鋰離子電池課件

鋰離子電池研究背景嚴重影響國家經濟發(fā)展和人們的生活水平能源危機環(huán)境污染國家大力發(fā)展新能源，如太陽能、風能等研究背景風能和太陽能具有隨機性、波動性，不能提供持續(xù)穩(wěn)定的功率。為發(fā)展儲能技術提供了廣闊的空間太陽能風能什么是儲能？------儲能是指通過介質或設備，利用化學或者物理的方法把能量（主要是電能）存儲起來，并能根據(jù)需要把存儲的能量以特定形式釋放的過程。儲能的應用提供動力、制動能量回收削峰填谷、備用容量、可再生能源的穩(wěn)定輸出等。電子產品：提供電源。UPS：應急使用、提高用電設備的電能質量。儲能的意義1234儲能是未來電網的一個必要組成部分，提高突發(fā)事故的應對能力，保證電力系統(tǒng)安全運行；有利于提高電網效率，減少或延緩電力建設的投資；有利于促進可再生能源的大規(guī)模應用，推進新能源汽車等產業(yè)的發(fā)展。用于削峰填谷，節(jié)約能源；電磁儲能儲能方式超導方式物理方式化學方式壓縮空氣儲能

抽水蓄能

飛輪儲能

鉛酸電池

鈉硫電池

液流電池

鋰離子電池超級電容器主要的儲能方式鋰與過渡金屬的氧化物鋰離子電池的產生鋰離子電池比能量電壓負極層狀結構的石墨120-150Wh/kg是普通鎳鎘電池的2-3倍高達3.6V正極20世紀80年代末，日本Sony公司提出者鋰離子電池鋰離子電池：是一種主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作的二次電池（充電電池）。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反，即在電池的充放電過程中，Li+處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)——搖椅式電池。正極：LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi++xe-負極：nC+xLi++Xe-→LixCn分類液態(tài)鋰離子電池聚合物鋰離子電池全固態(tài)鋰離子電池鋰離子電池的優(yōu)缺點

優(yōu)點：輸出電壓高，比能量大，循環(huán)壽命長，安全性能好，無公害，無記憶效應，自放電小，工作溫度范圍寬。缺點：電池成本較高，快充放電性差，有些材料不能大電流放電，需要保護線路控制（過充保護、過放保護）。材料要求

層狀或隧道結構,以利于鋰離子的嵌脫且在鋰離子嵌脫時無結構上的變化,以使電極具有良好的充放可逆性。鋰離子在其中應盡可能多的嵌入和脫出,以使電極具有較高的容量,且在鋰離子嵌脫時,電極反應的自由能變化不大,以使電池有較平穩(wěn)的充放電電壓。鋰離子在其中應有較大的擴散系數(shù),以使電池有較好的快充放電性能。幾種主要材料介紹1、LiMn2O4尖晶石型LiMn2O4

因其資源豐富，具有價位低、安全性好、結構相對穩(wěn)定以及綠色無污染等優(yōu)點，引起人們的普遍關注，有望成為替代層狀鈷酸鋰、鎳酸鋰的新型鋰離子電池材料，是需要關注的主要材料之一。2、LiFePO4LiFePO4

便宜、毒性小、環(huán)境相容性好，安全性好，是一種頗具潛力的鋰離子電池正極材料，具有價格、環(huán)境等方面的優(yōu)勢，在動力電池的應用前景十分廣闊。3、Li4Ti5O12負極材料當前,碳負極鋰離子蓄電池已經得到了廣泛的應用，但是它也還存在缺點，如碳負極的電位與鋰的電位很接近，電池過充時，金屬鋰可能在碳電極表面析出而引發(fā)安全問題。而鈦酸鋰具有充放電過程中骨架結構幾乎不發(fā)生變化的“零應變”特性，嵌鋰電位高(1.55Vvs.Li/Li+)而不易引起金屬鋰析出、庫侖效率高、鋰離子擴散系數(shù)(為2×10-8cm2/s)比碳負極高一個數(shù)量級等優(yōu)良特性，具備了下一代鋰離子蓄電池必需的充電次數(shù)更多、充電過程更快、更安全的特性。鋰離子電池正極材料主要鋰離子電池正極材料比較正極材料特點鈷酸鋰比容量低、抗過充性能差、鈷有毒性。錳酸鋰高溫下易產生結構畸變，容量衰減突出。磷酸鐵鋰成本低、無毒性、安全性好、壽命高。但需摻雜Mn、Co等金屬提高導電性能。負極材料非石墨化碳石墨層狀結構過渡金屬氧化物硅基Li4Ti5O12尖晶石結構錫基金屬鋰石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀晶格結構的碳質新材料。石墨烯鋰離子電池必將繼續(xù)增長的三點原因

鋰離子電池是為電子產品提供動力能源的配套產品，其消費需求增長取決于需要其配套的電子產品的消費增長。目前主要用于手機、手提電腦、未來在臺式電話子母機、攝像機、電動自行車、軍警移動通訊工具和設備、以及電動汽車等領域將廣泛運用，其潛在需求巨大。人們越來越重視環(huán)境保護和尋求不可再生能源的替代品。各國都在研制環(huán)保型汽車，電動汽車是其中的方案之一。如果鋰離子電池的成本能夠降下來，未來作為電動車的電源是完全能夠勝任的。追求高比能量的高性能電池。隨著鋰離子電池的普及，人們對電池的性能也提出了更高的追求。所以開發(fā)高端的更安全、更輕薄、更大容量的鋰離子電池必是未來鋰離子二次電池企業(yè)必然之路。新技術突破主要途徑

采用LiCoO2作為鋰離子電池的正極材料不僅成本高、對環(huán)境不利，而且存在安全性問題。人們試圖尋找其他材料取代LiCoO2

作為鋰離子電池正極材料。如LiMnO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4等新型材料以及他們的摻雜材料和碳包附材料，都是良好的替代品。商業(yè)化鋰離子電池負極材料使用的均是碳材料，包括石墨、碳纖維、石油焦和中間相瀝青基炭微球（MCMB）等。Li4Ti5