电池基础知识培训

电动汽车用锂离子电池基础知识培训目录一．电池的定义二．常见电池的分类三．锂离子电池四．锂离子电池的主要指标五．超级电容和燃料电池六．动力电池产业现状与未来一、电池的定义1.电池是指能将化学能转化成电能的装置。2.具有正极、负极之分。3.随着科技的进步，电池泛指能产生电能的小型装置。如太阳能电池。二、常见的电池分类1.按照工作性质划分（是否可充电重复使用）2.按照电池形状划分：圆柱电池、方形电池、软包电池圆柱电池方形电池软包电池三、锂离子电池锂离子电池：是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。亦被称作‘摇椅电池’。锂电池锂金属电池1.1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。2.在充放电循环过程中容易形成锂结晶，造成电池内部短路。3.现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。4.使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料。锂离子电池1.20世纪70年代，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。2.锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。3.1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。4.使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料。1.锂电池与锂离子电池锂电池，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。纽扣电池2.锂离子电池的组成①正极材料：活性物质一般为磷酸铁锂、镍酸锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴铝三元、镍钴锰三元。②负极：活性物质为石墨，或近似石墨结构的炭。③隔膜：经特殊成型的高分子薄膜PP/PE（聚丙/乙烯微孔膜），有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。④电解液：溶解有六氟磷酸锂的碳酸脂类溶剂。⑤电池外壳：分为钢壳、铝壳、镀镍铁壳、铝塑膜（软包）。不同正极材料对比：3.锂离子电池按照正极材料的不同分为：磷酸铁锂、镍酸锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴铝三元、镍钴锰三元。正极材料化成成分结构能量密度循环寿命成本安全性磷酸铁锂LiPO4橄榄石中高低高镍酸锂LiNiO2层状高低高低锰酸锂LiMn2O4尖晶石低中低中钴酸锂LiCoO2层状中低高低镍钴铝三元LiNixCoyAL(1-x-y)O2层状高中中低镍钴锰三元LiNixCoyMn(1-x-y)O2层状高高中低4.锂离子电池的工作原理电池充电时，正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。负极的碳呈层状结构，有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中。放电原理与充电相反。5.锂离子电池的生产制造过程搅拌涂布模切冷压分条卷绕热压和电阻测试X光检测焊软连接包聚酯薄膜真空烘烤卷芯入壳焊顶盖气密性检测注液静置化成抽气二次注液焊密封钉静置OCV和电阻测量自放电测试分容打包、目检6.锂离子电池的优缺点技术参数镍镉电池镍氢电池锂离子电池标称电压（V）1.21.23.2-3.8比能量（Wh/Kg）50100300充放电寿命（次）5005002000自放电率（%/月）25-3030-356-9有无记忆效应有有无有无污染有无无与镍氢、镍镉电池相比较：•优点：1）电压高，接近镍氢、镍镉电池的3倍2）比能量大3）循环寿命长4）自放电低5）无记忆效应6）无有毒物质，绿色环保•缺点：1）价格昂贵2）锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电3）生产要求条件高，成本高4）使用条件有限制，高低温使用危险大7.电池的命名方法锂离子电池容易与下面两种电池混淆：（1）锂电池：以金属锂为负极。（2）锂离子电池：使用非水液态有机电解质。（3）锂离子聚合物电池：用聚合物来凝胶化液态有机溶剂，或者直接用全固态电解质。锂离子电池一般以石墨类碳材料为负极。8.几种常见锂离子电池的辨别1）钛酸锂作为锂离子电池负极材料，可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池。2）钛酸锂还可以用作正极，与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电池。3）钛酸锂具有高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点。4）测试数据表明，在6C充电，6C放电，100%DOD的条件下，钛酸锂单体电池的循环寿命超过25000次，剩余容量超过80%，同时电芯产生的胀气现象不明显，不影响其寿命。9.钛酸锂电池---珠海银隆、微宏动力缺点：1）相对其他类型的锂离子动力电池能量密度低2）胀气问题3）价格偏高4）电池的一致性差10.锂离子电池的应用四、电池的主要性能指标1.电动势（E）电动势是两个电极的平衡电极电位之差。以铅酸蓄电池为例，E=Ф+0-Ф-0+RT/F*In（αH2SO4/αH2O）。•其中：E—电动势•Ф+0—正极标准电极电位，其值为1.690V•Ф-0—负极标准电极电位，其值为-0.356V•R—通用气体常数，其值为8.314•T—温度，与电池所处温度有关•F—法拉第常数，其值为96485•αH2SO4—硫酸的活度，与硫酸浓度有关•αH2O—水的活度，与硫酸浓度有关•从上式中可看出，铅酸蓄电池的标准电动势为1.690-（-0.0.356）=2.046V，因此蓄电池的标称电压为2V。铅酸蓄电池的电动势与温度及硫酸浓度有关。②额定容量（AH）在设计规定的条件（如温度、放电率、终止电压等）下，电池应能放出的最低容量，单位为安培/每小时，以符号C表示。由于电池中可能发生的副反应以及设计时的特殊需要，电池的实际容量往往低于理论容量。2.额定容量（AH、mAh）在设计规定的条件（如温度、放电率、终止电压等）下，电池应能放出的最低容量，单位为安培/每小时，以符号C表示。由于电池中可能发生的副反应以及设计时的特殊需要，电池的实际容量往往低于理论容量。平常我们讲的电池容量就是指放电容量。3.额定电压（V）电池在常温下的典型工作电压，又称标称电压。它只与电极活性物质的种类有关，而与活性物质的数量无关。4.开路电压（OCV）电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压，一般均小于它的电动势。这是因为电池的两极在电解液溶液中所建立的电极电位，通常并非平衡电极电位，而是稳定电极电位。一般可近似认为电池的开路电压就是电池的电动势。5.内阻（IR）电池的内阻是指电流通过电池内部时受到的阻力。它包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间不断变化（逐渐变大）。对于电池来说，其内阻越小越好。6.循环寿命（CycleLife）蓄电池在满足规定条件下所能达到的最大充放电循环次数。在规定循环寿命时必须同时规定充放电循环试验的制度，包括充放电速率、放电深度和环境温度范围等。7.自放电率（%/月）电池在存放过程中电容量自行损失的速率。用单位储存时间内自放电损失的容量占储存前容量的百分数表示。8.能量密度（Wh/Kg）能量密度指单位体积或单位重量的电池，能够存储和释放的电量，其单位有两种：Wh/L，Wh/Kg。如：单体电池电压为3.7V，容量为2.5AH，重量为45g，则电池能量密度=3.7*2.5Wh/(45/1000)kg≈205.6Wh/Kg9.国内18650电芯常规指标10.电池在不同温度和倍率下的放电曲线1.温度越高，放电容量越大，反之越小2.放电倍率越大，容量越小11.Tesla延长电池使用寿命的方法12.锂离子电池检测标准序号新标准旧标准1GB/T31484-2015电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法QC/T743-2006电动车用锂离子蓄电池2GB/T31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法QC/T743-2006电动车用锂离子蓄电池3GB/T31486-2015电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法QC/T743-2006电动车用锂离子蓄电池4GB/T31467.1-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分：高功率应用测试规程\5GB/T31467.2-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分：高能量应用测试规程\6GB/T31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分：安全性要求与测试方法\7GB/T18384.1—2015电动汽车安全要求第1部分：车载可充电储能系统GB/T18384.1—2001电动汽车安全要求第1部分：车载储能装置8GB/T18384.2—2015电动汽车安全要求第2部分：操作安全和故障防护GB/T18384.2—2001电动汽车安全要求第2部分：功能安全和故障防护9GB/T18384.3—2015电动汽车安全要求第3部分:人员触电防护GB/T18384.3—2001电动汽车安全要求第3部分:人员触电防护10\QC/T897-2011电动汽车用电池管理系统技术条件超级电容，又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。由于其储能的过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。五、超级电容和燃料电池1.超级电容•优点：1）很小的体积下达到法拉级的电容量2）无须特别的充电电路和控制放电电路3）和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响4）工作环境适应能力更佳，通常室外温度在-40℃-65℃时，其都能稳定正常工作（传统电池一般为-20℃～60℃）。•缺点：1）能量密度低2）如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；3）和铝电解电容器相比，内阻较大，不可用于交流电路燃料电池（FuelCell）是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。2.燃料电池•燃料电池是氢能利用的典型代表，与相同用途的其他热机相比，燃料电池的能效可高出30%~50%。•按照规划，到2030年，我国将投入使用100万辆燃料电池车，在建加氢站达1000座。未来，氢在我国终端能源的占比，至少要达到10%。•到2030年，丰田的新能源车销量计划为550万台，将占丰田总销量的50%，其中有10%将会是氢燃料电池车型。1.2017年动力电池全球出货排名六、动力电池产业现状与未来①世界各国陆续发布燃油车退市时间表，各个车企推出新能源汽车②双积分办法将形成促进新能源汽车产业持续发展的市场化的长效发展机制③到2020年，新能源汽车动力电池补贴政策将滑坡至退出，国内外动力电池企业将处在同一起跑线上④国外动力电池企业陆续在国内投资建厂，2020年前后投产⑤动力电池产销量逐年增长⑥国内新能源动力电池产销量大而不强，整体产能过剩、高端产能紧缺⑦国内动力电池企业技术与国外相差2-3年2.现状与未来Thankyou！