动力电池

LOGO——动力电池LOGOPage2内容概述1、纯电动汽车2、动力电池3、锂离子电池4、锂离子电池（磷酸铁锂正极材料）LOGOPage3纯电动汽车纯电动车的定义纯电动汽车是完全由可充电电池（如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池或锂离子电池）提供动力源的汽车，发展电动汽车必须解决好4个方面的关键技术：电池技术、电机驱动、及其控制技术、电动汽车整车技术以及能量管理技术。LOGO纯电动汽车Page4机械驱动——差速半轴方案LOGO纯电动汽车Page5LOGO纯电动汽车Page6LOGO纯电动汽车Page7LOGOPage8电动汽车中的动力电池电动汽车的动力源为各种二次电池，它的电动汽车发展的首要关键因素，要想在加大范围内应用电动汽车，必须要依靠先进的蓄电池。现在普遍运用于电动汽车的动力电池有铅酸电池、镉镍电池、锂离子和锂聚合物电池。铅酸电池的技术成熟，成本低，所以目前仍然有很多电动汽车采用它，缺点是铅酸电池的能量密度和比能量较低。镉镍电池由于含有环境污染和对人体有致命危害的镉元素，所以已经禁止在电动汽车上使用。镍氢电池的比能量比铅酸电池多一倍，其他性能也优于铅酸电池，但目前价格为铅酸电池的4—5倍。LOGOPage9锂电子动力电池文字内容字内容文字内容锂离子动力电池锂离子电池实际上是一种锂离子浓度差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成，正极一般采用锂化合物，负级采用锂—碳层间化合物LixC6,电解质为LiPF6（六佛磷酸锂）和LiAsF6等有机溶液，经Li+在正负电极间往返嵌入和脱嵌形成电池的充电和放电过程。在充电时，Li+正极脱嵌经过电解质嵌入负级，负级处于富锂状态，正极处于贫锂状态，放电时正好相反。LOGO锂电子动力电池Page10锂离子电池与传统的化学电源体系相比，它具有以下优点：1、比能量高。锂离子电池的比能量可达到200wh/kg和300Wh/L，约为传统锌锰、铅酸和镍镉电池的6倍；2、工作温度范围宽。可在-20℃~+75℃环境温度下工作；3、贮存性能好。锂一次电池通常可贮存5~10年，锂二次电池的自放电一般小于15%（一年），约为常规铅酸、镍镉电池的1/10；4、电压高（一般为3.0伏以上）且放电电压平稳；5、自放电小、循环使用寿命长；6、无记忆效应LOGO锂电子动力电池Page11比能量比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克(重量单位)，L是升(体积单位)。这里举一个例来说明：5号镍镉电池的额定电压为1.2V，其容量为800mAh，则其能量为0.96Wh(1.2V×0.8Ah)。同样尺寸的5号锂－二氧化锰电池的额定电压为3V，其容量为1200mAh，则其能量为3.6Wh。这两种电池的体积是相同的，但是锂－二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的3.75倍!LOGO锂电子动力电池Page12电池的记忆效应记忆效应是电池因为使用而使电池内容物产生结晶的一种效应。一般只会发生在镉镍电池、镍氢电池较少，锂电池则无此现象。发生的原因是由于电池重复的部分充电与放电不完全所致。会使电池暂时性的容量减小，导致通话时间缩短。LOGOPage13锂电子动力电池当前主要的锂离子电池正极材料主要有LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4、三元材料等LOGO锂电子动力电池Page14三元材料常规的电池正极材料是钴酸锂LiCoO2，三元材料则是镍钴锰酸锂Li（NiCoMn）O2，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高，但是平台太低LOGOPage15锂离子电池锰酸锂钴酸锂磷酸铁锂材料分析1、LiMn2O4用于锂离子电池正极材料的LiMn2O4具有尖晶石结构。其理论容量为148mAh/g，实际容量为90～120mAh/g。工作电压范围为3～4V。该正极材料的主要优点为：锰资源丰富、价格便宜，安全性高，比较容易制备。缺点是理论容量不高；材料在电解质中会缓慢溶解，即与电解质的相容性不太好；在深度充放电的过程中，材料容易发生晶格崎变，造成电池容量迅速衰减，特别是在较高温度下使用时更是如此。为了克服以上缺点，近年新发展起来了一种层状结构的三价锰氧化物LiMnO2。LOGOPage16该正极材料的理论容量为286mAh/g，实际容量为已达200mAh/g左右。工作电压范围为3～4.5V。虽然与尖晶石结构的LiMn2O4相比，LiMnO2在理论容量和实际容量两个方面都有较大幅度的提高，但仍然存在充放电过程中结构不稳定性问题。在充放电过程中晶体结构在层状结构与尖晶石结构之间反复变化，从而引起电极体积的反复膨胀和收缩，导致电池循环性能变坏。而且LiMnO2也存在较高工作温度下的溶解问题。解决这些问题的办法是对LiMnO2进行掺杂和表面修饰。目前已经取得可喜进展。LOGOPage17锂电子动力电池2、LiCoO2在目前商业化的锂离子电池中基本上选用层状结构的LiCoO2作为正极材料。其理论容量为274mAh/g，实际容量为140mAh/g左右，也有报道实际容量已达155mAh/g。该正极材料的主要优点为：工作电压较高（平均工作电压为3.7V）、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好，电导率高，生产工艺简单、容易制备等。主要缺点为：价格昂贵，抗过充电性较差，循环性能有待进一步提高。LOGO锂离子动力电池Page183、LiFePO4近年来研究的热门锂离子电池正极材料。其理论容量为170mAh/g，在没有掺杂改性时其实际容量已高达110mAh/g。LiFePO4具有高稳定性、更安全可靠、更环保并且价格低廉。LiFePO4的主要缺点是理论容量不高，室温电导率低。基于以上原因，LiFePO4在大型锂离子电池方面有非常好的应用前景。但要在整个锂离子电池领域显示出强大的市场竞争力，LiFePO4也面临若干性能方面的缺陷LOGO锂离子动力电池Page19电池成份磷酸铁锂电池锂钴电池锂锰电池锂钴镍电池C-LiFePO4LiCoO2LiMn2O4Li(NiCo)O2安全性及环保要求安全性最佳，且最符合环保要求稳定性极差，非常不安全尚可接受稳定性极差，非常不安全循环次数最佳尚可接受不能接受尚可接受能量密度可接受佳可接受最佳长期使用成本最经济高可接受高溫度耐受性极佳(-40℃~70℃仍可正常使用)高于55℃或低于-20℃则衰退高于50℃则迅速衰退高于55℃或低于-20℃则衰退LOGOPage20锂电子动力电池单击此添加段落文字内容单击此处添加段落文字内容单击此处添加段落文字内容单击此处添加段落文字容磷酸铁锂磷酸铁锂电极材料主要用于各种锂离子电池.自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A为碱金属，M为CoFe两者之组合:LiFeCOPO4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后,1997年美国德克萨斯州立大学John.B.Goodenough等研究群，也接着报导了LiFePO4的可逆性地迁入脱出锂的特性，美国与日本不约而同地发表橄榄石结构(LiMPO4),使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。与传统的锂离子二次电池正极材料，尖晶石结构的LiMn2O4和层状结构的LiCoO2相比，LiMPO4的原物料来源更广泛、价格更低廉且无环境污染。LOGOPage21锂电子动力电池正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。充电时：LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi++xe-放电时：Li1-xFePO4+xLi++xe-→LiFePO4负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。充电时：xLi++xe-+6C→LixC6放电时：LixC6→xLi++xe-+6CLOGO锂离子动力电池Page22磷酸铁锂的主要性能详述LiFePO4电池标称电压是3.2V、终止充电电压是3.6v、终止放电电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。LOGO锂离子动力电池Page23磷酸铁锂动力电池及与其他电池性能的比较LOGO锂离子动力电池Page24典型的放电特性及寿命一种型号为STL18650的磷酸铁锂动力电池（容量为1100mAh)在不同的放电率时起放电特性如图所示。最小的放电率为0.5C，最大的放电率为10C，五种不同的放电率形成一组放电曲线。有图中可看出，不管哪一种放电率，其放电过程是很平坦的（即放电电压平稳，基本保持不变),只有快到终止放电电压时，曲线才向下弯曲（放电量达到800mAh以后才会出现下弯）。在0.5C~10C的放电率范围内，输入电压大部份在2.7~3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。LOGO锂离子动力电池Page25LOGO锂离子动力电池Page26如果在23℃时放电容量为100%，则在0℃时的放电容量降为78%，而在-20℃时降到65%，在+40℃放电时其放电容量率大于100%。从图中可以看出，STL18650磷酸铁锂电池可以在-20℃下工作，但输出能量要降低35%左右。LOGO锂离子动力电池Page27LOGO锂离子动力电池Page28STL18650的充放电循环寿命曲线如图。其充放电循环条件是：以1C充电率充电，以2C放电率放电，历经570次充放电循环。从图中看出，经过570次充放电循环，其放容量未变，说明该电池有很高的寿命。LOGO锂离子动力电池Page29LOGO锂离子动力电池Page30过放电到零电压试验采用STL18650（1100mAh)的磷酸铁锂动力电池做过放电到零的电压试验。实验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电到电池电压为0V。再将放到0V的电池分两组：一组存放7天，另一组存放30天；存放到期后再用0.5C充电率充满，然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放其不同的差别。实验结果是，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池在做3次充放电循环，容量又恢复到100%。这试验说明该电池即使出现过放电现象（甚至到0V），并存放一定时间，电池也不泄露、损坏。这是其他锂电池不具有的特性LOGO锂离子动力电池Page31过放电定义电池若是在放电过程中，超过电池放电的终止电压值，还继续放电时就可能会造成电池内压升高，正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，使电池的容量产生明显减少。电池放完内部储存的电量，电压达到一定值后，继续放电就会造成过放电，通常根据放电电流来确定放电截止电压。0.2C-2C放电一般设定1.0V/支,3C以上如5C或10C放电设定为0.8V/支,电池过放可能会给电池带来灾难性的后果,特别是大电流过放，或反复过放对电池影响更大。一般而言，过放电会使电池内压升高，正负极活性物质可逆性受到破坏，即使充电也只能部分恢复，容量也会有明显衰减。LOGO锂离子动力电池Page32优点：1.结构稳定，安全性能好2.循环寿命长3.资源丰富、成本低廉。缺点：1.导电性能差2.产业化难度大磷酸铁锂的优缺点LOGO锂离子动力电池Page33磷酸铁锂的改进方向提高电子导电率改善离子扩散通道碳包覆包覆金属纳米颗粒离子掺杂一次颗粒纳米化LOGOPage34锂电子动力电池磷酸铁锂材料主要生产商LOGO锂电子动力电池Page35北大先行北大先行科技产业有限公司成立于1999年12月，位于北京市中关村科技园昌平园。公司由东圣投资有限公司和北京大学合作创建，是北京市的高新技术企业。公司以北京大学雄厚科研力量和东圣投资公司的充足资金和管理优势为依托，在锂离子电池材料方面在国内处于领先地位，成功地研制出具有国际先进水平的正负极材料.经国家电池工业协会指定权威部门的检测及相关用户的使用，其多项指标已达到或超过目前市场上销售的进口同类产品。优质稳定的产品质量吸引了国内外很多优秀电池厂家，形成了稳定的客户群，产品远销韩国、