动力电池发展现状与趋势PPT课件
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动力电池国内外发展 现状与趋势
发展机遇与政府规划
世界能源需求量不断增大
由于世界各地汽车产业的蓬勃发展，石油资源已经表现了供应不 足、价格高涨的现象，国际能源结构也因此发生了重大变化，能 源需求大幅度增加。
全球变暖
减少对石油的依赖程度及环保要求
中国石油总需求供需缺口
1. 目前我国原油消费60％用于交通，如何降低交通用油有重要意义。 2. 2009年我国石油对外依存度提高2.5个百分点，已到达53%。发展
the wide of temperature 环境友好 --- Environment-friendly
水果电池不符合这些要求，所以不是真正的电池
电池分类 --- 一次电池
• 又称原电池，或干电池，反应不可逆或者或者可逆 反应很难进行，电池放电后不能重复充电使用。
电池分类 --- 二次电池
二次电池： 能够充放电多次重复使用的电池
标准电压：1.2V
镍氢电池的结构
镍氢电池的主要优缺点
优势
与铅酸电池比，能量密度有大幅度高，重量能量密度 65Wh/kg，体积能量密度都有所提高200Wh/L
功率密度高，可大电流充放电 低温放电特性好 循环寿命（提高到1000次） 环保，无污染 技术比较锂离子电池成熟
缺点
正常工作温度范围-15~40°C，高温性能较差 工作电压低，工作电压范围1.0V~1.4V 价格比铅酸电池、镍镉电池贵，但是性能比锂离子电池
二次电池，电池的反应可逆， 可以多次重复充放电
水果电池
组成电池的三种主要成分：正极、负极、电解液 （正负极不能直接接触）
电池发展史
最早的电池-----巴格达土瓶
约公元前250—公元250年
电池的性能要求
高能量密度 --- High energy density 高功率性能 --- Hign power density 高安全性能 --- Hign safety characteristics 低自放电率 --- Low self-discharge rate 长循环寿命 --- Good cycle performance 快速充电能力 --- Quick charge acceptance 较宽的高温性能 --- Good performance in
缺点：
1. 比能量低,一般为30～40Wh/kg； 2. 使用寿命不及Cd/Ni电池； 3. 制造过程容易污染环境,必须配备三废处理设备.
铅酸电池的结构
第二代 镍氢电池
镍氢电池以储氢合金为负极材料，氢氧化镍为正极 材料，电解液是含氢氧化锂（LiOH）的氢氧化钾 （KOH）水溶液。电池放电时，负极的金属氢化物 被氧化生成金属合金，正极的羟基氧化镍（NiOOH） 被还原成氢氧化镍，充电过程相反。
优点：
成本低 易合成 工作电压高 安全性能好 对环境无污染
高温性能差 容量偏低 (约120mAh/g)
衰减的原因：
• Mn3+的溶解，2Mn3+→Mn2++Mn4+ • 结构不稳定：Jahn-Teller反应（立方相变成四方相）
LiPF6 + H2O → POF3 + LiF 4H+ + 2 LiMn3+Mn4+O42- → 3λ-MnO2 + Mn2+ + 2H2O
锂电池新能源应用势在必行。 3. 燃油汽车污染严重，发展电动清洁汽车，是保护环境的必然要求
发展中国家 发达国家
交通发展战略
动力电池
电池
电池是一种能量转化装置， 充电时，电能转化为化学能 贮存起来，放电时，化学能 转化为电能。
一次电池，电池的反应是不 可逆的；
循环性能好 无记忆效应 环保，无污染
锂离子电池在充放电过程中，Li+在两个电极之间往 返嵌入和脱嵌，产生了电流，该反应具有高度的可 逆性，被形象地称为“摇椅电池”（Rocking Chair Batteries）。 目前最有潜力的电动汽车动力电池
锂离子电池的结构
宏观----微观
锂离子电池内部结构
性能改善措施：
元素掺杂 表面修饰 纳米化
三元材料LiCoNiMnO2（NCM）
Co，+3； Ni，+2； Mn，+4； Ni为材料容量的主要来源；+2→+4 Co在较高电位时才能发生反应，+3→+4，因此起到
优点
价格低廉，降价空间大 热稳定性高，安全性好 循环性能好 比容量高 环保，无污染
固有缺点 体积能量比低 电压偏低3.2V，且电压 平台太平
困难！！
电导率低→倍率性能差 低温性能差
材料制备技术难度高
解决路径-----1.表面碳包覆，提高导电率 2.优化掺杂 3.低温添加剂，改善低温性能
差
镍氢电池主要应用
目前市场上销售的混合动力汽车，主要以镍氢 电池作为动力电源。在HEV所用的动力电池中， 镍氢动力电池的技术仍是最成熟，综合性能最 高的。
纯电动方面，较小的比能量使得镍氢电池续航 能力较低，优势不比锂离子电池。
主要应用领域——混合动力汽车
第三代 锂离子电池
锂电池 优点
比能量高 电压平台高
Capacity (mAh/g)
160 0.1C
150
2C 5C 10C
0.5C
1C
140
复合碳源
130 成膜催化剂
优化掺杂
1200 10 20Cyc3l0e Nu40mbe5r0 60 70
碳包覆磷酸铁锂，2C 充放电循环
160
150
Nb+F 掺杂
140
Nb 掺杂
F 掺杂
130
120
未掺杂
110
尖晶石锰酸锂材料
锂电池成本解析
正极材料 ——电Biblioteka Baidu汽车跃动的心
正极部分
• 层状结构材料(LiCoO2,NCM,NCA等 ) • 尖晶石结构材料(LiMn2O4等) • 橄榄石结构材料(LiFePO4) • 一些新材料（未来发展方向）
日韩等国家推崇三元和锰锂材料 中国，美国推崇铁锂材料
磷酸铁锂材料
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。
主流动力电池发展史
第一代
第二代
第三代
第一代 铅酸电池
正极：二氧化铅 负极：海绵铅 电解液：硫酸 工作电压：2V
铅酸电池的主要优缺点
优点：
1. 原料易得，价格相对低廉； 2. 高倍率放电性能良好； 3. 温度性能良好,可在-40～＋60℃的环境下工作； 4. 适合于浮充电使用,使用寿命长,无记忆效应； 5. 废旧电池容易回收,有利于保护环境.
发展机遇与政府规划
世界能源需求量不断增大
由于世界各地汽车产业的蓬勃发展，石油资源已经表现了供应不 足、价格高涨的现象，国际能源结构也因此发生了重大变化，能 源需求大幅度增加。
全球变暖
减少对石油的依赖程度及环保要求
中国石油总需求供需缺口
1. 目前我国原油消费60％用于交通，如何降低交通用油有重要意义。 2. 2009年我国石油对外依存度提高2.5个百分点，已到达53%。发展
the wide of temperature 环境友好 --- Environment-friendly
水果电池不符合这些要求，所以不是真正的电池
电池分类 --- 一次电池
• 又称原电池，或干电池，反应不可逆或者或者可逆 反应很难进行，电池放电后不能重复充电使用。
电池分类 --- 二次电池
二次电池： 能够充放电多次重复使用的电池
标准电压：1.2V
镍氢电池的结构
镍氢电池的主要优缺点
优势
与铅酸电池比，能量密度有大幅度高，重量能量密度 65Wh/kg，体积能量密度都有所提高200Wh/L
功率密度高，可大电流充放电 低温放电特性好 循环寿命（提高到1000次） 环保，无污染 技术比较锂离子电池成熟
缺点
正常工作温度范围-15~40°C，高温性能较差 工作电压低，工作电压范围1.0V~1.4V 价格比铅酸电池、镍镉电池贵，但是性能比锂离子电池
二次电池，电池的反应可逆， 可以多次重复充放电
水果电池
组成电池的三种主要成分：正极、负极、电解液 （正负极不能直接接触）
电池发展史
最早的电池-----巴格达土瓶
约公元前250—公元250年
电池的性能要求
高能量密度 --- High energy density 高功率性能 --- Hign power density 高安全性能 --- Hign safety characteristics 低自放电率 --- Low self-discharge rate 长循环寿命 --- Good cycle performance 快速充电能力 --- Quick charge acceptance 较宽的高温性能 --- Good performance in
缺点：
1. 比能量低,一般为30～40Wh/kg； 2. 使用寿命不及Cd/Ni电池； 3. 制造过程容易污染环境,必须配备三废处理设备.
铅酸电池的结构
第二代 镍氢电池
镍氢电池以储氢合金为负极材料，氢氧化镍为正极 材料，电解液是含氢氧化锂（LiOH）的氢氧化钾 （KOH）水溶液。电池放电时，负极的金属氢化物 被氧化生成金属合金，正极的羟基氧化镍（NiOOH） 被还原成氢氧化镍，充电过程相反。
优点：
成本低 易合成 工作电压高 安全性能好 对环境无污染
高温性能差 容量偏低 (约120mAh/g)
衰减的原因：
• Mn3+的溶解，2Mn3+→Mn2++Mn4+ • 结构不稳定：Jahn-Teller反应（立方相变成四方相）
LiPF6 + H2O → POF3 + LiF 4H+ + 2 LiMn3+Mn4+O42- → 3λ-MnO2 + Mn2+ + 2H2O
锂电池新能源应用势在必行。 3. 燃油汽车污染严重，发展电动清洁汽车，是保护环境的必然要求
发展中国家 发达国家
交通发展战略
动力电池
电池
电池是一种能量转化装置， 充电时，电能转化为化学能 贮存起来，放电时，化学能 转化为电能。
一次电池，电池的反应是不 可逆的；
循环性能好 无记忆效应 环保，无污染
锂离子电池在充放电过程中，Li+在两个电极之间往 返嵌入和脱嵌，产生了电流，该反应具有高度的可 逆性，被形象地称为“摇椅电池”（Rocking Chair Batteries）。 目前最有潜力的电动汽车动力电池
锂离子电池的结构
宏观----微观
锂离子电池内部结构
性能改善措施：
元素掺杂 表面修饰 纳米化
三元材料LiCoNiMnO2（NCM）
Co，+3； Ni，+2； Mn，+4； Ni为材料容量的主要来源；+2→+4 Co在较高电位时才能发生反应，+3→+4，因此起到
优点
价格低廉，降价空间大 热稳定性高，安全性好 循环性能好 比容量高 环保，无污染
固有缺点 体积能量比低 电压偏低3.2V，且电压 平台太平
困难！！
电导率低→倍率性能差 低温性能差
材料制备技术难度高
解决路径-----1.表面碳包覆，提高导电率 2.优化掺杂 3.低温添加剂，改善低温性能
差
镍氢电池主要应用
目前市场上销售的混合动力汽车，主要以镍氢 电池作为动力电源。在HEV所用的动力电池中， 镍氢动力电池的技术仍是最成熟，综合性能最 高的。
纯电动方面，较小的比能量使得镍氢电池续航 能力较低，优势不比锂离子电池。
主要应用领域——混合动力汽车
第三代 锂离子电池
锂电池 优点
比能量高 电压平台高
Capacity (mAh/g)
160 0.1C
150
2C 5C 10C
0.5C
1C
140
复合碳源
130 成膜催化剂
优化掺杂
1200 10 20Cyc3l0e Nu40mbe5r0 60 70
碳包覆磷酸铁锂，2C 充放电循环
160
150
Nb+F 掺杂
140
Nb 掺杂
F 掺杂
130
120
未掺杂
110
尖晶石锰酸锂材料
锂电池成本解析
正极材料 ——电Biblioteka Baidu汽车跃动的心
正极部分
• 层状结构材料(LiCoO2,NCM,NCA等 ) • 尖晶石结构材料(LiMn2O4等) • 橄榄石结构材料(LiFePO4) • 一些新材料（未来发展方向）
日韩等国家推崇三元和锰锂材料 中国，美国推崇铁锂材料
磷酸铁锂材料
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。
主流动力电池发展史
第一代
第二代
第三代
第一代 铅酸电池
正极：二氧化铅 负极：海绵铅 电解液：硫酸 工作电压：2V
铅酸电池的主要优缺点
优点：
1. 原料易得，价格相对低廉； 2. 高倍率放电性能良好； 3. 温度性能良好,可在-40～＋60℃的环境下工作； 4. 适合于浮充电使用,使用寿命长,无记忆效应； 5. 废旧电池容易回收,有利于保护环境.