锂离子动力与储能电池及其产业链优秀课件
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锂离子动力与储能电池及其产 业链优秀课件
内容提要
1
前言
新能源产业
能源危机 金融危机 生态危机
ET时代
低碳经济
新能源
太太
风
阳阳 能
能
生 物 能
海
氢
核
洋 能
能
能
新能源产业的发展与挑战
全球：第四次工业革命——新能源革命风起云涌
美国
奥巴马“能源新政”：通过新能源产业革命的方式 再造美国经济增长，再续美国在高科技领域的垄 断和霸主地位
欧洲
新能源革命驱动的绿色经济浪潮席卷大地， 德国和法国都在大力发展新能源汽车
中国
温家宝总理在2009年11月3日讲话指出： 我国要致力发展五大新兴战略性产业，抢占经济 科技制高点。发展新能源列在首位
发展电动汽车大势所趋
石油与国家能源安全
我国石油储量不足世界的2%； 我国自产石油在1.8亿吨/年左右； 2007年我国净进口原油1.63亿吨，成品油0.338亿吨，原
锂离子电池应用领域
BYD hybrid car Olympic E-bus
Golf cart
Solar E-bicycle Solar road lamps
Head lamps
电动汽车新兴产业链
以电动车的生产、运行为主体 以动力电池生产为核心的高技术产业群
电 •电动车
•电动机
•电控系统
动 技
•动力电池
EC: ethylene carbonate
DEC: dimethyl carbonate
电池: () C | LiPF6-(EC+DEC) | LiCoO2 (+)
正极: LiCoO2
C D
Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
负极: 6C + xLi+ + xe-
C D
LixC6
总反应: LiCoO2 + 6C
油对外依存度达到46.05%； 每年新增1000万辆汽车，石油需求新增2000万吨左右。
空气污染与温室气体排放
大城市空气污染的 50%来自汽车； 1亿吨油产生CO2约3亿吨。
电动汽车和混合动力汽车
比亚迪双模
本田
丰田Prius
我国现状：与发达国家几乎同时起步，国家大力扶持，有望 将来参与国际竞争。“三横”、“三纵”。
层状化合物LiCoO2的合成，发现石墨可插入锂离 子生成石墨层间化合物LixC6。
1991年由日本SONY公司生产出以LiCoO2为正极材 料，碳黑为负极材料的商业化锂离子电池。
锂离子电池充放电示意图
e- Load e-
负极 LixC6
正极 Charge
Li+
Discharge
Li+
Electrolyte Li1-xCoO2
Catalyst
Air Heat H2O
< 100 °C
H2 + ½ O2
H2O + Electricity + Heat
直接甲醇燃料电池
MeOH (aq) Heat
CO2
e-
e-
6e-
H+
6e-
+ conductor
6H+
3/2O2
3H2O
Anode
Cathode
Electrolyte
Air Heat H2O
CH3OH + 3/2 O2 = CO2 + 2 H2O
内容提要
3 锂离子动力与储能电池
动力–储能电池
1. 燃料电池 氢能动力 2. 二次电池 锂离子电池 3. 超级电容器 储能电池
燃料电池 二次电池 超级电容器
能量类型
化学能电能 化学能电能
能量传送
能量储存与转换
开放系统
密闭系统
电双层
应用
C D
Li1-xCoO2 + LixC6
锂离子电池的组成
正极 LiCoO2、LiNiO2 、LiMn2O4等
电池
负极 人造石墨系列、天然石墨系列、
焦炭系列等
电解质 有机溶剂电解质（液态）
聚合物电解质（固态、凝胶）
锂离子电池正极材料
LiNi2/3Mn1/3O2 ▲ ▲ LiFePO4
发展趋势及目前问题 新型锂离子动力电池
•电源管理
•能量回收
术 •正极材料 •负极材料 •电解液 •膜
产 •电池回收 •电池复用 •资源再生
业 •供电体系 •充电设施 •充电服务
年产2000万辆电动车（2020），年产值数万亿元！ 维持几千万辆电动车运行，年产值千亿元！
内容提要
2 锂离子电池知识简介
化学电源分类
电池是一种利用电化学的氧化-还原反应，进行
由小型电池向动力、储能大型电池发展；传统 钴酸锂电池不安全、成本高、寿命短、有毒
磷酸铁锂型高性能锂离子电池：功率高、容量 大、寿命长、成本低、环境友好、安全性好
质子交换膜燃料电池
e-
e-
H2 Heat
2e- H+ 2e-
+ conductor H2 2H+
1/2O2
H2O
Anode
Cathode
Electrolyte
Inter-city
E-Railway
Airline
Waterway
Big city
E-bike E-bike
BEV
E- bus
Subway
town
E-bike
Micro EV
E- bus
0
50
200
km
储能体系比较
பைடு நூலகம்
100 200 300
Ni-Zn
Lead Acid
Ni-MH
Ni-Cd
Li-Ion
化学能------电能之间转换的储能装置。
锌锰干电池
一次电池 纽扣电池
电池
锂原电池 铅酸电池
二次电池 镍氢电池
锂离子电池
一次电池
锂离子电池
铅酸电池
锂离子电池
干电池
上图是锌－锰干电池
铅蓄电池
锂离子电池
80年代，由Armand提出了“摇椅式”锂离子二 次电池的新概念。提出电池的正、负极材料采用可以 储存和交换锂离子的材料，利用充放电时，锂离子的 来回移动进行能量交换。
动力电池 储能电池
传统领域
发展趋势
电动汽车 电动自行车 航空航天 太阳能发电 风力发电
Points-lines-Areas structure and transportation means choice
Industry Prospect of Chinese New Energy Vehicle
Alkaline Primary
Primary Lithium
Panasonic 2008 3.6 Ah
740 Wh/l
Wh/kg
0
0
100 200 300 400 500 Wh/l
潜在(商用电源、 广泛(电子器件、 潜在(电动车等)
电动车、发电)
电动车等)
Specific Power / W kg-1
不同电池比较
kWh/t
Specific energy / Wh kg-1
kWh/m3
Driving range / km
锂离子动力与储能电池
电子电器
小型电池
手机通讯
锂 离 子 大型化 电 池
内容提要
1
前言
新能源产业
能源危机 金融危机 生态危机
ET时代
低碳经济
新能源
太太
风
阳阳 能
能
生 物 能
海
氢
核
洋 能
能
能
新能源产业的发展与挑战
全球：第四次工业革命——新能源革命风起云涌
美国
奥巴马“能源新政”：通过新能源产业革命的方式 再造美国经济增长，再续美国在高科技领域的垄 断和霸主地位
欧洲
新能源革命驱动的绿色经济浪潮席卷大地， 德国和法国都在大力发展新能源汽车
中国
温家宝总理在2009年11月3日讲话指出： 我国要致力发展五大新兴战略性产业，抢占经济 科技制高点。发展新能源列在首位
发展电动汽车大势所趋
石油与国家能源安全
我国石油储量不足世界的2%； 我国自产石油在1.8亿吨/年左右； 2007年我国净进口原油1.63亿吨，成品油0.338亿吨，原
锂离子电池应用领域
BYD hybrid car Olympic E-bus
Golf cart
Solar E-bicycle Solar road lamps
Head lamps
电动汽车新兴产业链
以电动车的生产、运行为主体 以动力电池生产为核心的高技术产业群
电 •电动车
•电动机
•电控系统
动 技
•动力电池
EC: ethylene carbonate
DEC: dimethyl carbonate
电池: () C | LiPF6-(EC+DEC) | LiCoO2 (+)
正极: LiCoO2
C D
Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
负极: 6C + xLi+ + xe-
C D
LixC6
总反应: LiCoO2 + 6C
油对外依存度达到46.05%； 每年新增1000万辆汽车，石油需求新增2000万吨左右。
空气污染与温室气体排放
大城市空气污染的 50%来自汽车； 1亿吨油产生CO2约3亿吨。
电动汽车和混合动力汽车
比亚迪双模
本田
丰田Prius
我国现状：与发达国家几乎同时起步，国家大力扶持，有望 将来参与国际竞争。“三横”、“三纵”。
层状化合物LiCoO2的合成，发现石墨可插入锂离 子生成石墨层间化合物LixC6。
1991年由日本SONY公司生产出以LiCoO2为正极材 料，碳黑为负极材料的商业化锂离子电池。
锂离子电池充放电示意图
e- Load e-
负极 LixC6
正极 Charge
Li+
Discharge
Li+
Electrolyte Li1-xCoO2
Catalyst
Air Heat H2O
< 100 °C
H2 + ½ O2
H2O + Electricity + Heat
直接甲醇燃料电池
MeOH (aq) Heat
CO2
e-
e-
6e-
H+
6e-
+ conductor
6H+
3/2O2
3H2O
Anode
Cathode
Electrolyte
Air Heat H2O
CH3OH + 3/2 O2 = CO2 + 2 H2O
内容提要
3 锂离子动力与储能电池
动力–储能电池
1. 燃料电池 氢能动力 2. 二次电池 锂离子电池 3. 超级电容器 储能电池
燃料电池 二次电池 超级电容器
能量类型
化学能电能 化学能电能
能量传送
能量储存与转换
开放系统
密闭系统
电双层
应用
C D
Li1-xCoO2 + LixC6
锂离子电池的组成
正极 LiCoO2、LiNiO2 、LiMn2O4等
电池
负极 人造石墨系列、天然石墨系列、
焦炭系列等
电解质 有机溶剂电解质（液态）
聚合物电解质（固态、凝胶）
锂离子电池正极材料
LiNi2/3Mn1/3O2 ▲ ▲ LiFePO4
发展趋势及目前问题 新型锂离子动力电池
•电源管理
•能量回收
术 •正极材料 •负极材料 •电解液 •膜
产 •电池回收 •电池复用 •资源再生
业 •供电体系 •充电设施 •充电服务
年产2000万辆电动车（2020），年产值数万亿元！ 维持几千万辆电动车运行，年产值千亿元！
内容提要
2 锂离子电池知识简介
化学电源分类
电池是一种利用电化学的氧化-还原反应，进行
由小型电池向动力、储能大型电池发展；传统 钴酸锂电池不安全、成本高、寿命短、有毒
磷酸铁锂型高性能锂离子电池：功率高、容量 大、寿命长、成本低、环境友好、安全性好
质子交换膜燃料电池
e-
e-
H2 Heat
2e- H+ 2e-
+ conductor H2 2H+
1/2O2
H2O
Anode
Cathode
Electrolyte
Inter-city
E-Railway
Airline
Waterway
Big city
E-bike E-bike
BEV
E- bus
Subway
town
E-bike
Micro EV
E- bus
0
50
200
km
储能体系比较
பைடு நூலகம்
100 200 300
Ni-Zn
Lead Acid
Ni-MH
Ni-Cd
Li-Ion
化学能------电能之间转换的储能装置。
锌锰干电池
一次电池 纽扣电池
电池
锂原电池 铅酸电池
二次电池 镍氢电池
锂离子电池
一次电池
锂离子电池
铅酸电池
锂离子电池
干电池
上图是锌－锰干电池
铅蓄电池
锂离子电池
80年代，由Armand提出了“摇椅式”锂离子二 次电池的新概念。提出电池的正、负极材料采用可以 储存和交换锂离子的材料，利用充放电时，锂离子的 来回移动进行能量交换。
动力电池 储能电池
传统领域
发展趋势
电动汽车 电动自行车 航空航天 太阳能发电 风力发电
Points-lines-Areas structure and transportation means choice
Industry Prospect of Chinese New Energy Vehicle
Alkaline Primary
Primary Lithium
Panasonic 2008 3.6 Ah
740 Wh/l
Wh/kg
0
0
100 200 300 400 500 Wh/l
潜在(商用电源、 广泛(电子器件、 潜在(电动车等)
电动车、发电)
电动车等)
Specific Power / W kg-1
不同电池比较
kWh/t
Specific energy / Wh kg-1
kWh/m3
Driving range / km
锂离子动力与储能电池
电子电器
小型电池
手机通讯
锂 离 子 大型化 电 池