企業(yè)工作任務：客戶李先生上周在汽車4S店看到了一款特斯拉Models系列轎車和比亞迪e6電動汽車，分別配備了三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池。他不明白這兩款車的性能為什么有很大的差異，你能解釋清楚嗎？任務3.1.2動力電池結構原理1動力電池簡介2鋰離子動力電池1鋰離子動力電池1、分類一

概述（1）根據(jù)正極材料不同：鈷酸鋰鋰離子電池、錳酸鋰鋰離子電池、磷酸鐵鋰鋰離子電池和三原材料鋰離子電池。（2）根據(jù)所用電解質材料不同：液態(tài)鋰離子電池（LIB）和聚合物鋰離子電池（LIP）。鋰離子電池的工作原理充電放電XiangyangAutovocationaltechnicalcollege2.鋰離子電池充電

恒流充電充電過程保持電流不變的充電方式。恒壓充電充電過程保持電壓不變的充電方式。涓流充電為補充自放電，使蓄電池保持在近似完全充電狀態(tài)的連續(xù)小電流充電。XiangyangAutovocationaltechnicalcollege1.術語解釋感應式充電利用電池感應對蓄電池進行充電的方式。XiangyangAutovocationaltechnicalcollege1.術語解釋傳導式充電利用電傳導對蓄電池進行充電的方式。XiangyangAutovocationaltechnicalcollege1.術語解釋均衡充電為確保蓄電池中所有單體蓄電池荷電狀態(tài)均勻的一種延續(xù)充電。均衡充電分為主動均衡充電和被動均衡充電鋰一次電池(又稱鋰原電池,PrimaryLB)鋰電池(LithiumBattery,簡寫成LB)鋰二次電池(又稱鋰可充電電池，RechargeableLB)備注：鋰電池與鋰離子電池鋰一次電池發(fā)展史當前70年代60年代的能源危機20世紀50年代多種材料應用于鋰一次電池鋰一次電池商品化鋰一次電池大發(fā)展開始鋰一次電池的研究手表、計算器、植入式醫(yī)療設備Li-MnO2、Li-CuO、Li-SOCl2、Li-SO2、Li-Ag2CrO4等

在商業(yè)化鋰一次電池的同時，人們發(fā)現(xiàn)許多層狀無機硫族化合物可以同堿金屬發(fā)生可逆反應，這樣的化合物統(tǒng)稱為嵌入化合物。在嵌入化合物基礎上，鋰二次電池誕生了，其中最具有代表性的是1970年?？松镜腗.S.Whittingham利用Li-TiS體系，制成首個鋰電池。但由于其枝晶所產(chǎn)生嚴重的安全隱患而未能成功實現(xiàn)商品化。循環(huán)100次形成的鋰枝晶圖鋰二次電池的產(chǎn)生1941年出生，于牛津大學BA

(1964),

MA

(1967),和

DrPhil(1968)學位，目前就職于賓漢姆頓大學。Dr.Whittingham是發(fā)明嵌入式鋰離子電池重要人物，在與Exxon公司合作制成首個鋰電池之后，他又發(fā)現(xiàn)水熱合成法能夠用于電極材料的制備，這種方法目前被擁有磷酸鐵鋰專利的獨家使用權的Phostech公司所使用。由于他所作出的卓越貢獻，他于1971年被電化學會授予青年作家獎，于2004年被授予電池研究獎，并且被推舉為會員。ManleyStanleyWhittingham鋰與過渡金屬的復合氧化物鋰離子電池的產(chǎn)生鋰離子電池比能量電壓負極層狀結構的石墨120-150Wh/kg是普通鎳鎘電池的2-3倍高達3.6V正極20世紀80年代末，日本Sony公司提出者鋰離子電池區(qū)別于鋰電池【早期的鋰電池】

鋰離子電池(Li-ionBatteries)是鋰電池發(fā)展而來。所以在介紹之前，先介紹鋰電池。舉例來講，以前照相機里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電。這種電池也可以充電,但循環(huán)性能不好，在充放電循環(huán)過程中,容易形成鋰結晶，造成電池內(nèi)部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。

【鋰離子電池：炭材料鋰電池】后來，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。目前所說的鋰離子電池通常為鋰二次電池?！皳u椅式電池”

20世紀80年代初，M.B.Armond首次提出用嵌鋰化合物代替二次鋰電池中金屬鋰負極的構想。在新的系統(tǒng)中，正極和負極材料均采用鋰離子嵌入/脫嵌材料。

當對電池進行充電時，正極的含鋰化合物有鋰離子脫出，鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。負極的炭材料呈層狀結構，它有很多微孔，到達負極的鋰離子嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)。這就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就在搖椅兩端來回運動。人們把這種電化學儲能體系形象地稱為“搖椅式電池”（Rocking-chairCell）。Armand教授是鋰離子電池的奠基人之一，是國際學術和產(chǎn)業(yè)界公認的、在電池領域具有原始創(chuàng)新成果的電池專家。Armand教授主要原創(chuàng)性學術貢獻有：1.1977年，首次發(fā)現(xiàn)并提出石墨嵌鋰化合物作為二次電池的電極材料。在此基礎上，于1980年首次提出“搖椅式電池”（RockingChairBatteries）概念，成功解決了鋰負極材料的安全性問題。2.1978年，首次提出了高分子固體電解質應用于鋰電池。3.1996年，提出離子液體電解質材料應用于染料敏化太陽能電池。4.提出了碳包覆解決磷酸鐵鋰（LiFePO4）正極材料的導電性問題，為動力電池及電動汽車的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎。M.Armand鋰離子電池的商品化1990年日本SONY公司正式推出LiCoO2/石墨這種鋰離子電池，該電池成功的利用能可逆脫嵌鋰的碳材料替代金屬鋰作為負極，克服了鋰二次電池循環(huán)壽命低、安全性差的缺點，鋰離子電池得以商品化。標志著電池工業(yè)的一次革命。鋰離子電池特點與鎳鎘（Ni/Cd）、鎳氫（Ni/MH）電池相比，鋰離子電池的主要特點如下：鎳鎘電池鎳氫電池鉛酸電池鋰離子電池聚合物鋰離子電池重量能量密度（Wh/kg）45-8060-12030-50110-160100-130循環(huán)壽命（至初始容量80%）1500300-500200-300500-2000300-500單體額定電壓(V)1.251.2523.63.6過充承受能力中等低高非常低低月自放電率（室溫）20%30%5%10%～10%三、

失效機理理想：除了鋰離子在正負極之間嵌入和脫出外，不發(fā)生其他副反應，不出現(xiàn)鋰離子的不可逆消耗。實際：每時每刻都有副反應存在，也有活性物質的不可逆消耗，如電解液分解、活性物質溶解、金屬鋰沉積等，只是程度不同。造成鋰離子電池容量衰退的主要原因：（1）正極材料的溶解（2）正極材料的相變化（3）電解液的分解（4）過充電造成的容量損失（5）自放電（6）SEI界面膜的形成（7）集流體的腐蝕四

電性能（1）兩段式充電：第一階段，恒流限壓；第二階段，恒壓限流。（2）從電動汽車實際應用的角度看，恒流時間越長，充電時間越短，更有利于應用。（3）要防止電池過放電，避免對電池造成不可逆損害。1、充放電特性充電電流對充電特性的影響放電深度對充電特性的影響充電溫度對充電特性的影響放電特性影響因素濫用情況：熱沖擊、過充電、過放電、短路等。危害：電池內(nèi)部壓力升高，可導致電池著火，甚至爆炸。2、安全性主要原因：（1）材料穩(wěn)定性：正負電極、有機電解液相互作用的熱穩(wěn)定性是制約鋰離子電池安全性的首要因素。（2）制造工藝：分為液態(tài)和聚合物鋰離子電池消費類電子五

典型應用消費類電子消費類電子消費類電子交通運輸業(yè)交通運輸業(yè)工業(yè)工具類電子新型電子產(chǎn)品儀器儀表產(chǎn)品儀器儀表產(chǎn)品儀器儀表產(chǎn)品醫(yī)用設備儀器產(chǎn)品行政辦公產(chǎn)品DC600V客車電池系統(tǒng)采用鋰離子電池，由獨立的25.6V/40A·h鋰離子電池模塊串并聯(lián)組成110V/120A·h電池組。同容量鋰離子電池的質量、體積只有鎘鎳電池的1/3左右；低溫不同倍率放電性能，鋰離子電池大大優(yōu)于鎘鎳電池；鋰離子電池充電不需要溫度補償?shù)葍?yōu)點得到社會的關注和研究！(1)電池串聯(lián)方式：通常用于滿足高電壓的工作需要。

(2)電池并聯(lián)方式：通常用于滿足大電流的工作需要。

(3)串并結合：就是要求滿足電池組既提供高電壓又要有大電流放電的工作條件。EV車的應用呼喚采用“綠色”電池為動力的EV車。為此,世界各先進國家如美國、日本、德國、法國等積極開展了EV車的研究試制工作。美國早在90年代初就成立了“先進電池聯(lián)合會(US-ABC)”負責為EV車提供電池。為扶持EV車用電池(主要是鋰離子電池)的研制,先后投資2.6億美元,其中向美國SAFT公司投資1180萬美元,用以開發(fā)鋰離子電池,向加拿大魁北克公司投入8500萬美元,用以開發(fā)鋰離子電池和鋰聚合物電池;另外,還向美國Duracell及其合作伙伴德國Varta公司投入了1450萬美元,開發(fā)以LiMn2O4為正極的鋰離子動力電池。日本政府投資了1億美元,并制定了一項叫做LIBES的計劃,開發(fā)用于EV車。德固賽正致力于開發(fā)新材料以應用于鋰離子電池生產(chǎn)，從而使起動電池僅重2.5千克。目前，這一新型電