锂离子电池及动力电池包的生产工艺PPT精选文档

镍钴铝酸 170
3.7
锂
NCA
镍钴锰酸 160
3.6
锂
NCM
锰酸锂
120
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.8
LMO
优点
充放电稳定 生产工艺简单
价格低 无污染 安全性高 循环寿命长
能量密度高 低温性能好
循环性能好 能量密度高 低温性能好 大倍率充电
锰资源价格便宜 安全性能好
缺点
钴价格昂贵 循环寿命较低
能量密度低/容量低 低温性能差 电压平台太长太平，使得soc估 计变得异常困难
锂离子电池基础知识 电池包的生产工艺
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锂电池结构
正极 活性物质（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2\ LiXFePO4 ) 导电剂、溶剂、粘合剂、基体
负极 活性物质（石墨、MCMB) 粘合剂、溶剂、基体、导电剂
隔膜（PP+PE） 电解液（LiPF6 + DMC/ EC/ EMC) 外壳五金件（钢壳、铝塑膜、铝壳、盖板、极耳、绝缘片等）
高温性能差 安全性差 生产技术门槛高
钴价格昂贵
适用于 客车、大巴、混动
高性能电动乘用车
能量密度低 电解质相容性差
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锂电池的分类及对比
下面就安全性、能量密度、单体标称电压、使用寿命、应用成本、低温衰减能力等方面分析磷酸铁锂电池和三元锂 电池优劣。 安全性： 三元锂电池：三元锂电池如果内部短路或是正极材料遇水，都会有明火产生。所以一般三元锂电池都会有一层钢壳 保护。特斯拉给电池组进行了全方位的保护，但是在极端的碰撞事故中，起火隐患还是有的。 磷酸铁锂电池：磷酸铁锂电池则要稳定许多，电池板就算是穿刺、短路也不会爆炸燃烧，遭到350℃的高温也不会起 火（三元锂电池在180-250℃就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸铁锂电池略胜一筹。 能量密度： 三元锂电池：三元锂电池的能量密度大，电压更高，所以同样重量的电池组电池容量更大，车子跑的距离也就更远， 速度也能更快。 使用寿命： 三元锂电池：三元锂电池的理论寿命是2000次充放电循环，但在实际使用中，当进行900次的充放电循环后，电池 容量就基本衰减到了55%。但如果每次电池充放电都控制在0%-50%或者25%-75%的循环中工作，即使经过3000 次的充放电循环，电池容量基本还能能够保持在70%左右，但这需要非常优秀的电池管理系统。 磷酸铁锂电池：磷酸铁锂电池即便是经过3000次0-100%的充放电使用，容量也才会衰减到80%，所以磷酸铁锂电 池的电池管理系统就没那么复杂，也就进一步降低了整车研发成本。 应用成本： 中国的锂矿、氧化铁磷酸盐储量丰富，制造磷酸铁锂电池有优势。而我国缺乏钴矿，制造必须采用钴元素的三元锂 电池会有些困难。所以，我国许多车企（包括电池企业）发展磷酸铁锂电池是很现实的。 所以，现在市面上采用三元锂电池的电动车，动力电池基本都是国外品牌产品（日本松下，韩国SK等），价格也相 应要比采用磷酸铁锂电池的车型（同级别）贵一些。 低温衰减能力： 三元锂电池在低温时的放电性能要优于磷酸铁锂电池。
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钛酸锂电池
钛酸锂电池是一种用作锂离子电池负极材料-钛酸锂，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。此外，它还可以用作正极，与金属锂或锂合金负极组成1.5V的锂二次电 池。钛酸锂具有高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点。 优点 采用电动车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染的最佳选择，其中锂离子动力电池引起了研究者的广泛关 注.为了满足电动车辆对车载型离子动力电池的要求，研制安全性高、倍率性能好且长寿命的负极材料是 其热点和难点。 商业化的锂离子电池负极主要采用碳材料，但以碳做负极的锂电池在应用上仍存在一些弊端： 1、过充电时易析出锂枝晶，造成电池短路，影响锂电池的安全性能; 2、易形成SEI膜而导致首次充放电效率较低，不可逆容量较大; 3、即碳材料的平台电压较低(接近于金属锂)，并且容易引起电解液的分解,从而带来安全隐患。 4、在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大，循环稳定性差。 与碳材料相比，尖晶石型的Li4Ti5O12具有明显的优势： 1、它为零应变材料，循环性能好; 2、放电电压平稳，而且电解液不致发生分解，提高锂电池安全性能; 3、与炭负极材料相比，钛酸锂具有高的锂离子扩散系数(为2 *10-8cm2/s)，可高倍率充放电等。 4、钛酸锂的电势比纯金属锂的高，不易产生锂枝晶，为保障锂电池的安全提供了基础。 缺点 1、相对其他类型的锂离子动力电池能量密度会低一些。 2、胀气问题一直阻碍着钛酸锂电池的应用。 3、相对其他类型的锂离子动力电池价格偏高。 4、电池一致性仍存在差异，随着充放电次数的增加电池一致性差异会逐渐增大。
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锂电池的分类及对比
锂离子电池是指正负极采用锂离子化合物的二次电池 锂电池的性能主要取决于正负极材料，常见的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元锂、磷酸铁锂。 能量密度、成本、安全性、热稳定性、循环寿命是动力锂电池的5个关键指标
正极材料 能力密度
钴酸锂
150
LCO
磷酸铁锂 150 LFP
电压平台 3.7 3.3
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固态电池
固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池。固态电池一般功率密度较低，能量密度较高。由于 固态电池的功率重量比较高，所以它是电动汽车很理想的电池 。 2020年固态电池技术研发有望取得突破性进展，在成本、能量密度和生产过程等方面进一步赶超锂离子 电池技术。 2030年，锂离子电池将不再是电动汽车电池主流，但其在某些电子原件领域仍有一席之地。 传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电 解质（液态）。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极 的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。 固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一 端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此， 固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增 加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。 而且固态电池还有另一项优势——在事故中损坏时不易爆炸或起火。要知道的是，在此之前，在新能源 汽车领域与特斯拉同样享有盛名的菲斯科，后来之所以会破产并慢慢销声匿迹，在很大程度上就是因为 其频繁出现的电池起火事件以及其他故障。 现在最具考验的地方在于价格。液态锂电池的成本大约在200~300美元/千瓦时，如果使用现有技术制造 足以为智能手机供电的固态电池，其成本会达到1.5万美元，而足以为汽车供电的固态电池成本更是达到 令人咋舌的9000万美元。