鋰電池培訓(xùn)課件教程第一章鋰電池基礎(chǔ)概述什么是鋰電池？鋰電池是一種依靠鋰離子在正負極之間嵌入和脫嵌實現(xiàn)充放電的二次電池（可充電電池）。由于鋰元素具有最小的原子質(zhì)量和極高的電化學(xué)活性，使得鋰電池擁有出色的能量密度和性能表現(xiàn)。主要分類：鋰金屬電池：使用金屬鋰作為負極，能量密度高但安全性較低鋰離子電池：使用含鋰化合物作為電極材料，安全性好，應(yīng)用更廣泛鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖正極材料儲存鋰離子，決定電池容量和電壓負極材料接收鋰離子，影響充電速度隔膜分隔正負極，允許離子通過電解液傳導(dǎo)鋰離子的介質(zhì)鋰電池的工作原理充電過程Li?從正極脫嵌，通過電解質(zhì)溶液遷移，經(jīng)過隔膜后嵌入負極材料中。外部電路提供電能驅(qū)動這一過程，電子從正極流向負極。放電過程Li?從負極脫嵌，返回正極并釋放能量。電子通過外部電路從負極流向正極，為設(shè)備供電。這個過程是充電的逆向反應(yīng)。"搖椅電池"機制：鋰離子像坐在搖椅上一樣，在正負極之間來回搖擺，實現(xiàn)能量的存儲與釋放。這種可逆的化學(xué)反應(yīng)使鋰電池可以反復(fù)充放電數(shù)千次。第二章鋰電池結(jié)構(gòu)詳解正極材料常用正極材料類型鈷酸鋰（LiCoO?）能量密度高，主要用于消費電子產(chǎn)品，但成本較高且熱穩(wěn)定性較差三元材料（NCM/NCA）鎳鈷錳或鎳鈷鋁組合，平衡了能量密度、安全性和成本，廣泛應(yīng)用于電動汽車磷酸鐵鋰（LiFePO?）安全性能卓越，循環(huán)壽命長，成本低，是儲能和商用車的理想選擇負極材料石墨負極（Li?C?）層狀結(jié)構(gòu)利于鋰離子嵌入，理論比容量372mAh/g，具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)電性能，是目前應(yīng)用最廣泛的負極材料。硅基負極理論比容量高達4200mAh/g，是下一代高能量密度電池的重點研發(fā)方向，但存在體積膨脹問題需要解決。鈦酸鋰負極零應(yīng)變材料，循環(huán)壽命極長可達數(shù)萬次，快充性能優(yōu)異，適用于公交車等對壽命要求高的場景。負極材料的穩(wěn)定性直接影響電池的循環(huán)壽命和安全性能。材料的晶體結(jié)構(gòu)、粒徑大小、表面處理都會對電池性能產(chǎn)生重要影響。隔膜與電解液隔膜：電池的"安全屏障"隔膜是鋰電池中的關(guān)鍵安全組件，主要功能包括：物理隔離：防止正負極直接接觸造成短路離子傳導(dǎo)：多孔結(jié)構(gòu)允許鋰離子自由通過熱關(guān)閉功能：溫度過高時孔隙閉合，阻止離子傳導(dǎo)常用材料：聚乙烯（PE）：熔點較低（約130℃），適合做熱關(guān)閉層聚丙烯（PP）：熔點較高（約165℃），機械強度好復(fù)合膜：PE/PP/PE三層結(jié)構(gòu)，兼具安全性和穩(wěn)定性電解液：離子傳輸?shù)?高速公路"電解液是鋰離子在正負極間傳輸?shù)慕橘|(zhì)，主要由以下部分組成：有機溶劑：碳酸酯類（EC、DMC、EMC等）混合物鋰鹽：六氟磷酸鋰（LiPF?）是最常用的導(dǎo)電鹽添加劑：改善成膜特性、阻燃性能等電解液的配方直接影響電池的離子電導(dǎo)率、工作溫度范圍、循環(huán)性能和安全特性。高質(zhì)量電解液能顯著提升電池的綜合性能。鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖析01外殼與封裝鋁塑膜或鋼殼提供物理保護，防止內(nèi)部材料與外界接觸02正極集流體鋁箔作為正極材料的載體，收集和傳導(dǎo)電流03正極活性材料涂層涂覆在鋁箔上的正極材料層，是鋰離子的儲存庫04隔膜層位于正負極之間，浸潤電解液的多孔薄膜05負極活性材料涂層涂覆在銅箔上的負極材料層，充電時接收鋰離子06負極集流體銅箔作為負極材料的載體，收集和傳導(dǎo)電流第三章鋰電池分類與性能對比市場上存在多種類型的鋰電池，每種都有其獨特的性能特點和應(yīng)用場景。本章重點比較兩種主流動力電池：磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，幫助您理解不同技術(shù)路線的優(yōu)劣勢。磷酸鐵鋰VS三元鋰電池磷酸鐵鋰電池（LFP）核心優(yōu)勢：安全性能卓越，熱失控溫度高達500℃以上耐高溫性能好，工作溫度范圍-20℃至70℃循環(huán)壽命長，可達3500-5000次充放電循環(huán)成本低，不含稀有金屬鈷，原材料價格穩(wěn)定環(huán)境友好，材料無毒無污染主要劣勢：能量密度相對較低，低溫性能較差三元鋰電池（NCM/NCA）核心優(yōu)勢：能量密度高，續(xù)航里程優(yōu)勢明顯低溫性能優(yōu)異，-20℃仍可保持較好放電能力電壓平臺高，單體電壓可達3.7V功率密度大，加速性能好主要劣勢：價格較高，含有稀有金屬鈷；熱穩(wěn)定性相對較差，需要更復(fù)雜的熱管理系統(tǒng)；循環(huán)壽命略短關(guān)鍵性能參數(shù)對比磷酸鐵鋰三元鋰200三元鋰能量密度Wh/kg，續(xù)航優(yōu)勢明顯4000磷酸鐵鋰循環(huán)次數(shù)次，使用壽命更長30%成本差異磷酸鐵鋰更經(jīng)濟實惠選擇電池類型需要根據(jù)具體應(yīng)用場景綜合考量。乘用車追求續(xù)航多選三元鋰，商用車和儲能系統(tǒng)注重壽命和成本多選磷酸鐵鋰。比亞迪刀片電池創(chuàng)新技術(shù)刀片電池的技術(shù)突破比亞迪刀片電池采用磷酸鐵鋰化學(xué)體系，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實現(xiàn)了性能飛躍：超長電芯設(shè)計：長度可達2米，厚度僅13.5mm無模組技術(shù)：電芯直接集成為電池包，空間利用率提升50%高安全性：通過針刺試驗，表面溫度不超過60℃無明火高續(xù)航：系統(tǒng)能量密度提升至140Wh/kg以上漢EV搭載刀片電池后，NEDC續(xù)航里程可達605公里，證明了磷酸鐵鋰電池同樣可以實現(xiàn)長續(xù)航。創(chuàng)新意義：刀片電池重新定義了磷酸鐵鋰電池的性能邊界，在保持安全和壽命優(yōu)勢的同時，大幅提升了續(xù)航能力。第四章鋰電池安全知識鋰電池安全是使用過程中的重中之重。了解潛在風(fēng)險、防護措施和正確使用方法，能夠有效避免安全事故，延長電池使用壽命。本章將系統(tǒng)介紹鋰電池的安全特性和防護要點。鋰電池安全風(fēng)險過充風(fēng)險充電電壓超過上限會導(dǎo)致正極材料結(jié)構(gòu)破壞，釋放氧氣，電解液分解產(chǎn)生氣體，內(nèi)壓升高可能引發(fā)爆炸。鋰金屬在負極析出形成枝晶，刺穿隔膜造成內(nèi)短路。過放風(fēng)險放電電壓低于下限會導(dǎo)致銅集流體溶解，電池內(nèi)阻增大，容量永久損失。嚴(yán)重過放可能導(dǎo)致電池?zé)o法充電，甚至發(fā)生安全事故。短路風(fēng)險外部短路或內(nèi)部短路導(dǎo)致瞬間大電流放電，產(chǎn)生大量熱量。溫度急劇上升可能引發(fā)熱失控連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致起火或爆炸。高溫風(fēng)險環(huán)境溫度過高或散熱不良導(dǎo)致電池溫度升高，加速電解液分解和SEI膜破壞。當(dāng)溫度超過臨界點，會觸發(fā)熱失控反應(yīng)，隔膜熔化收縮，最終引發(fā)燃燒。熱失控：電池內(nèi)部產(chǎn)熱速率超過散熱速率，溫度不斷上升形成惡性循環(huán)的現(xiàn)象。一旦發(fā)生熱失控，電池溫度可在數(shù)秒內(nèi)上升至數(shù)百度，并釋放大量熱量和氣體。安全防護措施電氣保護系統(tǒng)過充保護BMS實時監(jiān)測電壓，達到上限時切斷充電回路，防止過充過放保護電壓降至下限時自動斷開負載，避免深度放電損壞電池過流保護檢測到異常大電流時快速切斷回路，防止短路損壞溫度保護溫度傳感器實時監(jiān)控，超溫時停止充放電并啟動散熱材料與設(shè)計保護高質(zhì)量隔膜采用陶瓷涂層隔膜，提高耐熱性能和機械強度，熱關(guān)閉溫度更高阻燃電解液添加阻燃添加劑，降低電解液可燃性，提高安全性排氣閥設(shè)計電池包設(shè)置壓力釋放閥，內(nèi)壓過高時自動泄壓，避免爆炸熱管理系統(tǒng)液冷或風(fēng)冷系統(tǒng)維持電池組溫度均勻性，防止局部過熱多層次、多維度的安全防護體系是保障鋰電池安全使用的關(guān)鍵。從材料選擇到系統(tǒng)設(shè)計，每一個環(huán)節(jié)都關(guān)系到整體安全性能。航空運輸攜帶規(guī)定1≤100Wh額定能量攜帶方式：可隨身攜帶或托運數(shù)量限制：用于個人自用的合理數(shù)量適用設(shè)備：大部分手機、平板電腦、筆記本電腦、相機等2100-160Wh額定能量攜帶方式：僅可隨身攜帶，禁止托運數(shù)量限制：最多2塊備用電池，需航空公司批準(zhǔn)保護要求：必須單獨包裝防止短路，電極用膠帶封住適用設(shè)備：部分大容量筆記本、專業(yè)攝影設(shè)備、無人機電池3>160Wh額定能量攜帶方式：嚴(yán)禁隨身攜帶或托運運輸方式：必須按照危險品貨物規(guī)定進行專業(yè)運輸適用設(shè)備：大型移動電源、電動自行車電池、儲能設(shè)備如何計算額定能量：額定能量(Wh)=標(biāo)稱電壓(V)×額定容量(Ah)。例如：20000mAh、3.7V移動電源的額定能量=3.7V×20Ah=74Wh，可以隨身攜帶。鋰電池安全標(biāo)識與包裝危險品標(biāo)識鋰電池運輸需貼"9類危險品"標(biāo)簽，標(biāo)明聯(lián)合國編號UN3480（鋰金屬）或UN3481（鋰離子）正確包裝方法使用原裝包裝或?qū)Ｓ梅漓o電袋，電極用絕緣膠帶封住，填充緩沖材料防止移動和碰撞應(yīng)急處理發(fā)現(xiàn)電池鼓脹、發(fā)熱、冒煙時立即遠離，用干粉滅火器或大量水降溫，切勿用泡沫滅火器第五章鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈與市場趨勢鋰電池產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展期，產(chǎn)業(yè)鏈日益完善，市場規(guī)模持續(xù)擴大。本章將深入分析產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)、市場規(guī)模、競爭格局，幫助您全面了解行業(yè)發(fā)展態(tài)勢和未來趨勢。產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)上游：原材料開采與加工關(guān)鍵資源：鋰礦（鹽湖提鋰、鋰輝石）、鈷礦、鎳礦、石墨、錳礦主要企業(yè)：天齊鋰業(yè)、贛鋒鋰業(yè)、華友鈷業(yè)、洛陽鉬業(yè)市場特點：資源分布不均，價格波動大，供應(yīng)鏈安全至關(guān)重要中游：材料制造與電池生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：正極材料、負極材料、隔膜、電解液生產(chǎn)；電芯制造、電池模組與PACK組裝主要企業(yè)：寧德時代、比亞迪、中創(chuàng)新航、國軒高科、億緯鋰能市場特點：技術(shù)密集型，規(guī)模效應(yīng)明顯，頭部集中度高下游：終端應(yīng)用市場應(yīng)用領(lǐng)域：新能源汽車（動力電池）、消費電子（手機、筆記本）、儲能系統(tǒng)（電網(wǎng)儲能、家庭儲能）、電動工具等主要客戶：特斯拉、大眾、蔚來、小鵬、蘋果、華為等市場特點：需求增長迅速，應(yīng)用場景多元化，定制化需求強市場規(guī)模與增長全球市場爆發(fā)式增長鋰電池市場正經(jīng)歷前所未有的快速擴張期：2021年：全球鋰電池出貨量達到562GWh，同比增長91%2025年預(yù)測：出貨量將突破1500GWh2030年預(yù)測：接近5TWh（5000GWh），十年增長近9倍中國市場表現(xiàn)亮眼：2021年出貨量327GWh，占全球58%年復(fù)合增長率超過43%，領(lǐng)跑全球裝機量連續(xù)多年保持世界第一5622021全球出貨量GWh，同比增長91%50002030年預(yù)測GWh，市場潛力巨大43%中國市場增速年復(fù)合增長率領(lǐng)跑全球主要企業(yè)競爭格局中國動力電池企業(yè)全球領(lǐng)先寧德時代（CATL）市場份額：全球超過34%，中國超過50%核心技術(shù)：CTP無模組技術(shù)、鈉離子電池、麒麟電池客戶群體：特斯拉、寶馬、大眾、蔚來等比亞迪（BYD）市場份額：全球約13%，中國約24%核心技術(shù)：刀片電池、CTB電池車身一體化戰(zhàn)略特點：自產(chǎn)自用為主，逐步開放外供中創(chuàng)新航（中航鋰電）市場份額：中國約7%，快速增長核心技術(shù)：One-Stop電池系統(tǒng)客戶群體：廣汽、小鵬、零跑等國軒高科市場份額：中國約5%核心技術(shù)：JTM卷芯到模組技術(shù)戰(zhàn)略布局：磷酸鐵鋰與三元并重除中國企業(yè)外，韓國LG新能源、三星SDI，日本松下等也在全球市場占有重要地位。全球動力電池行業(yè)呈現(xiàn)中日韓三足鼎立格局，其中中國企業(yè)優(yōu)勢最為明顯。全球鋰電池市場份額分析寧德時代LG新能源比亞迪松下SKOn三星SDI中創(chuàng)新航其他市場集中度持續(xù)提高，頭部企業(yè)憑借技術(shù)優(yōu)勢、規(guī)模優(yōu)勢和客戶資源占據(jù)主導(dǎo)地位。前十名企業(yè)合計市場份額超過90%，行業(yè)進入寡頭競爭階段。第六章鋰電池未來技術(shù)展望鋰電池技術(shù)仍在快速演進，新材料、新工藝、新體系不斷涌現(xiàn)。下一代電池技術(shù)將在能量密度、安全性、成本和環(huán)境友好性等方面實現(xiàn)全面突破，引領(lǐng)能源存儲革命。新興電池技術(shù)固態(tài)電池核心特點：用固態(tài)電解質(zhì)替代液態(tài)電解液，消除漏液和燃燒風(fēng)險技術(shù)優(yōu)勢：能量密度可達400-500Wh/kg，安全性大幅提升，工作溫度范圍更寬發(fā)展現(xiàn)狀：半固態(tài)電池已進入量產(chǎn)階段，全固態(tài)電池預(yù)計2025-2030年商業(yè)化挑戰(zhàn)：固態(tài)電解質(zhì)界面阻抗大，制造成本高，需要新的生產(chǎn)工藝鈉離子電池核心特點：用鈉離子替代鋰離子，鈉資源豐富且分布廣泛技術(shù)優(yōu)勢：成本低廉（約為鋰電池的60%），低溫性能優(yōu)異，安全性好發(fā)展現(xiàn)狀：寧德時代已發(fā)布第一代鈉離子電池，能量密度達160Wh/kg應(yīng)用前景：適用于儲能系統(tǒng)、兩輪車、低速電動車等對成本敏感的場景鋰硫電池與鋰空氣電池理論能量密度：鋰硫2600Wh/kg，鋰空氣11000Wh/kg，遠超現(xiàn)有技術(shù)技術(shù)挑戰(zhàn)：循環(huán)壽命短，硫穿梭效應(yīng)嚴(yán)重，需要解決電解液穩(wěn)定性問題研發(fā)進展：實驗室階段，商業(yè)化預(yù)計需要10年以上技術(shù)挑戰(zhàn)與突破方向能量密度提升01高鎳化正極提高鎳含量至90%以上，單體能量密度突破300Wh/kg02硅基負極硅碳復(fù)合材料替代石墨，容量提升30-50%03固態(tài)電解質(zhì)實現(xiàn)全固態(tài)化，能量密度達到500Wh/kg安全性保障開發(fā)熱穩(wěn)定性更好的正極材料應(yīng)用高溫陶瓷隔膜和阻燃電解液智能BMS實時監(jiān)控預(yù)警結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化散熱和泄壓成本降低路徑規(guī)?；a(chǎn)提升產(chǎn)能，降低單位制造成本工藝優(yōu)化提高良品率，減少材料浪費材料替代用豐富元素替代稀缺金屬回收利用建立完善的電池回收體系快充技術(shù)研發(fā)開發(fā)高倍率充放電材料優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)設(shè)計4C-6C快充已實現(xiàn)，10分鐘充至80%目標(biāo)：實現(xiàn)超快充（10C以上）固態(tài)電池：下一代電池技術(shù)12023-2025半固態(tài)電池量產(chǎn)電解液含量<10%，能量密度350Wh/kg，蔚來ET7已搭載150kWh半固態(tài)電池包22025-2028準(zhǔn)固態(tài)電池商用電解液含量<5%，能量密度400Wh/kg，開始在高端車型上應(yīng)用32028-2030全固態(tài)電池突破完全固態(tài)化，能量密度>500Wh/kg，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)固態(tài)電池應(yīng)用場景高端電動汽車：續(xù)航里程突破10