動力電池梯次利用技術 課件 1.1動力蓄電池

動力電池梯次利用技術項目一

動力蓄電池概述任務一

動力蓄電池學習目標一、知識目標1.了解動力電池的發(fā)展進程。 2.了解廢舊動力電池梯次利用與資源化的意義。3.了解國家關于退役動力電池的相關政策。4.了解退役動力電池的處理方法。二、技能目標1.能正確選擇退役動力電池的處理方法。2.能夠對廢舊電池回收的相關政策進行解讀。三、素養(yǎng)目標1.通過了解電池的發(fā)展歷史，培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)造的科學精神。2.通過小組討論各類電池的優(yōu)缺點，培養(yǎng)學生辯證分析的思維能力。3.通過古迪納夫的案例，培養(yǎng)學生對待工作精益求精的匠心精神。4.通過了解國內外廢舊電池回收企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。5.學習完本課，引導學生樹立“為中華之崛起而讀書”的偉大理想。學習目標大量退役的動力電池如處置不當，既給社會帶來環(huán)境和安全隱患，也會造成資源浪費，同時制約新能源汽車產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。國務院高度重視新能源汽車退役動力電池回收利用，并召開專題會議進行研究部署。推動新能源汽車退役動力電池回收利用，不僅有利于保護環(huán)境和社會安全，而且能有效提高資源循環(huán)利用水平，促進我國新能源汽車產業(yè)健康發(fā)展；對于加快綠色發(fā)展、建設生態(tài)文明和美麗中國具有重要意義。你了解目前國內外廢舊動力電池回收行業(yè)概況嗎？任務導入目錄鉛酸電池01.鎳氫電池02.鋰離子動力電池03.燃料電池04.conents相關知識動力電池性能比較05.鉛酸電池01PARTONE第一種鉛酸蓄電池鉛酸電池的發(fā)展歷史由法國物理學家FrenchGastonPlante于1859年發(fā)明。是第一種商業(yè)化應用的可充電電池。第一種鉛酸蓄電池鉛酸電池的發(fā)展歷史現(xiàn)在，鉛酸蓄電池被廣泛用于汽車、機車、通信后備電源和不間斷電源（UPS）系統(tǒng)等。以往的鉛酸蓄電池是開口式的富液式電池，電池不能臥式放置，電解液需要經常通過加水加酸和調整酸的密度等進行較為復雜的維護。閥控式密封鉛酸蓄電池鉛酸電池的發(fā)展歷史1957年德國陽光公司發(fā)明了膠體電解質技術；1971年美國Gates公司發(fā)明了吸液式超細玻璃棉隔板技術解決了電池內部氧氣的復合循環(huán)問題，使鉛酸蓄電池實現(xiàn)了100多年來的密封、不漏液的夢想，開創(chuàng)了鉛酸蓄電池發(fā)展歷史上一個新的里程碑。目前，作為車載動力的鉛酸蓄電池大都是閥控式密封鉛酸蓄電池。鉛酸電池的發(fā)展歷史對于解決負極的硫酸鹽化問題，國外已有公司推出超級電池和Pb-C電池的產品，高倍率放電（HRPSoC）下的循環(huán)壽命比傳統(tǒng)鉛蓄電池高出5倍以上，與鎳氫電池相當，但價格只有鎳氫電池的1/3。超級電池和Pb-C電池鉛酸電池的發(fā)展歷史

回顧鉛酸蓄電池160多年（1859～2021年）的發(fā)展歷史，技術進步是鉛酸蓄電池能夠持續(xù)發(fā)展的動力。由于不斷的技術進步才使鉛酸蓄電池在與其他二次電池的競爭中生存和發(fā)展。鉛酸電池主要發(fā)展技術年份主要技術1881Faure研制成功涂膏式極板Swan發(fā)明了板柵代替平板鉛片Sellon研制成功Pb-Sb板柵合金并沿用至今1882Ttibe和Gladstone提出了鉛酸蓄電池電極反應的雙極硫酸鹽化理論Tudor在盧森堡建立第一個鉛酸蓄電池廠1890Phillipart和Woodward發(fā)明了管式正極1935Haring和Thomas研制成功Pb-Ca板柵合金1938A.Dassler提出了氣體復合原理，為密封鉛酸蓄電池奠定了理論基礎鉛酸電池的結構鉛酸電池的結構特征：①VRLA電池的內部與周圍大氣之間沒有連續(xù)的氣體交換通道；②VRLA電池不能做到完全密封，而必須要安裝一個閥，甚至在正常條件下，閥也會打開釋放氣體。閥控式鉛酸蓄電池（valveregulatedleadacidbattery），縮寫為VRLA蓄電池。鉛酸電池的結構鉛酸電池的結構單格電池由一個正極板和一個負極板組合成極板組，在正、負極板中間插入一隔板，加入稀硫酸的電解液。由于單格電池電量有限，實際上鉛酸電池都是由多個單格電池組成的。鉛酸電池的結構鉛酸電池的結構圖為6V鉛酸電池的結構。它由三個相同的單格電池組成。每個單格電池的電壓為2V，用聯(lián)條把3個單格串聯(lián)起來，便成了一個6V鉛酸電池。鉛酸電池放電狀態(tài)下，正極主要成分為二氧化鉛，負極主要成分為鉛；充電狀態(tài)下，正負極的主要成分均為硫酸鉛。鉛酸電池鉛酸電池工作原理充放電反應鉛酸電池最大的改良，則是新近采用高效率氧氣重組技術完成水份再生，借此達到完全密封不需加水的目的，而制成的“免加水電池”其壽命可長達4年(單一極板電壓2V)。鉛酸電池鉛酸電池工作原理閥控式密封鉛酸蓄電池的氧復合原理普通蓄電池鉛酸電池的分類干荷蓄電池免維護蓄電池優(yōu)點：消耗量非常小，在使用壽命內基本不需要補充蒸餾水。耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點。是由鉛和鉛的氧化物構成，電解液是硫酸的水溶液。特點是負極板有較高儲電能力，在完全干燥狀態(tài)下，能在兩年內保存所得到的電量，使用時，只需加入電解液，等過20~30分鐘就可使用。常用的鉛酸蓄電池主要分三大類根據鉛酸電池在汽車中的作用可將其分為三種起動式鉛酸電池不能深度充放電，不能用于電動汽車的主電源，一般僅作為低壓輔助電源使用。牽引式鉛酸電池容量相對較大，可深度充放電，比能量較高，可用于電動汽車主動力電源。固定式鉛酸電池容量可以做到很大，但是比能量較低，體積和質量很大，不適合車用，一般僅用于不間斷電源等位置相對固定的場合。鉛酸電池的分類鉛酸電池的分類三類鉛酸電池的性能差異類型電池容量（A·h）正極板負極板特點起動式鉛酸電池5~200涂膏式涂膏式比能量高、比功率高牽引式鉛酸電池40~1200管狀涂膏式可深度放電固定式鉛酸電池40~5000板狀涂膏式比能量較低、自放電率小鉛酸電池的應用

鉛酸動力電池是目前使用最為廣泛的動力電池，主要運用在電動兩輪車、電動三輪車和微型電動汽車領域，據統(tǒng)計，在已經生產的電動兩輪車上，使用鉛酸電池的比例占98%以上。鉛酸動力電池用途動力用鉛酸蓄電池電動助力車輛用鉛酸蓄電池用于電動兩輪車、電動摩托車、高爾夫球車及電動滑板車等動力源電動道路車輛用鉛酸蓄電池用于電動汽車、電動三輪車的動力源潛艇用鉛酸蓄電池用于潛艇的動力源牽引用鉛酸蓄電池用于叉車、電瓶車、工程車的動力源煤礦防爆特殊性電源裝置用鉛酸蓄電池用于煤礦車井下車輛動力源鉛酸電池的應用從動力用鉛蓄電池各用途占比來看，鉛酸動力電池主要運用在電動兩輪車、電動三輪車和電動汽車領域。動力用鉛酸蓄電池各用途占比鎳氫電池02PARTTWO超級電池和Pb-C電池＞＞＞＞1985年MH-Ni電池是由荷蘭菲利浦公司于1985年首先研制成功20世紀60年代末發(fā)現(xiàn)新型功能材料——儲氫合金，在一定的溫度和壓力下可吸放大量的氫，被人們稱為“吸氫海綿”。1985年后美國Ovonic公司、日本松下、東芝、三洋等電池公司先后開發(fā)成功MH-Ni電池，并大規(guī)模商業(yè)化生產。20世紀80年代末成功研制電池用貯氫合金，1990年研制成功AA型MH-Ni電池，初期容量在900～1000mA·h鎳氫電池的發(fā)展歷史

隨著電子、通信、電動汽車、新能源等產業(yè)的發(fā)展，MH-Ni電池的應用領域不斷擴大，高容量、污染小、壽命長的綠色MH-Ni電池仍是21世紀應用最廣的高能電池之一。

目前，商品化效果最好的豐田PriusHEV使用的就是MH-Ni電池，如圖1-9所示。截止到2020年1月，銷售量已超過1500萬輛。鎳氫電池鎳氫電池的發(fā)展歷史豐田普銳斯汽車采用的鎳氫電池單元鎳氫電池的結構鎳氫電池結構主要由正極、負極、堿性電解質、隔膜、密封橡膠、外殼等組成。鎳氫電池及其結構是一種堿性電池，鎳氫電池正極材料是氫氧化鎳Ni(OH)2，負極材料采用由儲氫材料作為活性物質的氫化物電極，即儲氫合金（MH），電解質為氫氧化鉀水溶液，充放電時的電化學反應如下。鎳氫電池鎳氫電池的工作原理充放電反應充電的時候，正極發(fā)生Ni(OH)2-NiOOH轉變，負極則發(fā)生水分解反應，合金表面吸附氫，生成氫化物。放電過程是充電過程的逆反應，即正極NiOOH轉變?yōu)镹i(OH)2，負極儲氫合金脫氫，在表面生成水。鎳氫電池鎳氫電池的工作原理鎳氫電池工作原理鎳氫電池的分類分類標準類型特點內部壓力高壓鎳氫電池單體采用鎳為正極，氫為負極，可以通過氫壓來指示電池荷電狀態(tài)，但容器需要耐高氫壓。低壓鎳氫電池以儲氫合金為負極，氫氧化鎳為正極，在鎳氫電池中放入具有可逆吸放氫的儲氫合金，以降低氫壓。外形圓柱形鎳氫電池①密封蓄電池，安全性好。②比表面積大，散熱用途好。③工藝比較成熟，適合大批量持續(xù)化生產。④電池外殼耐壓高，使用過程中不會出現(xiàn)膨脹等現(xiàn)象。方形鎳氫電池①封裝可靠度高。②系統(tǒng)能量效率高。③相對重量輕。④能量密度較高。電池性能標準型①使用壽命應在500～1000次之間。②密封防漏，使鎳氫電池成為免維護電池。③性能穩(wěn)定，可以在很寬的濕度和溫度范圍內使用。④適用范圍廣：應急燈、便攜電話、遙控器、玩具等，無特殊要求的移動電源幾乎都可使用。高容量型（S型）由于是選用性能優(yōu)異的高分子材料構成鎳氫電池，因而具備高容量，該款電池重要適用于比較耗電的數碼相機。高倍率型該款鎳氫電池具有優(yōu)異的快速充電和大電流放電性能，特別適合大電流放電的用電器具，如電動工具、大型玩具（車仔玩具、遙控飛機）等。低溫和高溫型低溫和高溫型鎳氫電池分別具有優(yōu)異的低溫和高溫工作性能，它們僅是在主電源出現(xiàn)故障時才進行放電，這兩種鎳氫電池主要應用在低溫和高溫環(huán)境下的指示燈、應急燈。鋰離子動力電池03PARTTHREE鋰離子電池的發(fā)展歷史

2019年諾貝爾化學獎頒給約翰·B.古迪納夫、M.斯坦利·威廷漢和吉野彰，以表彰他們“開發(fā)鋰離子電池”的貢獻。美國M.斯坦利·威廷漢：在開發(fā)首個功能性鋰電池時就利用了鋰的巨大動力來釋放其外部電子。美國約翰·B.古迪納夫：將鋰電池的潛力提高了一倍，為功能更強大、更有用的電池創(chuàng)造了合適的條件。日本吉野彰：成功地從電池中去除了純鋰，取而代之的是基于比純鋰更安全的鋰離子。鋰離子電池的發(fā)展歷史

鋰離子動力電池主要運用在新能源汽車領域，主要品種為發(fā)展較早較成熟的磷酸鐵鋰和新興的三元鋰電池，安全性問題成為制約其發(fā)展的原因之一。

鋰離子電池根據其正極運用的材料不同分為以下幾類：鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池等。運用最早的鋰電池，容量密度大是其特性，但安全性、穩(wěn)定性差，在數碼電子領域運用較多。因其安全穩(wěn)定性差，并不適用于大多數新能源車，但由于其超強續(xù)航能力獲得了特斯拉的青睞，特斯拉Roadster運用的就是鈷酸鋰電池鈷酸鋰電池鋰離子電池的主要種類鈷酸鋰動力電池目前主流動力電池，其綜合能力出色。容量密度中等，價格便宜，安全環(huán)保等特點被眾多新能源車企業(yè)所青睞，日韓作為錳酸鋰電池的佼佼者一直領先全球。在新能源車運用方面，如日產聆風等都有所運用。錳酸鋰電池鋰離子電池的主要種類錳酸鋰電池國內新能源車運用廣泛，其最大優(yōu)點是安全穩(wěn)定性和壽命在其他類型鋰電池中堪稱“霸主級別”，但其較低的容量密度，低續(xù)航能力限制了其“一家獨大”的能力。比亞迪E6、比亞迪秦等運用的就是磷酸鐵鋰電池，并且比亞迪發(fā)布的最新刀片電池也是磷酸鐵鋰電池，磷酸鐵鋰電池鋰離子電池的主要種類磷酸鐵鋰電池近期興起的新型鋰電池，如圖1-17所示。其正極材料是用鎳鈷錳按一定比例混合搭配。其優(yōu)點是容量密度大，續(xù)航能力強，但其安全性能略差，優(yōu)于鈷酸鋰電池。國內電池企業(yè)巨頭寧德時代以生產三元鋰電池為主，市面上中高端乘用車幾乎全部被三元鋰電池占據，如蔚來ES8，特斯拉Model3等運用的就是三元鋰電池。三元鋰電池鋰離子電池的主要種類三元鋰電池燃料電池04PARTFOUR燃料電池是一種將燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置。燃料電池通常由形成離子導電體的電解質板和其兩側配置的燃料極（陽極）和空氣極（陰極）、及兩側氣體流路構成，氣體流路的作用是使燃料氣體和空氣（氧化劑氣體）能在流路中通過。燃料電池按燃料處理方式分類燃料電池燃料電池的應用非常廣泛，可用于航天、空間站、電站區(qū)域性供電、電動車及移動電源等。燃料電池按電解質類型分類燃料電池豐田Mirai搭載的燃料電池是由370多片薄片燃料電池堆疊組成的，因此被稱為“堆?！?，一共可以輸出114千瓦的發(fā)電功率。德國奔馳汽車公司也研究了PEMFC（質子交換膜燃料）電池為動力的汽車。燃料電池燃料電池汽車燃料電池動力電池性能比較05PARTF