《锂离子电池》PPT课件.ppt

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1、锂离子电池介绍材化一班白煜尧工作原理主要结构电池种类主要优点应用前景未来研究方向目录工作原理锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。以碳素材料为负极，含锂的化合物为正极。锂离子电池的充电放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。正极:LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi++xe-负极:6C+xLi++xe-→LixC6总:6C+LiCoO2→Li1-xCoO2+LixC6以LiCoO2为正极材料的锂离子电池充电锂离子电池一般用钴酸锂做正极，碳做负极，中间填充电解液以形成离子游离的通道，用隔膜来分离正负极防止短路。

2、当充电时由于电场作用锂离子从钴酸锂中游出，游离在电液中穿过隔膜中的孔隙，到达负极与碳反应生成碳化锂；放电过程与此相反，锂离子又回到正极，这就是锂离子电池的充放电过程。区分：锂金属电池：锂金属电池一般是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、使用非水电解质溶液的电池。放电反应：Li+MnO2=LiMnO2一般不可充电，用非水电解质溶液，金属锂电池跟普通干电池的原理一样，它是用金属锂作为电极，通过金属锂的腐蚀或叫氧化来产生电能的，用完就废了，不能充电。主要结构正极材料：锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2、LiFe

3、PO4或LiXMnO2负极材料：锂-碳层间化合物LiXC6电解质溶液：溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等有机溶液SEI膜：只允许锂离子通过，其它溶剂分子不能通过正极材料的要求1.具有较高的氧化还原电位，使电池输出电压高2.可利用活性物质高，容量高3.充放电过程中，结构稳定4.氧化还原电位变化小5.化学稳定性好，与电解质反应小6.较高的电子和离子导电率，大电流充放电性能好7.价格便宜，对环境无污染类别安全性能比容量mAh/g循环寿命/次电压平台材料成本所占成本比重适合领域钴酸锂差145＞5003.6高40%中小型移动电池锰酸锂

4、较好105＞5003.7低25%对体积不敏感的中型动力电池三元素较好160＞8003.6较高33%中小型动力电池磷酸铁锂很好150＞15003.2低廉25%对体积不敏感的大型动力电源几种正极材料应用优劣势比较目前，磷酸铁锂材料最适合制作大型动力电池，已成为世界各国竞相研究和开发的重要方向。负极材料大多数锂离子电池均采用碳材料作为负极。除碳负极材料外，还有锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、是合金类负极材料、纳米级负极材料等。负极材料的要求较低的氧化还原电位，使电池输出电压高嵌锂量大，容量高充放电过程中，结构稳定充放电过程

5、中，氧化还原电位变化小稳定性好，与电解质反应小良好的表面结构，形成良好的SEI膜较高的电子和离子导电率，大电流充放电性能好价格便宜，对环境无污染常见负极材料金属锂负极碳负极电解液负极金属锂负极由于锂在溶解沉积的过程中生成枝晶，导致电极的表面积不断增大，新增加的表面由于生成SEI膜导致与集体的接触不良，因此锂的溶解沉积效率较低。充电前　　　　　　　充电后碳负极材料碳材料是目前最为理想的锂离子电池负极材料，嵌锂碳材料可用LixC6表示，当X=1时达到最高的理论嵌锂量，理论比容量为372mAh/g。石墨和中间相碳微球（MCMB）是实

6、际应用最广泛的两类碳材料。石墨　　　　　　　　　碳微球电解液有机溶剂：乙烯碳酸酯（EC）丙烯碳酸酯（PC）碳酸二甲酯（DMC）碳酸二乙酯（DEC）电解质（锂盐）：LiPF6常用LiClO4不安全LiAsF6有毒LiBF4电导率低SEI膜在液态锂离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层,具有固体电解质的特征,是电子绝缘体却是Li+的优良导体,Li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出,因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”(solidelectro

7、lyteinterface)，简称SEI膜。锂离子电池主要优点1）电压高单体电池的工作电压高达3.7~3.8V2）比能量大目前能达到的实际比能量为555Wh/kg左右3）循环寿命长一般均可达到500次以上，甚至1000次以上，同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1—1.5年时间，性能价格比将为铅酸电池的5倍以上。4）安全性能好无公害，绿色环保5）自放电小室温下充满电的Li-ion储存1个月的自放电率为2%左右，6）可快速充放电7）工作温度范围高工作温度为-25~45°C8）无记忆效应可充电池在经常处于

8、充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。而锂离子电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。锂离子电池缺点锂电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险。钴酸锂材料的锂电池不能大电流放电，安全性较差。锂电池均需保护线路，防止电池被过充过放电。生