电池基础知识培训

五、超级电容和燃料电池
1. 超级电容
超级电容，又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉 电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能 的一种电化学元件。 通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。由于其储能的 过程并不发生化学反应，因此这种储能过程是可逆的，正因为此超 级电容器可以反复充放电数十万次。
平常我们讲的电池容量就是指放电容量。
3. 额定电压（V） 电池在常温下的典型工作电压，又称标称电压。 它只与电极活性物质的种类有关，而与活性物质的数量无关。
4. 开路电压（OCV）
电池在开路状态下的端电压称为开路电压。 电池的开路电压，一般均小于它的电动势。这是因为电池的 两极在电解液溶液中所建立的电极电位，通常并非平衡电极电位， 而是稳定电极电位。一般可近似认为电池的开路电压就是电池的 电动势。
比能量（Wh/Kg）
充放电寿命（次） 自放电率（%/月） 有无记忆效应 有无污染
50
500 25-30 有 有
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500 30-35 有 无
300
2000 6-9 无 无
• 优点：1）电压高，接近镍氢、镍镉电池的3倍 2）比能量大 3）循环寿命长 4）自放电低 5）无记忆效应 6）无有毒物质，绿色环保
锂电池
1. 2. 3. 4. 1. 2. 3. 4. 1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。 在充放电循环过程中容易形成锂结晶，造成电池内部短路。 现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。 使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料。 纽扣电池 20世纪70年代，M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。 锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。 1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。 使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料。
• 优点：1）很小的体积下达到法拉级的电容量 2）无须特别的充电电路和控制放电电路 3）和电池相比过充、过放都不对其寿命构成负面影响 4）工作环境适应能力更佳，通常室外温度在-40℃-65℃时， 其都能稳定正常工作（传统电池一般为-20℃～60℃）。 • 缺点：1）能量密度低 2）如果使用不当会造成电解质泄漏等现象； 3）和铝电解电容器相比，内阻较大，不可用于交流电路
锂离子电池
锂离子电池：是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子 在正极和负极之间移动来工作。亦被称作‘摇椅电池’。
2. 锂离子电池的组成
① 正极材料：活性物质一般为磷酸铁锂、 镍酸锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴铝三元、 镍钴锰三元。 ② 负极：活性物质为石墨，或近似石墨结 构的炭。 ③ 隔膜：经特殊成型的高分子薄膜PP/PE （聚丙/乙烯微孔膜） ，有微孔结构，可 以让锂离子自由通过，而电子不能通过。 ④ 电解液：溶解有六氟磷酸锂的碳酸脂类 溶剂。 ⑤ 电池外壳：分为钢壳、铝壳、镀镍铁壳、 铝塑膜（软包）。
2. 燃料电池
燃料电池（FuelCell） 是一种将存在于燃料与氧 化剂中的化学能直接转化 为电能的发电装置。燃料 和空气分别送进燃料电池， 电就被奇妙地生产出来。 它从外表上看有正负极和 电解质等，像一个蓄电池， 但实质上它不能“储电”而 是一个“发电厂”。
• 燃料电池是氢能利用的典型代表，与相同用途的其他热机相比， 燃料电池的能效可高出30%~50%。 • 按照规划，到2030年，我国将投入使用100万辆燃料电池车，在 建加氢站达1000座。未来，氢在我国终端能源的占比，至少要达 到10%。 • 到2030年，丰田的新能源车销量计划为550万台，将占丰田总销 量的50%，其中有10%将会是氢燃料电池车型。
缺点：1）相对其他类型的锂离子动力电池能量密度低 2）胀气问题 3）价格偏高 4）电池的一致性差
10. 锂离子电池的应用
四、电池的主要性能指标
1. 电动势（E）
电动势是两个电极的平衡电极电位之差。
以铅酸蓄电池为例，E=Ф+0-Ф-0+RT/F*In（αH2SO4/αH2O）。 • 其中：E—电动势 • Ф+0—正极标准电极电位，其值为1.690V • Ф-0—负极标准电极电位，其值为-0.356V • R—通用气体常数，其值为8.314 • T—温度，与电池所处温度有关 • F—法拉第常数，其值为96485 • αH2SO4—硫酸的活度，与硫酸浓度有关
5. 内阻（IR）
电池的内阻是指电流通过电池内部时受到的阻力。 它包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化内 阻和浓差极化内阻。电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时 间不断变化（逐渐变大）。对于电池来说，其内阻越小越好。
6. 循环寿命（Cycle Life）
蓄电池在满足规定条件下所能达到的最大充放电循环次数。在 规定循环寿命时必须同时规定充放电循环试验的制度，包括充放电 速率、放电深度和环境温度范围等。
7. 自放电率（%/月）
电池在存放过程中电容量自行损失的速率。用单位储存时间内自放 电损失的容量占储存前容量的百分数表示。
8. 能量密度（Wh/Kg）
能量密度指单位体积或单位重量的电池，能够存储和释放的电量， 其单位有两种：Wh/L，Wh/Kg。 如：单体电池电压为3.7V，容量为2.5AH，重量为45g，则电池 能量密度 = 3.7*2.5Wh/(45/1000)kg ≈ 205.6Wh/Kg
9. 钛酸锂电池 --- 珠海银隆、微宏动力
1）钛酸锂作为锂离子电池负极材料，可与锰酸锂、三元材料或磷 酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池。 2）钛酸锂还可以用作正极，与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂 二次电池。 3）钛酸锂具有高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点。 4）测试数据表明，在6C充电，6C放电，100%DOD的条件下，钛 酸锂单体电池的循环寿命超过25000次，剩余容量超过80%，同时 电芯产生的胀气现象不明显，不影响其寿命。
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六、动力电池产业现状与未来
1. 2017年动力电池全球出货排名
2. 现状与未来
① 世界各国陆续发布燃油车退市时间表，各个车企推出新能源汽车 ② 双积分办法将形成促进新能源汽车产业持续发展的市场化的长效 发展机制 ③ 到2020年，新能源汽车动力电池补贴政策将滑坡至退出，国内 外动力电池企业将处在同一起跑线上 ④ 国外动力电池企业陆续在国内投资建厂，2020年前后投产 ⑤ 动力电池产销量逐年增长 ⑥ 国内新能源动力电池产销量大而不强，整体产能过剩、高端产能 紧缺 ⑦ 国内动力电池企业技术与国外相差2-3年
9. 国内18650电芯常规指标
10. 电池在不同温度和倍率下的放电曲线
1. 温度越高，放电容量越大，反之越小 2. 放电倍率越大，容量越小
11. Tesla延长电池使用寿命的方法
12. 锂离子电池检测标准
序号 1
新标准 GB/T 31484-2015 电动汽车用动力蓄电池循环寿命 要求及试验方法 GB/T 31485-2015 电动汽车用动力蓄电池安全要求 及试验方法 GB/T 31486-2015 电动汽车用动力蓄电池电性能要 求及试验方法 GB/T 31467.1-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包 和系统第1部分：高功率应用测试规程
• 缺点：1）价格昂贵 2）锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电 3）生产要求条件高，成本高 4）使用条件有限制，高低温使用危险大
7. 电池的命名方法
8. 几种常见锂离子电池的辨别
锂离子电池容易与下面两种电池混淆： （1）锂电池：以金属锂为负极。 （2）锂离子电池：使用非水液态有机电解质。 （3）锂离子聚合物电池：用聚合物来凝胶化液态有机 溶剂，或者直接用全固态电解质。锂离子电池一般以石 墨类碳材料为负极。
旧标准 QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池
2 3
4 5 6 7 8 9 10
QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池 QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池
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GB/T 31467.2-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包 和系统第2部分：高能量应用测试规程
GB/T 31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包 和系统第3部分：安全性要求与测试方法
二、常见的电池分类
1. 按照工作性质划分（是否可充电重复使用）
2. 按照电池形状划分：圆柱电池、方形电池、软包电池
圆柱电池
方形电池
软包电池
三、锂离子电池
1. 锂电池与锂离子电池
锂电池，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。 锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。
锂金属电池
5. 锂离子电池的生产制造过程
搅拌 涂布 模切 冷压 分条
包聚酯薄膜
焊软连接
X光检测
热压和电阻 测试
卷绕
真空烘烤
卷芯入壳
焊顶盖
气密性检测
注液
焊密封钉
二次注液
抽气
化成
静置
静置
OCV和电阻 测量
自放电测试
分容
打包、目检
6. 锂离子电池的优缺点
与镍氢、镍镉电池相比较：
技术参数 标称电压（V） 镍镉电池 1.2 镍氢电池 1.2 锂离子电池 3.2-3.8
LiMn2O4
LiCoO2 LiNixCoyAL(1-x-y)O2 LiNixCoyMn(1-x-y)O2
尖晶石
层状 层状 层状
低
中 高 高
中
低 中 高
低
高 中 中
中
低 低 低
4. 锂离子电池的工作原理
电池充电时，正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解 液运动到负极。负极的碳呈层状结构，有很多微孔，达到负极的 锂离子就嵌入到碳层的微孔中。放电原理与充电相反。
3. 锂离子电池按照正极材料的不同分为：
磷酸铁锂、镍酸锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴铝三元、镍钴锰三元。 不同正极材料对比：
正极材料 磷酸铁锂 镍酸锂 化成成分 LiPO4 LiNiO2 结构 橄榄石 层状 能量密度 中 高 循环寿命 高 低 成本 低 高 安全性 高 低
锰酸锂
钴酸锂 镍钴铝三元 镍钴锰三元
• αH2O—水的活度，与硫酸浓度有关
• 从上式中可看出，铅酸蓄电池的标准电动势为1.690-（-0.0.356）=2.046V，因此蓄电池的标称电压为2V。 铅酸蓄电池的电动势与温度及硫酸浓度有关。
2. 额定容量（AH、mAh） 在设计规定的条件（如温度、放电率、终止电压等）下，电 池应能放出的最低容量，单位为安培/每小时，以符号C表示。 由于电池中可能发生的副反应以及设计时的特殊需要，电池 的实际容量往往低于理论容量。
电动汽车用 锂离子电池基础知识培训
目录
一．电池的定义 二．常见电池的分类 三．锂离子电池 四．锂离子电池的主要指标 五．超级电容和燃料电池 六．动力电池产业现状与未来
一、电池的定义
1. 电池是指能将化学能转化成电能的装置。 2. 具有正极、负极之分。
3. 随着科技的进步，电池泛指能产生电能的小型装置。如太 阳能电池。
GB/T 18384.1—2015 电动汽车 安全要求 第1部分：GB/T 18384.1—2001电动汽车 安全要求 第1部分： 车载可充电储能系统 车载储能装置 GB/T 18384.2—2015 电动汽车 安全要求 第2部分：GB/T 18384.2—2001电动汽车 安全要求 第2部分： 操作安全和故障防护 功能安全和故障防护 GB/T 18384.3—2015 电动汽车 安全要求 第3部分: GB/T 18384.3—2001电动汽车 安全要求 第3部分: 人员触电防护 人员触电防护 \ QC/T 897-2011 电动汽车用电池管理系统技术条件