锂电池原理全面培训教材

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1、锂电池原理以及工艺控制王图强前言电池是个比较复杂的电化学体系，涉及到电化学、材料、机械、物理等学科。所以在学习和设计时需要综合考虑。锂离子电池生产流程较长，每个质量控制点都非常重要，尤其对于关键的步骤更要严格控制。大纲提要电池定义及分类锂离子电池反应原理锂离子电池所用原材料及指标锂离子电池设计及结构锂离子电池工艺流程及控制锂离子电池生产设备锂离子电池主要性能指标动力锂离子电池展望电池定义电池是一种能量转化与储存的装置，它主要通过化学反应将化学能或物理能转化为电能。电池是一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连

2、接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。每种电池都具有电化学转换的能力，即将储存的化学能直接转换成电能，就二次电子（也叫蓄电池）而言，在放电过程中，是将化学能转换成电能；而在充电过程中，又将电能重新转换成化学能。能量转换热力学和电化学的联系1.系统的吉布斯自由能变值等于系统所做的最大非膨胀功-DG=Wf2.在原电池中，非膨胀功只有电功一项，所以化学反应的吉布斯自由能变转变为电能DG=-zEF3.当电池中所有物质都处于标准态时，电池的电动势就是标准电动势Eq。DGq=-zEqF原电池原理较活泼的金属失去电子发生氧化反应，电子从较活泼金属（负极）通过外电路流向较不

3、活泼的金属（正极）。电池分类一次电池小型二次电池：镍镉、镍氢、锂离子铅酸电池燃料电池太阳能电池-地面光伏发电其他新型电池我国电池的发展史自五十年代以来，我国二次电池工业，从无到有，从弱到强，已形成了比较完备的工业体系，其发展历程大致可分为三个时期。首先是五十年代兴起的铅酸蓄电池。第二个时期是指六十年代开发成功镉镍碱性蓄电池时期，该系列电池由于高功率、高寿命以及良好的低温性能，广泛地应用于航海、通讯、电力、铁路、通讯、电动工具、办工自动化等诸多部门。第三个时期指进入九十年代至今，九十年代初期，中国已有了研制锂电池的初级产品，主要是用于电子计算器上的二氧化锰扣式电池，以及少量的锂

4、、碘和卷边封口的锂、二氧化硫电池，随后又研制出小型碳包式的锂、亚硫氯电池。此外90年代初，中国才开始由自己规模化生产的，可供军方使用的安全可靠的锂电池。到了90年代末期，我国对锂离子电池的研究有了突破性的进展，比亚迪、邦凯和比克等公司都在大规模生产液态锂离子电池，产品的技术水平已达到或接近日本同类电池的水平。各类电池比较锂电池发展锂原电池--枝晶通过充放电的循环反复形成，枝晶锂可能穿透隔膜，造成电池内部短路，从而发生爆炸，无法使锂蓄电池实现商品化生产。1990年日本的索尼(Sony)公司率先研制成功锂离子电池，它是把锂离子嵌入碳中形成负极，取代传统锂原电池的金属锂或锂合金作负

5、极。1992年，锂离子蓄电池实现商品化，1999年，聚合物锂离子电池实现商品化。锂电池原理RCB--锂离子电池是建立在RCB理论的基础上的。锂离子电池的正负极均采用可供锂离子（Li+）自由脱嵌的活性物质，充电时Li+从正极脱嵌通过聚合物电解质到达负极，得到电子后与碳材料结合变为Li×C6，放电时，锂离子自负极析出，通过电解质，到达正极，重新回到磷酸铁锂的骨架中，恢复到充电前的状态。充放电时离子的往返的嵌入、脱嵌正像摇椅一样摇来摇去，故有人又称锂离子电池为“摇椅电池”，又叫RCB电池（英文RockingChairBatteries的缩写）。锂电池原理锂离子电池是指Li+嵌入化合

6、物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiFePO4负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。电解质为溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等有机溶液。锂电池原理在用LiFePO4做正极，石墨做负极场合的可充锂二次电池的构造为C∣ES∣LiFePO4（ES：Li+传导性有机电解液）。以上组成的电池的端电压是零伏，但在含有LiBF4，LiPF6等锂离子的支持的非水溶剂中，充电时根据反应LiFePO4+6C→FePO4+LiC6的反应，因正、负极材料的活化蓄了电的二次电池则成为：LiC6∣SE∣FePO4。在这个电池中正极反应、负极反应和全电池反

7、应分别以1-3式表示。正极反应：FePO4+Li++e→LiFePO4（1）负极反应：LiC6→Li++e+6C（2）全反应：FePO4+LiC6→LiFePO4+6C（3）原理图示锂离子电池的特点a.比容量高b.单电池输出电压高c.自放电率低d.使用寿命长d.安全性能好e.无记忆效应f.不含重金属如：镉、汞，对环境无污染，属绿色环保电池。g.自放电率低选用锂金属电池特点水分控制锂电池选用材料主要材料：正极:钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂(国产);负极:炭(天然石墨、改性石墨、中间相碳微球、纳米碳纤维等）（进