn)定性好,與電解質(zhì)反應??;較高的電子和離子導電率,大電流充放電性能好;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域鈷酸鋰差145>5003.6高40%中小型移動電池錳酸鋰較好105>
5003.7低25%對體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)劣勢比較目前看來,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!鋰離子電池關鍵正極材料負極材料的要求具有較低的氧化還原電位,使電池輸出電壓高;嵌鋰量大,容量高;充放電過程中,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;充放電過程中,氧化還原電位變化??;化學穩(wěn)定性好,與電解質(zhì)反應小;良好的表面結(jié)構(gòu),形成良好的SEI膜;較高的電子和離子導電率,大電流充放電性能好;價格便宜,對環(huán)境無污染。常見負極材料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。充電前充電后碳材料負極碳材料是目前最為理想的鋰離子電池負極材料,商品化的鋰離子電池采用它為負極,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372mAh/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。石墨碳微球石墨:層狀結(jié)構(gòu),由碳網(wǎng)平面沿C軸堆積而成,層間距為3.36?。平面碳層由碳原子呈六角形排列并向二維方向延伸,碳層間以弱的范德華力結(jié)合,鋰嵌在碳層之間。石墨的實際比容量為320-340mAh/g
,平均嵌鋰電位約為0.1VVSLi+/Li,循環(huán)性能好,且價格低廉(<10元/Kg).中間相碳微球:是用煤焦油瀝青、石油重質(zhì)油等在350-500℃溫度下加熱并分離、洗滌、干燥和分級等過程投籃的平均粒徑6-10微米的碳微球,然后于2800℃下進行石墨化熱處理制得的碳材料,其外形呈球形,晶體結(jié)構(gòu)同石墨基本一致。MCMB的實際比容量為320-330mAh/g
,平均嵌鋰電位約為0.15V(VSLi+/Li,),首周充放電效率約為88-90%,循環(huán)性及大電流性能好循環(huán)性能好,但價格昂貴(<300元/Kg).鈦酸鋰負極Li[Li1/3Ti5/3]O4循環(huán)性好,充放效率高(不形成SEI膜);安全性好,不存在金屬鋰的沉積。嵌鋰-脫鋰電位高(1.5VVS.Li+/Li);比容量低(理論175mAh/g),導致電池比能量下降。由于其較好的大倍率放電特性和安全性,目前在動力電池領域受到關注。內(nèi)容4研究工作顧問北京大學教授中國科學院院士2005年何梁何利科技成就獎2008年國家最高科學技術(shù)獎得主得州大學奧斯汀分校教授美國工程院院士國際鋰離子電池之父磷酸鐵鋰和鈷酸鋰發(fā)明人JohnB.Goodenough
院士徐光憲院士MichelArmand教授法國庇卡底大學教授法國總理府科學顧問鋰電池概念提出者之一Phostech公司創(chuàng)始人動力與儲能電池實驗室簡介黃云輝
教授、博導,材料成型與模具技術(shù)國家重點實驗室副主任,教育部長江學者特聘教授,國家杰出青年科學基金獲得者,第三屆蘇州工業(yè)園科技領軍人才。中國能源學會理事,美國科學促進會會員、美國電化學學會會員。主要從事新型能源材料和磁電功能材料的科研與教學工作。在Science、Adv.Mater.、J.Am.Chem.Soc.、Chem.Mater.等學術(shù)期刊上發(fā)表論文60余篇,他引近1000次。張五星博士副教授,碩士生導師袁利霞博士副教授,碩士生導師胡先羅博士副教授,碩士生導師動力與儲能電池實驗室簡介J.B.GoodenoughandK.Padhi,J.Electrochem.Soc.,1997,144,1188.OlivineStructure(LiFePO4)HeterositeStructure(FePO4)
(1)倍率性能差;(2)振實密度較小;(3)低溫性能差。
理論比容量高(170mAh/g);電壓穩(wěn)定(3.4V);循環(huán)性能好(壽命長);成本低;環(huán)境友好;安全性好。缺點優(yōu)點磷酸鐵鋰正極材料鋰離子動力電池關鍵材料及技術(shù)中投顧問:《2008-2010年中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)分析及投資咨詢報告》,預計2012年中國磷酸鐵鋰需求5.2萬噸(100億元,只計算了新能源汽車,未計算電動工具和電動自行車)。日信證券研究報告:《磷酸鐵鋰的蛋糕有多大?》
僅對混合動力汽車、電動工具、電動自行車、電動代步車4個領域的電池需求進行測算。保守地按照10-20%的滲透率計算,磷酸鐵鋰電池全球的市場規(guī)模達280億元,磷酸鐵鋰需求量達6萬噸。A123認為:2010年,全球磷酸鐵鋰的供給缺口達到10萬噸。目前產(chǎn)量與產(chǎn)能:當前全球磷酸鐵鋰的產(chǎn)能約為1萬噸,實際產(chǎn)量不到5000噸,下游需求是當前產(chǎn)能的10倍。磷酸鐵鋰:市場需求劇增原始專利:
為美國得州大學JohnB.
Goodenough教授所擁有(USPatent5,910,382),目前該專利加拿大Phostech公司(德國南方化學控股子公司)擁有授權(quán),在工業(yè)七國有效。
碳包覆專利:
M.
Armand等2001年申請,主要技術(shù)是采用碳作為添加劑合成磷酸鐵鋰,有效地改善了磷酸鐵鋰的導電性能,提高了材料的可逆容量和大電流充放電性能;該專利加拿大Phostech公司擁有授權(quán)。
2008年獲中國發(fā)明專利授權(quán)。離子摻雜改性專利:
2002年MIT的Chiang等申請,主要技術(shù)是采用離子(Nb5+、Mn2+)摻雜的方式合成改性磷酸鐵鋰,大大改進了材料的導電性能,在此技術(shù)基礎上,成立了A123公司。專利與技術(shù)磷酸鐵鋰發(fā)展的關鍵與瓶頸需解決的問題:(1)倍率性能差;(2)振實密度較?。?3)低溫性能差;(4)批次穩(wěn)定性差。我們的策略性能優(yōu)化電活性導電高分子復合M-摻雜納米化磷酸鐵鋰性能優(yōu)化磷酸鐵鋰-導電高分子復合正極材料0.1C充電至4.1V,再在不同電流下放電充電性能比較(0.120C充電,0.1C放電,ED:原位電聚合,Chem:化學聚合)比容量提高快速充放電(6分鐘充電至94%)黃云輝等,中國發(fā)明專利,200910061625.8.;中國發(fā)明專利,200910061624.3.磷酸鐵鋰-導電高分子復合正極材料產(chǎn)品特點:(1)無碳包覆、100納米;(2)比容量(實驗室接近160mAh/g);(3)倍率特性好;(4)循環(huán)壽命長;(5)低溫
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2025年度數(shù)字化招標交易系統(tǒng)安全防護與審計服務合同3篇
- 2025年成都租房合同范本
- 二零二五年度創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)公司股權(quán)限制轉(zhuǎn)讓與孵化協(xié)議3篇
- 二零二五年度XX健康產(chǎn)業(yè)項目投資居間合同2篇
- 2025關于產(chǎn)品銷售代理合同樣本
- 二零二五年度辦公場所租賃合同包含企業(yè)信息安全保障3篇
- 2025年度建筑工程設計咨詢服務的委托合同3篇
- 2024年采礦權(quán)租賃協(xié)議
- 二零二五年度企業(yè)財務戰(zhàn)略規(guī)劃顧問服務協(xié)議2篇
- 2024年船舶供水協(xié)議3篇
- 深部真菌病課件
- 用戶界面測試
- 人工氣道濕化的護理培訓課件
- 電網(wǎng)適用的法律法規(guī)標準規(guī)范清單
- 讀書分享-給教師的一百條建議
- GB/T 4269.3-2000農(nóng)林拖拉機和機械、草坪和園藝動力機械操作者操縱機構(gòu)和其他顯示裝置用符號第3部分:草坪和園藝動力機械用符號
- GB/T 11618.1-2008銅管接頭第1部分:釬焊式管件
- 開工復工第一課
- 安徽省淮南市鳳臺縣基層診所醫(yī)療機構(gòu)衛(wèi)生院社區(qū)衛(wèi)生服務中心村衛(wèi)生室地址信息
- 旅游服務禮儀說課市公開課金獎市賽課一等獎課件
- 【線性代數(shù)自考練習題】滇西應用技術(shù)大學專升本真題匯總(附答案解析)
評論
0/150
提交評論