锂电池工作原理_.ppt

详细描述
能量密度是指单位体积或质量的电池所能存储的能量，通常以Wh/kg或Wh/L表示。功率密度是指单位质量或体 积的电池在单位时间内所能释放的能量，通常以W/kg或W/L表示。高能量密度和功率密度是锂电池发展的主要 目标之一，以提高电池的性能和满足不同应用的需求。
04 锂电池的优缺点
优点
高能量密度
保持电池干燥
潮湿的环境可能影响电池的性能和安全性， 应保持干燥。
避免长时间不使用
长时间不使用的电池应定期充电，以保持其 性能。
使用专用的电池充电器
使用专用的电池充电器可以更好地保护电池 ，延长其使用寿命。
常见故障及处理方法
电池无法充电
可能是由于充电口接触 不良、电池老化等原因 ，需要检查充电口和更 换电池。
详细描述
在充电过程中，正极上的电子通过外部电路传递到负极，而正极上的锂离子通 过电解液传递到负极，并嵌入到负极的碳结构中。这个过程伴随着能量的释放 ，使得电池能够储存能量。
放电过程
总结词
放电过程中，负极上的电子通过外部电路传递到正极，同时负极上的锂离子通过 电解液传递到正极，并嵌入到正极的锂化合物中。
工作原理简介
充电过程
在充电过程中，锂离子从正极脱出，经过电解质后嵌入到负 极中，同时电子通过外部电路传递到负极，保持电荷平衡。
放电过程
放电时，锂离子从负极脱出，经过电解质后嵌入到正极中， 同时电子通过外部电路传递到正极，对外电路提供电力。
锂电池的应用领域
01
电子产品
手机、平板电脑、数码相机等便携式电子产品。
《锂电池原理》ppt 课件
目录
• 锂电池概述 • 锂电池的组成结构 • 锂电池的工作原理 • 锂电池的优缺点 • 锂电池的安全使用与维护

循环寿命和自放电率
循环寿命
指电池在特定充放电条件下能够 维持性能的时间。循环寿命越长 ，电池的使用寿命就越长。
自放电率
指电池在不使用的情况下，电量 自行流失的速度。自放电率越低 ，电池的储存性能越好。
安全性能和环境适应性
安全性能
指电池在异常使用或发生故障时的安 全性。安全性能高的电池能够避免燃 烧、爆炸等危险情况的发生。
保养方法与建议
建议 尽量使用原装充电器或品牌充电器。
养成随用随充的习惯，避免长时间闲置不用。 避免将电池置于潮湿环境中。
常见问题与解决方案
常见问题 电池无法充电或充电缓慢。
电池续航时间明显缩短。
常见问题与解决方案
电池膨胀或漏液。 解决方案 检查充电器是否正常工作，如有问题及时更换。
常见问题与解决方案
。
04
锂电池的性能参数
Chapter
容量和能量密度
容量
指电池在特定条件下可以存储的电量，通常以mAh（毫安时）或Ah（安时） 为单位。容量越大，电池能够提供的电量就越多。
能量密度
指电池的能量与体积或重量的比值，单位为Wh/kg（瓦时每千克）或Wh/L（瓦 时每升）。能量密度越高，电池的体积和重量就越小，能够提供更长的续航里 程。
充电方式与注意事项
01
注意事项
02
03
04
避免过度充电或放电，这会缩 短电池寿命。
尽量使用原装充电器或与电池 匹配的充电器。
充电时避免潮湿环境。
保养方法与建议
保养方法 定期检查电池状况，如发现异常应及时处理。
避免将电池置于高温环境中，如阳光下或热车中。
保养方法与建议
• 避免电池受到强烈冲击或挤压。

指电池在特定条件下可以储存的电量，通常以毫安时（mAh）或安时（Ah）为 单位。
能量密度
表示电池每单位重量或体积所能储存的能量，单位为瓦时每千克（Wh/kg）或瓦 时每升（Wh/L）。
电池的循环寿命与自放电率
循环寿命
指电池在特定充放电条件下能够维持 性能参数的时间，通常以充放电循环 次数来表示。
自放电率
通过掺杂金属离子或进行表面改性 ，可以改善正极材料的电化学性能 和循环稳定性。
负极材料的制备
负极材料的选择
常用的负极材料包括石墨、硅基材料 、钛酸锂等，选择合适的负极材料对 电池性能至关重要。
表面处理与改性
通过表面涂覆、化学处理、物理气相 沉积等方法对负极材料进行改性，以 提高其电化学性能和循环稳定性。
装配工艺流程
电池的装配工艺流程包括正负极片的切割、涂布、碾压、制片、装 配等环节，每个环节都需要严格的质量控制和工艺参数的优化。
电池的性能测试
电池装配完成后需要进行性能测试，如电化学性能测试、安全性能测 试等，以确保电池的质量和可靠性。
04 锂离子电池的性能参数与 测试
电池的容量与能量密度
电池容量
合成方法
负极材料的合成方法与正极类似，也 有多种方法可供选择，如固相法、化 学气相沉积法、电化学沉积法等。
电解液的制备
电解液的组成
锂离子电池电解液主要由 有机溶剂、锂盐和其他添 加剂组成。
电解液的制备方法
电解液的制备方法包括直 接混合法、共沸精馏法、 离子交换法等。
电解液的性能要求
电解液需要具有良好的离 子导电性、化学稳定性、 电化学稳定性以及安全性 等。
表示电池在不使用情况下，电量自行 减少的速度，通常以每月电量减少的 百分比来表示。

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。
例如同一种型号（同一种封装的标准电池），其电池的容量有较大差别（10%～20%）。
磷酸铁锂动力电池主要性能列于表1。为了与其他可充电电池的相比较，也在表中列出
其他种类可充电电池性能。这里要说明的是，不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各项性
11
小型磷酸铁锂动力电池
小型磷酸铁锂动力电池是标准的，有圆柱形及长 方形。如圆柱型的型号有18650、26650等。型号中 前两位是表示直径，后两位或三位表示高度（单位 为mm），即18650的尺寸的直径为18，高度为65。 长方形的型号有103450R、183665R等。其前两位是 电池的厚度、中间两位是电池的宽度，后两位是电 池的长度（单位为mm）。电池生产工厂往往在型 号前加三个英文字母作厂标，例如型号为 ×××18650。
24
Gas gauge 或 fuel gauge，原义是指机动车 等油量计量表，这里引申到电池电量的计 量中，取形象意义，表示给用户汇报电池 的可用容量、剩余容量百分比、温度及可 运行时间等信息。电量计IC起的即是这种 作用。
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电池均衡是指对串联电池包中不同的电池 （或电池组）采用差分电流。串联电池包 中每个电池的电流通常是一样的，因此必 须给电池包增加额外的元件和电路来实现 电池的均衡。只有当电池是串联的，并且 串联电池大于或等于三级时才会考虑电池 的均衡问题。
LiFePO4电池在充电时，正 极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜 向负极迁移；在放电过程中，负极 中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁 移。锂离子电池就是因锂离子在充 放电时来回迁移而命名的。
图1 LiFePO4电池内部结构
3

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放电
此时放电控制MOS打开
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电 压
2.3-2.5V
主流(zhǔliú)硬件保护电路原理图
主题以目前主流硬件保护IC厂家精 工（SEIKO）作为参考(cānkǎo)范例
第四十七页，共76页。
主流(zhǔliú)单节保护原理图
S-8261系列(xìliè)电路
第四十八页，共76页。
消费类电子(diànzǐ)
第十五页，共76页。
消费类电子(diànzǐ)
第十六页，共76页。
高端消费类电子(diànzǐ)
第十七页，共76页。
工业(gōngyè)工具类电子
第十八页，共76页。
新型(xīnxíng)电子产品
第十九页，共76页。
仪器仪表产品(chǎnpǐn)
第二十页，共76页。
目前广受关注的一种新兴锂离子电池材料，其突出特点是安全性非常好，不 会爆炸，循环性能非常优秀可达到2000周，这些特点使其非常适合电动汽车、 电动工具等领域。其标称电压只有3.2-3.3V，因此其保护线路部分也与常用锂离 子电池有所区别，但他的缺点也比较明显，能量密度远低于钴酸锂和三元材料。
第八页，共76页。
智能保护芯片的保护参数可以通过上位机电脑对线路板进行设定编程， 以达到最终想要的保护参数，优点是通用性强，应用范围广，缺点是 价格昂贵，软件操作稍复杂。
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硬件保护充电 控制 (chōng diàn)
过
过
放 控
充
电
制
控
( k
制
IC
(
量
ò n

缺点
安全关断温度(闭孔温 度＞140 ℃） 高于PE
耐高温性能不如PP
高温透过性差
应用范围 数码电池、动力电池
数码电池
数码电池
1、特性：1）具有电子绝缘性，保证正负极的机械隔离 2）具有一定的孔隙率，保证低的内阻与高的离子电导率 3）具有足够的化学和电化学稳定性 4）具有优良的吸液保液能力，电解液浸润性好 5）具有一定的力学性能（抗穿刺抗拉伸强度） 6）热稳定性和自动关断保护能力 7）较好的热收缩性
18650钢壳电池生产流程图
组装车间
整片 车间
卷绕
套下垫片
分
套上垫片
滚槽
烘烤注液 烘烤
测短路 注液 全封 活化
化成分容 抽真空
振动 老化 OCV1 老化
配组出货 全检 OCV2 包装 出货
涂胶
包PET
激光焊
配料管控要点
控制点
（1）原材料的来料检，如材料型号（低容、高容）、批号、重量、 密封性—烘烤除水（粘度、配方比例），需烘烤材料等；
EMC（碳酸甲乙脂）
1、当下生产型添号加、批剂号：、针工艺对版不次同（分电切池极性片宽能度添)；加不同添加剂（高压、高倍率、低温）； 22、、极要耳求尺寸：、1外）露高尺的寸、例裸子露导尺寸电、性包1胶*尺10寸-3（～错2位*1）0；-2 S/CM （高介电常数、低粘度）； 安小全片关 重断量温=面度密2(闭度) 孔高*（温的敷度料热＞量1稳4长0定度℃*性）敷料和高量于化宽P学E度）性+能，不易分解（高沸点、低熔点) ； 6负C极+材X料Li 主+ +要x3由e）-：（较：电负宽子极）的活→性电L物化ix质C学6+ 窗导电口剂，+不增稠易剂电(C解M；C) + 粘结剂 (SBR) + 集流体（铜箔） 2、对辊参数，4异）常与产其品的他标材识料； 有较好相容性，不发生化学反应; 11、86当50下钢生壳产电型池5号）生、产安批流全号程、无图工毒艺环版次保、；所使用物料（有无异常）； 3（、2）作检用查计：量正仪负器、极设之备间是否起正传常导，7离S；子的作用

，是可充电池的第五代产品，解决了锂离子电池难以解决的
安全性的关键，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比
均优于锂离子电池。是国际绿色能源的前沿和高新技术，项
目成本低，技术含量高，目前只有美国、日本和以色列等少
数国家的几个公司在生产。 .
4
电池的分类：
一次电池（干电 池）
电
铅酸电池
池
镉镍电池 液 态 锂 离 子
二次电池（充电电 镍氢电池 电池
池或蓄电池）
锂离子
电池
聚合物态锂离
子电池
另外还有燃料电池、太阳.能电池等等
5
常见可充电电池性能比较
电池体系
组成
负极 电解液
正极
环保性能
电池 电压 （V）
能量密度 Wh/kg Wh/L
充电循 自放电
环
率
锂离子电 池
碳
LiPF6
LiMn2O4 或
LiCoO2
绿色环保
3.6
有些体系可快速充放电，工作温度范围宽，厚度小，能做得更薄， 重量轻，容量大。
缺点：电池成本较高，有些材料不能大电流放电，需要保护线路控 制（过充保护、过放保护）。
.
14
记忆效应：是针对镍镉电池而言的。
理由：由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它 们被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时 形成次级放电平台。电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作 为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上 。同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应， 使电池的容量变得更低。
1、锂离子电池是指Li+ 嵌入化合物为正、负极的二次电池

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4.电解质
2015年，全球电解液整体产量为11.1万吨，同比增长34.3%；中国电 解液产量为6.9万吨，同比增长52.7%；从增长速度来看，中国电解液产 量的增长速度明显高于全球。
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电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料 组成，在一定条件下，按一定比例配制而成的，其中电解质在电解液成 本中比重最大，也是电解液中技术壁垒最高的环节。
锂离子电池
纲要
1.介绍 2.正极材料
3.负极材料
4.电解质材料 5.隔膜材料
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1.介绍
锂离子电池结构组成
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工作原理
锂离子电池是一种以 Li+ 在正负极入 嵌和脱嵌来回循环的二次储能电池。 正极一般采用插锂化合物（右图以 LiCoO2为例），负极目前广泛使用石墨层 间锂化合物 LixC6 ，电解质主要是 LiPF6 、 LiClO4等有机溶剂，溶剂分为碳酸乙烯酯 EC 、碳酸丙烯酯 PC 、碳酸二甲酯 DMC 和氯 碳酸酯ClMC。 充电时， Li+ 从正极脱出，经过电解 质嵌入到负极，此过程中伴随电子从正极 沿外电路到达负极，保持正负极电荷平衡； 放电时， Li+ 从负极脱嵌，经电解质回归 正极，同时电子从外电路经负载返回，故 可以看做是一个可逆过程。所以一般要求 Li+ 在正负极来回入嵌、脱嵌过程中正负 极材料晶体结构不会发生明显变化，而只 引起材料层间距的变化。
单层 PE 25 21
单层 PE 25 26
离子阻抗/Ω cm2
2.23
2.55
1.36
1.85
2.66
2.56
孔隙率/% 熔化温度/℃

锂电池分类
根据正极材料的不同，锂电池主 要分为钴酸锂电池、三元锂电池 、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池等 。
锂电池的工作原理
充电过程
在充电过程中，锂离子从正极材料中 脱出，通过电解质和隔膜，嵌入负极 材料中。
放电过程
在放电过程中，锂离子从负极材料中 脱出，通过电解质和隔膜，回到正极 材料中。
锂电池的主要部件，锂离子电池用于平 衡电网、稳定电力、提供备用电源 等，提高电力系统的稳定性和可靠 性。
工业储能
在工业领域，锂离子电池用于平衡 电力系统、稳定电力、提供备用电 源等，提高工业生产的稳定性和可 靠性。
PART 04
锂电池的制造工艺
正极材料的制备工艺
原料准备与处理
将原料混合在一起，通过加热、搅拌等手段，合 成电解液。
质量检测与控制
对电解液进行质量检测，确保其具有合适的电化 学性能和稳定性。
电池的组装与检测
电极制备
将正极材料、负极材料、隔膜等组装成电极。
电池组装
将电极与电解质、电池壳等组装在一起，形成完整的电池。
质量检测与控制
对电池进行质量检测，确保其具有合适的电化学性能和安全性。
PART 02
锂电池的性能特点
能量密度与功率密度
能量密度
指电池单位体积或质量所容纳的电量，常以“Wh/cm³”或“Wh/kg”为单位 来衡量。
功率密度
指电池单位质量或体积所能输出的功率，常以“W/cm³”或“W/kg”为单位 来衡量。
循环寿命与自放电率
循环寿命
指电池在经历充放电循环后，能够维持其原有性能和容量的时间。一般来说，锂 离子电池的循环寿命较长，但会随着充放电次数的增加而逐渐衰减。
锂电池在过度充电时可能会发生爆炸或产生有害物质，因此需 避免长时间充电或过夜充电。

充电放电过程中的反应
正极反应
在充电过程中，正极上的活性物质发生氧化反应，生成高价 态的锂化合物和氧气；在放电过程中，正极上的高价态锂化 合物发生还原反应，重新生成活性物质。
负极反应
在充电过程中，负极上的活性物质发生还原反应，生成金属 锂和电子；在放电过程中，金属锂发生氧化反应，重新生成 活性物质。
量大幅增长。
2020年代
固态锂电池的研究和开 发成为新的热点，有望 解决现有锂电池的安全
问题。
02
锂电池工作原理
正负极材料
正极材料
通常采用过渡金属氧化物，如 LiCoO2、LiMn2O4等，用于存储正 电荷。
负极材料
多为碳基材料，如石墨、焦炭等，用 于存储负电荷。
电解液
作用
在正负极之间传输离子，使电荷得以在电路中流动。
锂电池的应用领域
01
02
03
电子产品
手机、平板电脑、数码相 机等。
电动汽车
特斯拉、比亚迪等品牌电 动汽车。
储能领域
家庭储能、数据中心、电 网等。
锂电池的发展历程
1970年代
锂电池的初步研究和开 发阶段。
1990年代
锂电池进入商业化阶段 ，开始应用于电子产品
。
2000年代
随着电动汽车和储能领 域的发展，锂电池需求
能量存储与释放
在充电和放电过程中，能 量以电能的形式储存和释 放。
03
锂电池的优缺点
优点
01
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03
04
高能量密度
锂电池具有较高的能量密度， 能够提供较长的续航里程。
快速充电
锂电池能够在较短的时间内充 满电，提高了充电的便利性。
环保