锂电池介绍资料讲解

循环寿命
能量密度
好 中 差
安全
高低温性 能
成本
三元 锰酸锂 磷酸铁锂
正极材料主要分为三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂三大类，能量密度、成本、安全性，热稳定性，循环寿命是动力电池的五个关键指标，三元材料、锰 酸锂与磷酸铁锂任何一个在这五个方面都不具有绝对优势，导致动力锂电池材料技术路线出现分歧。三元材料，电池容量较高，目前是动力电池主 要正极材料之一，主要用于乘用车。磷酸铁锂原材料低廉，循环性和安全性好，但容量较低，主要用于动力电池当中的客车和物流车。锰酸锂资源 丰富，价格便宜，安全性好，但循环性差，高温中衰减严重，少量用于动力电池中。
锂电池隔膜
Lithium battery diaphragm
锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能 优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。 隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离 子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电 解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。传统商业化微孔聚烯烃隔膜的制备工艺分为 干法单向拉伸、干法双向拉伸和湿法三种，不管是湿法还是干法，均有拉伸这一工艺步骤，目的是使隔膜产生微孔。
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正极原材料
positive Material
正极材料由于成本占比高，约占电池总成本40%左右，对电池容量起决定作用，是电池的关键材料。
正极材料 材料结构 振实密度 (g/cm3) 比表面积(m2/g） 克容量 (mAh/g） 电压平台(V) 循环次数 过渡金属 原料成本 (USD/g)
环保 安全性能 合成困难度
负极反应：放电时锂离子脱嵌，充电时锂离子嵌入。
电池总反应：
石墨负极
-
锂电池原理：
Cu负极
以炭材料为负极，以含锂的化合物 作正极的锂电池，在充放电过程中， 没有金属锂存在，只有锂离子，这 就是锂离子电池。当对电池进行充 电时，电池的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。而作为负极的碳呈层状结构， 它有很多微孔，达到负极的锂离子 就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂 离子越多，充电容量越高。同样当 对电池进行放电时（即我们使用电 池的过程），嵌在负极碳层中的锂 离子脱出， 又运动回正极。回正极 的锂离子越多，放电容量越高。我 们通常所说的电池容量指的就是放 电容量。在Li-ion的充放电过程中， 锂离子处于从正极→负极→正极的 运动状态。Li-ion Batteries就像一 把摇椅，摇椅的两端为电池的两极， 而锂离子就象运动员一样在摇椅来 回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫 摇椅式电池。
0.2
工艺路线
Leabharlann Baidu
Processing route
动力电池按封装形式分类，为方形、软包、圆柱三足鼎立。它们各有优缺点。圆柱和方形电池的外包装多为钢壳或者铝壳。软包外包装为铝塑膜，其 实软包也是一种方形，市场上习惯将铝塑膜包装的称为软包，也有人将软包电池称为聚合物电池。
类型
优点
缺点
圆柱
工艺成熟、PACK成本低、 良率高、一致性好、便 于各种组合
材料共存的局面。
C原子
共价键
天然石墨
天然石墨
电镜下天然石墨
天然石墨分子结构
而从负极材料的种类上来看，整个负极材料市场将仍然以天然石墨和人造石墨为主体。随着整个市场对高容量、高功率 负极材料需求的逐步提升以及新一代负极材料（如硅基材料等）制备工艺的逐渐成熟，市场重心也会逐步向新一代负极 材料偏移。
0.2
0.2
负极原材料
Negative material
负极材料是锂离子电池储存锂的主体占锂电池总成本5~15%，使锂离子在充放电过程中嵌入与脱出。负极材料主要影响锂电
池的首次效率、循环性能等，负极材料的性能也直接影响锂电池的性能。随着技术的进步，目前的锂离子电池负极材料已经
从单一的人造石墨发展到了天然石墨、中间相碳微球、人造石墨为主，软碳/硬碳、无定形碳、钛酸锂、硅碳合金等多种负极
丰富 低廉 (15-28)
无毒 良好
难 差，高于50℃迅速
衰退 动力电池 1. 高温自放电 2. 循环寿命短
磷酸铁锂* 橄榄石 1.0-1.4
12-20 130-150 3.2-3.3 >=2000 非常丰富 低廉(15-28)
无毒 优秀 中等 极佳（-40~70℃仍正常 使用） 动力电池/超大容量电池 1. 导电度差 2. 体积大
温度耐受性
适用领域
缺点
镍钴锰三元材料 层状氧化物 2.0-2.3
0.2-0.4 155-190 3.5-3.6 >=800
贫乏 高(22-40)
含镍、钴 较好 难
尚可，-20~55℃以外会 衰退
小电池/小型动力电池 安全性待加强
锰酸锂 尖晶石 2.2-2.5
0.4-0.8 100-120 3.7-3.9 >=500
0.1
锂离子电池原理
principle of power lithium ion batteries
+
Li+
Mn
Co
Ni
Li
Discharge
Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+
Charge Li+
Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+
AL正极
锂化合物正极
隔膜
正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。
重量重、成组后 比能量低
软包
重量轻、容量大、内阻 小、设计灵活、循环性 能好
一致性差、成本 高、易漏液
方形
高硬度、重量轻、安全 性好
型号多，工艺统 一难度大，柔性 不足
总的来说，圆柱、方形和软包三种封装类型的电池各有优势，也各有不足，每种电池都有自己主导的领域,目前方形电池后来居上，国外生产方形动 力电池的企业有日韩电池三巨头之一的三星SDI等，国内企业有比亚迪、宁德时代、国轩动力、亿纬锂能、力神、中航锂电、迈科新能源、中天科 技、力信能源、南都电源、哈尔滨光宇、骆驼电池等。三元软包电池容量较同等尺寸规格的钢壳锂电高10~15%、较铝壳电池高5~10%，而重量 却比同等容量规格的钢壳电池和铝壳电池更轻，因此，补贴新政对三元软包电池更有利。鉴于软包电池的优势，业内专家预计，随着电池路线的发 展，软包电池在新能源汽车市场的渗透率也将不断提升，在没有重大变革到来之前，未来三种电池仍会并行发展。