水系锂离子离子电池21页PPT

循环寿命 电池循环寿命是指电池容量下降到
某一规定的值时，电池在某一充放电制 度下所经历的充放电次数。锂离子电池 GB规定，1C条件下电池循环500次后容 量保持率在60%以上。
锂离子电池类型
1
2
圆柱型锂离 子电池
(Cylindrical Li-ion Battery)
方型锂离子电 池(Prismatic
输出电压高
能量密度高
安全，循环性好
锂离子电池 优点
自放电率小 快速充放电 充电效率高
无环境污染，绿色电池
锂离子电池工作原理
锂离子电池工作原理图 schematic representation and operation principle of rechargeable
lithium ion battery
[1] Whittingham M S．U．S．Patent 4009052．1977 [2] Whittingham M S．Science，1975，192：1226
Manley Stanley Whittingham
1941 年 出 生 ， 于 牛 津 大 学 BA (1964), MA (1967), 和 DrPhil(1968) 学 位 ， 目 前 就 职 于 宾 汉 姆 顿 大 学 。 Dr. Whittingham是发明嵌入式锂离子电池重要人物，在与Exxon公司 合作制成首个锂电池之后，他又发现水热合成法能够用于电极材料的 制备，这种方法目前被拥有磷酸铁锂专利的独家使用权的Phostech 公司所使用。
锂离子电池保持性能最佳的充放电方式为浅充浅放。
锂离子电池性能参数指标
电池内阻
电池内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻 与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，放 电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影 响。电池内阻是衡量电池性能的一个重要参数。

2. 不要使电池处于过度放电（简称“过放”）。过放是指电池放电已经 将容量耗尽，但继续放电的情形。特别是电池串联时，如果某个电池 和同组其它电池差异较大，当它电压很低时还在继续放电，有时可达 0V甚至是负电压，电池可能会出现危险。避免这种情形发生也有一些 办法，如：电池组合时尽量挑选电压一致的放在一组，单个锂亚电池 低于2V时让它停止供电。
-20 2600
-40 1600
下图是ER14250型锂亚电池的容量和电流关系曲线。
从图中可看出，电池的容量在电流大于5毫安时，容量小于1000毫 安时。此款ABLE电池在电池设计时使用材料和配料时优先考虑了小电流 下的产品性能，因此，此型号电池较适合连续工作电流较小的产品，如 作为智能电表的备用电源。
在水表、电表中具体使用哪种电池，主要取决于产品对电池的技 术要求，包括电压、容量、电流和温度特性等参数。下面就说说电池 的几个主要参数。
一、电池的容量 通常，智能水表或电表的设计人员通过理论计算得出电池的容量
要求。下面是某水表厂对电池容量的计算方法：
按水表使用寿命为6年耗电量的计算：
1) 待机耗电，假设平均待机电流为10uA, 则6年耗电为： 10(uA) x 24(小时) X 365(天）X 6（年）
因此，智能表中电池的容量要求，需要根据智能表的工作电流、工 作电压和工作环境作相应的调整。
二、锂电池的电压 锂锰电池的额定电压为3.0 V 锂亚电池的额定电压为3.6 V
锂亚电池是目前锂电池中电压最高的,同时在常温中等电流密度放电 时放电曲线极为平坦。由于以前设计的智能表，多以3V为电路的工作电 压，水表也常使用3V电压的马达来驱动阀门的转动，所以常选用电压较 高的锂亚电池，比如ABLE锂亚电池，放电曲线极为平坦，在90%的容 量范围内，其电压能保持在3V以上基本不变。

锂电池的安全评估
评估电池在高温环境下是否会发生热失控、爆炸或起火等安全问题。
热稳定性
机械强度
电化学稳定性
环境适应性
评估电池在受到冲击、挤压、振动等机械作用时是否会发生结构破坏或漏液等安全问题。
评估电池在充放电过程中的电化学稳定性，以防止电池内部短路或发生其他安全问题。
评估电池在不同的环境条件下（如温度、湿度、气压等）使用时的稳定性和安全性。
锂电池回收产业的挑战与机遇
01
挑战分析
从产业规模、技术水平、政策监管等方面分析锂电池回收产业面临的挑战。
02
机遇探讨
从市场需求、技术创新、政策支持等方面探讨锂电池回收产业的机遇和发展前景。
案例分析与实践操作
06
电动汽车发展现状
锂电池在电动汽车中的应用
电动汽车锂电池技术的未来发展
案例一：使用锂电池的电动汽车介绍
锂电池生产流程及主要设备
01
介绍锂电池的生产流程和主要设备，包括电极制作、电池组装、检测和包装等环节，并介绍各环节中使用的设备及其作用。
案例三：锂电池的生产现场实地考察
生产现场实地考察
02
通过实地考察的方式，了解锂电池生产现场的环境、安全和卫生等方面的要求，掌握实际生产中的操作技能和管理要求。
锂电池生产的环保与安全
总结词
锂电池制造过程需要经过多个步骤，如电极制备、电解液注入、电池组装等。每个步骤都需要相应的设备和工艺技术来保证电池的质量和安全性。例如，在电极制备环节，需要用到搅拌机、涂布机、压片机、干燥箱等设备；在电解液注入环节，需要用到真空干燥箱、注液机、封口机等设备；在电池组装环节，需要用到装配线、焊接机、检测设备等。
制造过程中的问题及解决方案

电解液在存储时间足够长，温度足够高时都会变色，因为
反应产生的PF5和其它反应产物都有颜色。
19
谢谢！
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电用了安全性差，二次锂电一般不加在电解液中，而是用LiPF6。
有机溶剂：由于锂电池的电压为3－4V，而水的分解电压为
1.23V，所以不能用水做溶剂；只能用分解电压高的，导电性较好的有 机溶剂，如：PC（碳酸丙烯脂）、EC（碳酸乙烯脂）、DEC（二乙烯 碳酸脂）、DMC（二甲基碳酸脂）、EMC（甲乙基碳酸脂）等。
是在热冲击性能方面，隔膜的收缩率和工艺设计余量影响 很大。
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5：锂电池用电解液
分类：液态电解质、固态电解质和熔盐电解质
电解质：
LiAsF6、LiPF6、LiClO4、 LiBF4等，从导电率、热稳定性和
耐氧化性上看LiAsF6最好，但其有毒，不能用。高氯酸锂安全性不好，
热稳定性差，加温易分解爆炸，而且其导电率低，用了装下活性物质的量；越
大越好，在单位体积内可使负极活性物质装的更多；
D50：要求在18－20微米之间，越小比表面积越大，
越难分散，越影响锂离子的嵌入和脱出速度（慢）；
6
天然石墨
天然石墨在电池中的优缺点
优点：石墨化度高，理论比容量高； 缺点：循环寿命差，要在其表面进行包覆才能使用 （沥青，环氧树脂，酚酫树脂等）； 天然石墨改性。
r＝1－P＝1－（3.36－3.354）/0.086＝0.93=93%
碳负极材料的比容量
比容量：单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电量，用 mAh/g表示；理想石墨的嵌入锂离子形成LiC6时的理论比容量是372 mAh/g 其计算方法如下：
金属锂电化学比容量是3860 mAh/g ，锂的原子量为6.94，碳的原 子量是12.01, 3860＊6.94/（12.01＊6）＝372 mAh/g 。

具体来说，这种新型正极材料突破了原有正极材料依赖 过渡金属元素的固有思路，使用了溴和氯元素承担氧化 还原的过程。而电解质中的高浓度锂盐可有效阻止溴、 氯离子到处移动，将它们锁定在电极周围的固体盐颗粒
中，免受水系电解质的影响。
图 | 该电池的充放电反应
在给电池充电时，正极中水合的溴离子和氯离子发生 氧化反应，放出电子，氧化成溴、氯原子，并嵌入石 墨正极的碳层之间，形成一层牢牢的固体。另一边， 带正电荷的锂离子通过水系电解质到达负极，与通过 外部电流到达的电子发生还原反应，并嵌入石墨负极 的碳层之间，充电完成。
究的突破了关键的电压限制。该成果发表 在 Science 杂志上。到 2017 年，王春生团 队发明了一种新型的负极保护策略，使得 原本的水系电解液窗口拓宽到了 4 V 以上。
接下来的研究工作，就是找到与 WiSE 匹配的正极、负极材料来进一步提高 能量密度。在最新的研究中，团队开 发了一种完全不同于传统锂电池正极 材料，并且匹配了高安全性的水系电 解液。这一关键成果近期发表 在 Nature 杂志上。 至此，王春生团队在电解质、正极、 负极材料上均实现了突破，并组装出 工作电压在 4V 以上的高压水系锂离 子电池系统。
图 | 电动车起火烧毁
1.介绍
水系锂离子电池概念最早在 1994 年由加拿 大著名锂电池科学家 J. R. Dahn 提出，水系 锂离子电池的最大特点即电池的电解质不是 有机溶液而是水溶液，由于水溶液不可燃， 甚至还有很强的阻燃性，因此明显更加安全。 在性能表现上，水系锂离子电池的电导率比 有机体系高 1-2 个数量级，因此功率更好； 此外，水系锂离子电池的成本更低、污染更 小。
而正极材料是限制锂离子电池能量密度的关键环节。简 单来说，作为一个整体的系统，电池的能量密度与正极、 负极、电解液都是相关的，而且正极材料是这三者中的 短板。如常用作负极的石墨电极，其容量在很早以前就 达到了 350Wh/kg。但对正极材料来说，即使是目前较前 沿的 NCM811，容量也仅在 200Wh/kg 左右。

军用装甲，民用大型挖掘器械所用动力电源，如：坦克、装甲车、军用大型装甲车辆、民用大型挖掘器械、大型吊车等等
军用装甲，民用大型挖掘器械所用动力电源，如：坦克、装甲车、军用大型装甲车辆、民用大型挖掘器械、大型吊车等等
MP3/MP4/MP5
各类太阳能电池，风能储能电池等
笔记本
电动自行车、电动摩托、电动助力车、电动汽车等代步动力型产品
锂离子电池应用领域
2011年10月2号整理
第1页，共23页。
目录
便携式电子产品
电动交通工具
大型动力电源 二次充电及储能领域
第2页，共23页。
便携式电子产品
第3页，共23页。
MP3/MP4/MP5 产品简介：
便携式音乐播放器、视频播放器等
第4页，共23页。
军用装甲，民用大型挖掘器械所用动力电源，如：坦克、装甲车、军用大型装甲车辆、民用大型挖掘器械、大型吊车等等
混合动力大巴
产品简介：
新型混合动力大巴车以及其它利用混合动力的各 种车型
第10页，共23页。
通用汽车
产品简介：
通用型汽车：包括轿车、小客车、商务车、面包车、 吉普车、跑车等汽车型号
第11页，共23页。
新能源汽车 产品简介：
新兴能源动力车辆所使用动力电源
第12页，共23页。
大型动力电源
第13页，共23页。
第16页，共23页。
装甲动力 产品简介： 军用装甲，民用大型挖掘器械所用动力电源，如： 坦克、装甲车、军用大型装甲车辆、民用大型挖掘 器械、大型吊车等等
第17页，共23页。
二次充电及储能领域
第18页，共23页。
电动玩具
产品简介：
各种电动类玩具

依据锂离子电池工作原理，锂离子电池过度充放电会对正负极造 成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷，而塌陷 会造成充电过程中锂离子无法插入；过度充电使过多的锂离子嵌 入负极碳结构，而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。
锂离子电池保持性能最佳的充放电方式为 浅充浅放 。
小结 从电池构成要素，小结锂离子电池的特点
如图，电解质 LiClO4 溶于混合有机溶剂中，Li+ 通过电解质迁移入 MnO2 晶格中，生成 LiMnO2 。
1 外电路的电流方向是由
极流向
极。（填字母）
2电池电极反应式为：负极
。
正极 。
3 是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？
，原因是
。
锂一次电池能量密度大、寿命长、耐漏液。 缺点：安全性较差，一般不能充电重复使用。
25 ℃ 的 标 准 电 极 -3.05 -2.7 -2.4 -2.87 -0.44 -0.76 -0.13 -0.40 -1.70
电位（V）
知识链接
电池的比能量就是参与电极反应的单位质量的电极材料放 出电能的大小。理论上说，单位质量的电极材料转移的电 子越多，比能量越大。
1g金属所转移的电子的物质的量（mol）
锂二次电池的发展史
1.产生阶段（1960-1980年） 1970年代，M·斯坦利·威廷汉开发了第一 块功能齐全的锂电池（Li-TiS2电池）。
金属锂
电解液 隔膜
二硫化钛
2.快速发展阶段（1980-2000年）
1980年，58岁的约 ·翰 B·古迪纳夫开发了 钴酸 锂(LiCoO2) 电池
1985年，日本吉野 彰 开发出了第一个可 商用 的锂离子电池
Li Na Mg Ca Fe Zn Pb Cd Al