电脑锂离子电池基础知识.ppt

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1、锂离子电池汉格电池任宏君2017.8.15锂离子电池的历史人类对便携能源的追求：高能量密度，高性能，方便快捷，经济环保不懈追求高能电池锂电池聚合物电解质安全问题炭负极聚合物锂离子繁荣的锂离子电池石墨负极锂离子Li固体电解质安全活性材料二次电池70年代1989年1993年90年代应用领域的深化和拓展锂离子电池应用锂离子电池种类按外形：圆柱形、方形、异形按包装材质：钢壳、铝壳、铝塑软包装按电解液：液态锂离子、凝胶聚合物、固体聚合物按构造：层叠式、卷绕式按性能：高能量、高功率（高倍率）按应用：便携小器件、电动能源锂离子电池特点优点：能量密度高单电池

2、电压高污染小，绿色环保不足:安全（在逐步提高）价格（现在很便宜了）锂离子电池的构造五要素：正极材料：含锂的过渡族金属化合物负极材料：炭材料隔离膜：PP、PE类电解液：含锂盐的有机电解液包装：软包装、钢壳、铝壳锂离子电池正极材料种类：Ni、Co、Mn的化合物：钴酸锂，镍锰钴锂，镍钴锂，尖锰磷酸盐类：磷酸铁锂，磷酸钒锂结构：层状结构三维隧道结构特点（钴酸锂）：蓝黑色固体粉末易吸潮真实密度～5g/cc，振实密度～2.5g/cc，粒度～8um容量～140mAh/g钴酸锂钴原子层、氧原子层和锂原子层交替堆叠而成的层状晶体结构化学式：LixCoO2通过高

3、温烧结制造的陶瓷材料钴氧锂钴酸锂的电性能可逆容量：~140mAh/g平台:~3.9-4.0V电压范围:~3.0-4.3V01505010034VmAh/gIrrRev首次充电首次放电钴酸锂的电性能LiCoO2过充区域安全使用范围3.04.05.0LiCoO2Li0.5CoO2Li0.8CoO2极度危险区域完全失效区域0mAh/g137mAh/g200mAh/g锂离子电池负极材料种类：炭材料家族：人造石墨、天然石墨、硬炭非炭类：硅炭、锡合金结构（石墨）：层状结构特点：黑色固体粉末真实密度～2.2g/cc，振实密度～1.1g/cc，粒度～20um

4、容量～340mAh/g石墨和石墨层间化合物锂离子存储在石墨层中，以一定的结构形式存在，形成化合物LixC6(0≤x≤1)，称之为石墨层间化合物（GICs)，不同x对应不同状态GICs。石墨的电性能几个平台？平台：0.3-0.05V可逆容量：~300-360mAh/g不可逆容量：首次充电过程损失部分RevIrrSEI充电后的负极石墨颜色变化黑色－－淡蓝色－－黄褐色－－金黄色观察我们的负极化学活性非常活泼，遇空气易氧化，遇水剧烈反应拆电池时要注意热稳定性温度越高越活泼，热稳定性差锂离子电池电解液溶剂－有机碳酸脂溶剂环状脂：EC、PC、GBL链状脂

5、：DEC、DMC、EMC、MPC盐－大阴离子锂盐LiPF6、LiBF4特点：密度：～1.2g/cc电导率：~8mS·cm粘度：～3.5mPa·s（大约是水的三倍）要求极低的水分含量（我们在充氮气手套箱中灌注电解液）控制HF含量锂离子电池电解液电解液作用环状脂的作用：电解质盐强电离溶剂高沸点链状脂的作用：稀释电解液部分电离盐的作用一般使用状态：25－50％环状脂＋75－50％链状脂1MLiPF6水分、HF<20ppm电解液对电池的影响SEI电解液对SEI层质量起主导作用内阻产生一定的内阻大电流时的浓差极化较大热稳定性高温时部分溶剂可能气化，鼓胀

6、电池盐在高温下分解加速安全有氧化燃烧的危险锂离子电池隔离膜多孔有机高分子膜（某些聚合物电池例外）：PP膜、PE膜、复合膜特点：孔隙率：～45％孔径：<0.5um强度：MD，TD厚度：～20um收缩率：～2％隔离膜隔离膜对电池性能的影响和如何避免内阻：影响离子传导有效面积和距离自放电安全问题隔离膜在电池中会老化吗？我们的集流体粉末正、负极材料的家构成电极的一部分汇集电流正极：铝箔负极：铜箔包装箔有几层？我们的包装箔是多层铝塑复合材料每层有各自的功能对包装箔的保护要注意哪些方面？尼龙层铝箔层PP层尼龙层铝箔层PP层铝塑包装箔锂离子电池工作原理锂离

7、子在正、负极之间循环旅游，这个旅游过程表现为电池放电或充电充电放电负载eeDischargeChargeElectrolyteeeeeeeee+_集流体集流体负极正极Li1-xCoO2LixC6锂离子电池工作原理正极：负极：总的反应：锂离子电池工作原理电池首次充电放电过程叫电池活化：正、负极材料表面形成的SEI层，构成稳定的界面。去除大部分杂质形成稳定的电化学体系活化过程会消耗部分能量，构成了不可逆容量部分SEI层的质量很大程度上决定了电池的质量SEI层是什么？相当于一个保护钝化膜，是通过电化学钝化形成的，厚度为纳米级。主要成分是电解液中成分

8、在正、负极表面分解的产物：无机锂：LiF,Li2O有机锂：LiR特点：锂离子导通，电子绝缘！！！SEI层对负极尤为重要SEI层的重要意义：保护了电极材料不受电解液的