【正文】 墨 4 鋰離子電池材料 鋰離子電池負極材料 —— 碳負極材料 石 墨 六方石墨 三方石墨 范德華力 4 鋰離子電池材料 鋰離子電池負極材料 —— 碳負極材料 鋰 石 墨 嵌 入 化 合 物 鋰嵌入石墨層間，形成多級嵌人化合物．屬于施主型嵌入化合物。 缺點：容量循環(huán)衰減 主要材料 ：石墨、碳纖維、石油焦、無序碳和有機裂解碳等。納米材料的比表面積很大，存在大量的晶界，有利于改善電極反應(yīng)動力學(xué)性能。 含 鋰 合 金 4 鋰離子電池材料 鋰離子電池負極材料 —— 合金類負極材料 非 鋰 合 金 主要材料 納米級 (大于 100 nm)的 Sn及 SnSb、 SnAg金屬間化合物（電沉積的方法）； （化學(xué)沉積法）； SnFe／ SnFeC復(fù)合材料體系； CuSn5合金； 納米硅基復(fù)合材料。其中導(dǎo)電聚合物提供一個彈性、多孔、有較高電子和離子電導(dǎo)率的支撐體； ④將小顆粒的鋰合金嵌入到一個穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)支撐體中。 主要問題 ：在反復(fù)循環(huán)過程中，鋰合金將經(jīng)歷較大的體積變化，電極材料逐漸粉化失效，合金結(jié)構(gòu)遭到破壞。 前兩個方面已取得重大進展。 方形鋰離子二次電池的命名 ：用三個字母和 6位數(shù)字來表示，前兩個字母表示鋰離子電池 (LI)，后一個字母表示方形 (S)，前兩位數(shù)字表示以 mm為單位的最大厚度，中間兩位數(shù)字表示以 mm為單位的寬度，后兩位數(shù)字以 mm為單位的最大高度，如 LIS043048即表示厚度為 4mm，寬 30mm，高48mm的方形鋰離子電池。 激光焊接 鋰離子電池的結(jié)構(gòu) 2 鋰離子電池的原理和特性 此種可充電的鋰離子電池不常見，容量不大在幾個到幾十 mAh之間 ,應(yīng)用領(lǐng)域也不廣泛。左圖畫面是 sanyo生產(chǎn)的 UP383450，即*34mm*50mm，標(biāo)稱容量達到 650mAh。目前大多數(shù)用在筆記本電腦的電池組里面。 鋰離子電池的結(jié)構(gòu) 外殼采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。因此，為了使商品鋰離子電池能在較高電流下充、放電，電極必須很薄，以增加電極的總面積，降低電極的實際工作電流密度。 鋰離子電池的結(jié)構(gòu) 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的電解液是 有機溶劑 和 無機鹽 構(gòu)成的，采用LiPF6的乙烯碳酸脂（ EC）、丙烯碳酸脂（ PC）和低粘度二乙基碳酸脂（ DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。 聯(lián)想集團開發(fā)的安全鋰離子電池 鋰離子電池的安全評估 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的結(jié)構(gòu) 正極材料 一般選擇相對鋰而言電位大于 3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如 LiCoO LiNiOLiMn2O4。 2℃ 150 ℃ 177。 2℃ 150 ℃ 177。 2 ℃ 70 177。 ２ ℃ ）之間循環(huán) 4 次 , 并在各個溫度環(huán)境中恒溫 2 小時，溫度交替移動的時間不大于 1min ，然后在 25℃ 下保持 2 小時 不變形、不開裂、不漏液、可正常充放電 輕工標(biāo)準(zhǔn) QB/T25022022 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 5 ℃ 177。 前提 升溫速率 上限溫度 時間要求 結(jié)果要求 軍工 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 電池組在溫度（ 40 ℃ 177。 5℃ φ 3 ～ 8mm 垂直于極板的方向迅速貫穿 鋼針停留在其中 不爆炸、不燃燒 UL 標(biāo)準(zhǔn) 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20℃ 177。 5℃ φ 3mm 沿徑向強力刺穿 無規(guī)定 不爆炸、不燃燒 輕工標(biāo)準(zhǔn) QB/T25022022 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20 ℃ 177。 2℃ 20℃ 177。 5℃ 用導(dǎo)線連接正負極 ≤ 10m Ω 10min 不漏液、不爆炸或燃燒 國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 182872022 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20℃ 177。 5 ℃ 用導(dǎo)線連接正負極 ≤ 50m Ω 直至保護電路起作用 不爆炸、不燃燒、可正常充放電 輕工標(biāo)準(zhǔn) QB/T25022022 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20℃ 177。 5℃ 對應(yīng)電流和時間進行。 5℃ 1C 1(A) 電壓達到 或充電 90min 不爆炸、不燃燒 國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 182872022 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20℃ 177。 5 ℃ 5A 直至保護電路起作用 無 不爆炸、不燃燒 輕工標(biāo)準(zhǔn) QB/T25022022 完全放電態(tài)的電池 20℃ 177。電芯內(nèi)部在負極上產(chǎn)生鋰離子枝晶，刺穿隔膜是通過該試驗最大的威脅。直至連續(xù)兩次放電容量小于 80% 的 1C5A 放電容量，認為壽命終止，循環(huán)壽命不小于 300 次。 5 ℃ 的條件下，以 1C5A 恒流充電，當(dāng)電池端電壓達到充電限制電壓時，改為恒壓充電，直到充電電流為 10177。 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的溫度特性 放電平臺電壓有明顯下降，但放電容量相差不大。后將電池取出在環(huán)境溫度 20177。 2 ℃ 的低溫箱中恒溫 2h 后，以 電流恒流放電至終止電壓 。 5 ℃ 的條件下擱置 2h, 電池外觀無變形、無爆裂。放電時間不小于 54 分鐘。 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的高溫性能 電池充電結(jié)束后，將電池放入 60177。 5 ℃ 的條件下，以 1C5A 恒流充電，當(dāng)電池端電壓達到充電限制電壓 時，改為恒壓充電，直到充電電流小于 10mA ，停止充電。 5 ℃ 的條件下，以 恒流充電，當(dāng)電池端電壓達到充電限制電壓 時，改為恒壓充電，直到充電電流小于 10mA ，停止充電。熱量直接疊加在了電池上，使電池溫度過高，這對電池有很大損害。 另外，這類的充電器均為直接市電 220V接入，轉(zhuǎn)換為 5V的低壓直流。 鋰離子電池的充電原理 2 鋰離子電池的原理和特性 恒壓式充電原理圖 當(dāng)沒電的電池插在這種充電器上時，充電器即以最大的電流為電池充電。依一般的電池使用三天一充。恒壓充電階段要求電壓控制精度為 1%。這時要停止充電。這時充電電流逐漸降低。 鋰離子電池的充電原理 2 鋰離子電池的原理和特性 恒壓充電階段 當(dāng)電池電壓達到 ，達到了電池承受電壓的極限。這時應(yīng)以恒定的大電流充電。這時有必要以小電流對電池進行浮充。 鋰離子電池的工作原理 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的充電原理 Iconst：恒流充電電流； Ipre：預(yù)充電電流； Ifull：充滿判斷電流； Vconst：恒壓充電電壓； Vmin：預(yù)充結(jié)束電壓及短路判斷電壓 2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池的充電過程分 ： 預(yù)充電階段 ； 恒流充電階段 恒壓充電階段 。如果不滿足其充電及使用要求，很容易出現(xiàn)爆炸，壽命下降等現(xiàn)象。如果鋰離子電池在使用過程中電壓已降到 還繼續(xù)使用，則稱為過放電，對電池有損害。 鋰離子電池的工作原理 2 鋰離子電池的原理和特性 電 極 反 應(yīng) 鋰離子電池的工作原理 鋰離子電池的額定電壓為 。電池在接上負載時，則兩電極上所發(fā)生的反應(yīng)分別為充電時發(fā)生反應(yīng)的逆反應(yīng)。一般，鋰離子二次電池是由 正極 、 電解液 、 隔膜 以及 負極 構(gòu)成。基于以上優(yōu)點，聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰離子電池。也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高 50％以上。 區(qū)別 ：主要區(qū)別在于 電解質(zhì) 的不同 , 鋰離子電池使用的是 液體電解質(zhì) , 而聚合物鋰離子電池則以 聚合物電解質(zhì) 來代替 , 這種聚合物可以是“干態(tài)”的 ,也可以是“膠態(tài)”的 ,目前大部分采用 聚合物膠體電解質(zhì) 。 1 鋰離子二次電池的概況 鋰離子電池的種類 根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為 液態(tài)鋰離子電池 (lithium ion battery, 簡稱為 LIB) 聚合物鋰離子電池 (polymer lithium ion battery, 簡稱為LIP) 相同點 ：液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。在最近導(dǎo)致眾多大廠筆記本電腦過熱和起火的 SONY鋰電池中，正是因為在電池制造過程中混入了過多的金屬顆粒，容易在電池使用過程中發(fā)生短路、產(chǎn)生火花。隨著熱量積蓄，電池將會進入“熱失控”狀態(tài)。在充完電的狀態(tài)下，失去大部分離子的負極非常不穩(wěn)定。與此同時除了正極、負極以及隔離膜之外，鋰離子電池內(nèi)部還充滿了一種非常易燃的液體 — 鋰鹽類電解質(zhì)。 一般認為，鋰離子電池起火爆炸是由于其 內(nèi)部化學(xué)原理 和 成 分導(dǎo)致的。 1 鋰離子二次電池的概況 1 鋰離子二次電池的概況 鋰離子電池的歷史 1 鋰離子二次電池的概況 鋰離子電池的優(yōu)點 高能量密度 ： 100 Wh/Kg以上，為鎳鎘電池的三倍，鎳氫電池的兩倍； 電壓平臺高 ： V，鎳基電池為 V； 低溫下工作優(yōu) ：在 20～ 60℃ 的溫度范圍內(nèi)工作，低溫下的工作優(yōu)于其它電池 ； 低維護性 ：沒有記憶效應(yīng)，無需定期放電，最理想的保存方式，就是在40%充電后冷藏保存，可以保存達十年之久 ； 低自放電率 ：約 6％ /月； 長循環(huán)壽命 (＞ 1000次， 100％ DOD)； 環(huán)保 ：無重金屬，無污染。自從 1990年SONY公司推出世界上第一只鋰離子電池，到 2022年為止，整個市場每年約 4億只該類電池用于純消費類電子產(chǎn)品。 電子技術(shù)的發(fā)展，對高比能量的移動電源需求量加劇。 鋰離子電池 ：分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構(gòu)成的二次電池。鋰離子電池知識 魏日兵 摘要 1