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20
以工作特性和储存方式分类:
一次电池→又称原电池,即不能再次充电的电池,如
锌锰电池和锂电池等
二次电池→又称蓄电池,即可充电电池,如铅酸电池、
镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等
燃料電池→正、负极本身不包含活性物质,活性材料
连续不断从外部加入的电池
储备电池→电池储备时不直接接触电解质,直到电池
稳定性强; 比电导高,欧姆压降小; 化学稳定性高。
29
电解液
30
电池组成3
3)隔膜:正、负电极之间,避免正、
负极活性物质直接接触
在电解液中稳定性好; 电子缘绝体,离子导体; 常用PP、尼龙; 强度高,透气性好,耐氧化能力强,
耐高、低温能力强
31
隔膜
32
电池组成4
4)外壳(case): 要求:机械强度、耐振动、耐
成流反应得失电子数;26.8为常数1克当量活性物 质反应时所放出电量; 实际容量(C):C=∫0TIdT 恒流:IT 恒阻:∫0TVdT 额定容量(C额):设计和制造电池时,规定或保 证电池在一定放电条件下应该放出的最低限度的 容量。
47
容量
48
电池能量
49
放电深度
50
电池性能5
5、能量,比能量:
使用寿命 (次) 优点
缺点
阶段 现在 将来 现在 将来
现在 将来
锂离子电池与其它二次电池性能比较
Li-Ion
Ni/Cd
Ni/MH
240~260Leabharlann Baidu400
100~114 150
134~155 240
49~60 70
190~197 280
59~70 80
3.6
1.2
1.2
4.2~3.5
1.4~1.0
1.4~1.0
36
电池基本概念1
短路:电流不经负载而由电源一端直接回到 另一端,导致电路中电流猛烈加大,这就叫 短路。
断路:电路中电流不通叫断路。 电流强度:单位时间内通过导体某一截面,
电荷量的代数和,常用字母“A”表示。 电压:水要有水位差才能流动,同样的,要
使电荷作有规则的移动,必须在电路两端有 一个电势差,这个电势差叫电压。常用字母 “V”表示。
2、寿命长(大于1200次充、放电), 3、单电池的输出电压高,为4.2 V; 3、自放电率小,可实现快速充放电,也可做成大容 量的电池组。 4、在60℃左右的高温下也可以使用; 5、无记忆效应 6、不含有毒物质等。
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锂离子电池的性能
性能 电池 能量密度 (Wh/L)
比能量(Wh/kg)
平均电压(V) 电压范围(V)
点电压所放出的实际电量与电池的额定容量之比。 充放电倍率:是指电池在规定的时间内放出其额
定容量时所需要的电流值,它在数值上等于电池额定 容量的倍数,通常的字母是用C表示。
时率:又称小时率:是指电池以一定的电流放完 其额定容量所需要的小时数。
53
电池性能8
8、内压 内压:指电池的内部气压,是密
封电池在充放电过程中,产生的气体 所致,主要受电池材料制造工艺、电 池结构等因素影响。



有无污染



25
电池组成1
1)电极:电池的核心部分,由活性物质添加剂和 导电骨架组成 活性物质要求:
比容量高; 电化学活性高; 在电解液中化学稳定性好; 导电骨架要求: 集流性能好,分布均匀,柔软性好.
26
集电体
27
活性物质
28
电池组成2
2)电解质:主要组成之一,传 递正、负极之间电荷
电池基础知识
1
内容安排
电化学常识
电化学应用 电池的基础
知识 锂电池基础
知识
分类 历史 研究内容 基本理论 原电池原理
电池
2
第一部分
电化学基础知识
3
化学分类
无机化学 有机化学 物理化学→ 分析化学 高分子化学 核化学 生物化学
电化学 -----→
化学热力学 结构化学 量子化学 化学动力学 光化学 溶液、胶体和表面化学
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电池基本概念2
电流:在电场力的作用下,自由电子或离子 所发生的有规则地运动称为电流。
电阻:电子在物体内移动所遇到的阻力叫电 阻。电阻单位是欧姆,常用字母“Ω”表示。
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电池的性能1
1、电动势:两电极电势之差(平衡电 极电法)
39
电池的性能2
2、内阻:R=RΩ + Rf
电池的内阻:是指电池在工作时,电流流过电 池内部所受到的阻力。
理论能量(a、活性物质100%利用;b、 电极反应处于平衡状态):
Wo = Co·E
实际能量: W = ∫0TIVdT 比能量:
体积比能量: W体 = (Wh/L)
重量比能量: W重 = (Wh/l)
51
电池性能6
6、贮存性能和循环寿命:
贮存性能:(自放电) 电池的贮存性能是衡量电池综合性能稳定程
500~1200
500
500
1500
1000
1000
高电压,高比能,自放 电小,污染小
高功率,快充,成本低
高功率,高比 能,污染小
成本高
记忆效应,Cd污染
成本高,自放 电大
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锂离子电池的市场1
全世界锂离子电池应用分析
应用别
笔记型计 算机
数字调制 解调器
行动电话
摄录像机
数字式相 机
迷你光驱
掌上型终 端机 合计
1997 74.8 0.9 93.7 18 0.7 3.6 3.3 195
1998 105.9 1.8 124.4 22.3 1.6 5.7 4.8 266.5
冲击、能耐高、低温变化和电 解液的腐蚀。
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电池原理
例:镉—镍电池工作原理 电能
成流反应 2NiOOH + Cd + 2H2O
2Ni(OH)2 + Cd(OH)2
化学能
NiOOH + 2H2O + e+ OH-
Cd + 2OH- – 2e-
Ni(OH)2 Cd(OH)2
34
充电
35
放电
使用时,才加入电解液,如镁氯化银(海水电池)。
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一次电池:
锌锰电池:Zn|NH4Cl,ZnCl2|MnO2(C) 碱性锌锰电池:Zn|KOH,K2[Zn(OH)4|MnO2(C) 锌银电池:Zn|KOH|Ag2O 锂锰电池:Li|LiClO4(PC,DME)|MnO2(C) 锌空气电池: Zn(Hg)|NH4Cl,ZnO|O2(C)
电池较重;在制造薄 型大面积电池方面受 到限制
锂聚合物电池
铝塑复合膜外 壳
叠片式或卷绕 式电芯
含锂盐的凝胶 态电解质
轻巧,电池尺 寸可根据实际 应用需要灵活 改变,厚度可 薄至1.0mm以下, 长度可达到 100mm以上
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性能比较
软包装锂离子电池 硬包装锂离子电池 锂聚合物电池
体积能量密度

重量能量密度
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二次电池
蓄电池(二次电池):电极反应可逆
特点:可循环使用
例:铅酸电池
Pb∣H2SO4∣PbO2
镉镍电池 Cd∣KOH∣NiOOH
铁镍电池 Fe∣KOH∣NiOOH
氢化物镍电池 MH/∣KOH∣NiOOH
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四种主要的二次电池
二次電池 正電極 負電極 電壓 鉛酸電池 氧化鉛 鉛 2.0V 鎳鎘電池 氧化鎳 鎘 1.2V 鎳氫電池 氧化鎳 儲氫 1.2V 鋰電池 鋰鈷 碳 4.0V
有机电解质电池→电解质为有机溶液,如锂 电池、锂离子电池
19
以电池所用正负极材料分类:
锌系列电池→锌锰电池和锌银电池等 镍系列電池→镍镉电池和镍氢电池等 铅系列電池→铅酸电池等 锂系列電池→锂离子电池和锂锰电池等 二氧化锰系列電池→锌锰电池和碱锰电池 空气(氧气)系列電池→锌空气电池
负极 正极
锌片 铜片
Zn-2e-==Zn2+ 氧化反应 2H++2e-==H2↑ 还原反应
Zn原子 H+离子
Zn片→Cu片
10
组成原电池的条件
有两种活动性不同的金属(或一种是非 金属导体)作电极
电极材料均插入电解质溶液中 两极相连形成闭合电路
11
正负极与阴阳极
阴极:发生还原反应的电极,得电子 阳极:发生氧化反应的电极,失电子 正极:电势较高的电极 负极:电势较低的电极 电池:正极→阴极 负极→阳极 电解池:正极→阳极 负极→阴极
工作电压:又称端电压,是指电池的工作状态 下,即电路中有电流,流过时电池正负极之间 的电势差。 V = V开 — IR
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电池性能3
3、开路电压、工作电压
终点电压:电池在放电过程中,电压下降到不 宜再继续放电的工作电压为终点电压。 如再继续使电池放电则称之为过放。过放对 电池性能会产生破坏性影响,是导致电池零电 压及综合性能下降的主要原因,在电池的检测 和使用过程中,应尽量避免过放。
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第三部分
锂离子电池基本知识
55
锂离子电池结构
锂离子聚合物电池
方形锂离子电池
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三种锂电池结构比较
外壳 电芯 电解质 特点
软包装锂离子电池 铝塑复合膜外壳
卷绕式电芯
硬包装锂离子电池
铝壳或钢壳方型和钢 壳圆柱型 卷绕式电芯
含锂盐的液态电解质 含锂盐的液态电解质
轻巧,电池尺寸可根 据实际应用需要灵活 改变,厚度可薄至 1.0mm以下,长度可 达到100mm以上





大电流放电性能

低温放电性能

安全性能







注:优、良、差的比较是相对该三种电池而言,不涉及其它种类电池
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锂离子电池的特点
锂离子蓄电池的一般特性: 1、体积及质量的能量密度高;其能量密度大于
300Wh/L,比能量达110~120Wh/kg, 分别是Ni/Cd、 Ni/MeH电池的2.5和1.5倍
及到电化学机理
16
第二部分
电池的基本知识
17
电池分类依据
电解质种类 电池所用正负极材料 工作特性和储存方式
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以电解质种类分类:
碱性电池→电解质以KOH溶液為主,如碱性 锌锰电池(俗称碱锰电池或碱性 电池)、镍镉电池和镍氢电池等
酸性电池→电解质以硫酸水溶液为主,如铅 酸电池
中性電池→电解质为盐溶液,如锌锰电池和 海水电池
度的一个重要参数,电池经过一定时间的贮存后, 允许电池的容量及内阻有一定程度的变化。电池 自放电与活性物质本身、电极结构、制造工艺、 电池工作条件等因素相关。 循环寿命:
充、放电循环的数目。
52
电池性能7
7、充放电效率和充放电倍率 充电效率:指电池在充电过程中所消耗的电能转
化成电池所能储存的化学能程序的量度。 放电效率:指电池在一定的放电条件下放电至终
充放電反應
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镍镉、镍氢、锂离子电池性能对比
技术参数
镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池
工作电压(V)
1.2
1.2
3.6
重量比能量(Wh/Kg)
50
65
105-140
体积比能量(Wh/l)
150
200
300
充放电寿命(次)
500
500
1000
自放电率(%/月)
25-30
30-35
6-9
有无记忆效应
RΩ:电极材料、电解液、隔膜及各部分零 件的接触内阻;
Rf :正、负极活性物质进行电化学反应时 所引起的内阻,包括电化学极化和浓差极 化所引起的电阻之和;
Rf与活性物质本身、电极结构、制造工艺、 电池工作条件等因素相关。
40
电池性能3
3、开路电压、工作电压1
开路电压:是指电池在非工作状态下,即电路 中无电流流过时,电池正负极之间的电势差。
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电流与离子的流向
当电池中有电流通过时,电解质中的离 子在电场的作用下作定向移动
阴离子总是移向阳极 阳离子总是移向阴极 整个电流在溶液中的传导是由阴、阳离
子的移动共同承担的
13
电子流动
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电流
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电化学应用
化学电源 金属防腐蚀:大部分金属腐蚀是电化学腐蚀 机械工业:电镀、电抛光、电泳涂漆 环境保护:电渗析除去氰、铬离子等污染物 电解、电冶炼工业 生命科学:如肌肉运动、神经的信息传递都涉
电池 电解池
4
电化学名词1
电化学→研究电现象与化学现象之间内 在联系的学科
电化学系统→电极+电解质
5
电化学名词2
电极学→电极的平衡性质和通电后的极 化性质,即电极和电解质界面 上的电化学行为
电解质学→电解质的导电性质、离子的 传输性质、参与反应离子的 平衡性质
6
电化学起源
1791年意大利 的伽伐尼发现 以金属片接触 青蛙腿部肌肉 时,有收缩的 现象发生。
7
伏打电池
上述现象1799 年被意大利的伏 打捕捉到并加以 研究,发明了世 界上第一个电池 ----伏打电池, 即原电池。
8
原电池原理及应用
9
原电池的原理
较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金 属(负极)流向较不活泼的金属(正极)
化学能转变为电能的装置
电极 电极材料 电极反应 反应类型 得失电子的粒子 电子流动方向
中点电压:是指电池以一定的倍率放电至终点 电压的时间之中点的电池电压。
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开路电压
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标称电压
44
电池电压
45
放电终止电压
46
电池性能4
4、容量、比容量:
理论容量(Co)(活性物质100%利用): Co=26.8n=1/kmo(Ah) mo为活性物质的质量;M为活性物质分子量;n为
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