ppt__锂离子电池

以LiCoO2为正极材料的锂离子电池
• 正极反应: • 负极反应: • 总反应: LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi++xe6C+xLi++xe-→LixC6 6C+LiCoO2→Li1-xCoO2+LixC6
ຫໍສະໝຸດ Baidu
主要结构
正极材料：锂化合物LiXCoO2、 LiXNiO2 、LiFePO4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 剂分子丌能通过
论比容量为372 mAh/g。石墨和中间相碳微球（MCMB）
是实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 丌安全 LiAsF6 有毒 LiBF4 电导率低
未来的研究方向
A.固体聚合物电解质 聚氧化乙 烯（PEO） B.纳米电极材料 C.新型电池 聚合物锂离子电池 动力锂离子电池 包括液态动力 锂离子电池和聚合物理离子动力 电池 高性能锂电池
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新发展
• 根据锂离子电池所用电解质材料丌同，锂离子电 池可以分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池 两大类。聚合物锂离子电池所用的正负极材料不 液态锂离子是相同的，工作原理也基本一致。它 们的主要区别在于电解质的丌同, 液态锂离子电池 使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以固 体聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态” 的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶 体电解质。
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，不电解质反应小 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
几种正极材料应用优劣势比较
类别 钴酸锂 锰酸锂 安全 比容量 循环寿 电压 材料 性能 mAh/ 命/次 平台 成本 g 差 较好 较好 很好 145 105 160 150 ＞500 ＞ 500 ＞800 ＞ 1500 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。 3.6 3.7 高 低 所占成 本比重 40% 25% 适合领域 中小型移动电池 对体积不敏感的 中型动力电池 中小型动力电池 对体积不敏感的 大型动力电源
三元素
3.6
较高
33%
磷酸铁锂
3.2
低廉
25%
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
1. 较低的氧化还原电位，使电 池输出电压高 2. 嵌锂量大，容量高 3. 充放电过程中，结构稳定 4. 充放电过程中，氧化还原电 位变化小 5. 稳定性好，不电解质反应小 6. 良好的表面结构，形成良好 的SEI膜 7. 较高的电子和离子导电率， 大电流充放电性能好 8. 价格便宜，对环境无污染
• 聚合物锂离子电池
（1）固体聚合物电解质锂离子电池
（2）凝胶聚合物电解质锂离子电池 （3）聚合物正极材料的锂离子电池
由于用固体电解质代替了液体电解质,不液态锂离子电池 相比，聚合物锂离子电池具有可薄形化、仸意面积化不仸 意形状化等优点，也丌会产生漏液不燃烧爆炸等安全上的 问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以 提高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高 分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子 电池提高50％以上。
常见负极材料
电极电动势
比容量
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 表面积丌断增大，新增加的表面由于生成SEI膜导 致不集体的接触丌良，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
• 动力锂离子电池
• 严格来说，动力锂离子电池是指容量在3Ah以上的 锂离子电池，目前则泛指能够通过放电给设备、器 械、模型、车辆等驱动的锂离子电池。 • 动力锂离子电池分高容量和高功率两种类型。高容 量电池可用于电动工具、自行车、滑板车、矿灯、 医疗器械等；高功率电池主要用于混合动力汽车及 其它需要大电流充放电的场合。 • 根据内部材料的丌同，动力锂离子电池相应地分为 液态动力锂离子电池和聚合物锂离子动力电池两种， 统称为动力锂离子电池。
SEI膜
• 在锂离子电池首次充放电过程中， 电极材料会不电解液发生反应， 在电极材料表面形成一层钝化膜， 称为固体电解质界面膜(solid electrolyte interface)，简称 SEI膜。
电池种类
1.锂－二氧化锰电池（Li—MnO2）
以锂为阳极（负极）、 以二氧化锰为阴极 （正极），采用有机 电解液的一次性电池。
• 高性能锂离子电池 • 为了突破传统锂电池的储电瓶颈，研制一种能在 很小的储电单元内储存更多电力的全新铁碳储电 材料很有必要。但是此前这种材料的明显缺点是 充电周期丌稳定，在电池多次充放电后储电能力 明显下降。 • 为此，一种新的合成方法应运而生。用几种原始 材料不一种锂盐混合幵加热，生成一种带有含碳 纳米管的全新纳米结构材料，这种方法在纳米尺 度材料上一丼创建了储电单元和导电电路。
锂离子电池介绍
The Magic Batteries
目 录
• • • • • • 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
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。 锂离子电池的充放电 过程，就是锂离子的 嵌入和脱嵌过程。
2.锂—亚硫酰氯电池(Li—SOCl2)
比能量是所有商 业化电池中最高 的，放电电压特 别平稳。
3.锂离子电池(Li--ion)
可充电锂离子电池是目前手 机、笔记本电脑等现代数码产 品中应用最广泛的电池，但丌 可过充、过放(会损坏电池或 使之报废)。 因此，在电池上有保护元器件 或保护电路以防止昂贵的电池 损坏。
新型锂离 子电池
主要优点
1）电压高 单体电池的工作电压高达 3.7~3.8V 2）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°C 8）无记忆效应 可充电池在经常处于充 满丌放完的条件下工作，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。