小型充電電池知識(shí)講座.ppt

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電池基礎(chǔ)知識(shí)介紹,第一部分電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),電化學(xué)名詞1,電化學(xué)→研究電現(xiàn)象與化學(xué)現(xiàn)象之間內(nèi)在聯(lián)系的學(xué)科電化學(xué)系統(tǒng)→電極＋電解質(zhì),電極學(xué)→電極的平衡性質(zhì)和通電后的極化性質(zhì)，即電極和電解質(zhì)界面上的電化學(xué)行為電解質(zhì)學(xué)→電解質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)、離子的傳輸性質(zhì)、參與反應(yīng)離子的平衡性質(zhì),化學(xué)電源金屬防腐蝕：大部分金屬腐蝕是電化學(xué)腐蝕機(jī)械工業(yè)：電鍍、電拋光、電泳涂漆環(huán)境保護(hù)：電滲析除去氰、鉻離子等污染物電解、電冶煉工業(yè)生命科學(xué)：如肌肉運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)的信息傳遞都涉及到電化學(xué)機(jī)理,電化學(xué)應(yīng)用,電化學(xué)歷史,電化學(xué)的起源→1791年伽伐尼發(fā)表了金屬能使蛙腿肌肉抽縮的“動(dòng)物電”現(xiàn)象化學(xué)電源雛形→1799年伏打在伽伐尼工作的基礎(chǔ)上發(fā)明了用不同的金屬片夾濕紙組成的“電堆”電化學(xué)定量基礎(chǔ)→1834年法拉第電解定律引入熱力學(xué)→19世紀(jì)下半葉，亥姆霍茲和吉布斯賦于電池的“電動(dòng)勢”熱力學(xué)含義能斯特公式→1889年能斯特用熱力學(xué)導(dǎo)出了參與電極反應(yīng)的物質(zhì)濃度與電極電勢的關(guān)系,1791年意大利的伽伐尼發(fā)現(xiàn)以金屬片接觸青蛙腿部肌肉時(shí)，有收縮的現(xiàn)象發(fā)生。,電化學(xué)起源,,,,＋,伏打電池,上述現(xiàn)象1799年被意大利的伏打捕捉到并加以研究，發(fā)明了世界上第一個(gè)電池----伏打電池，即原電池。,,法拉第定律,在電極上起反應(yīng)的物質(zhì)的量與通入的電量成正比,電動(dòng)勢－化學(xué)能,原電池原理,較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從較活潑的金屬（負(fù)極）流向較不活潑的金屬（正極）化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,組成原電池的條件,有兩種活動(dòng)性不同的金屬（或一種是非金屬導(dǎo)體）作電極電極材料均插入電解質(zhì)溶液中兩極相連形成閉合電路,電流與離子的流向,當(dāng)電池中有電流通過時(shí)，電解質(zhì)中的離子在電場的作用下作定向移動(dòng)陰離子總是移向陽極陽離子總是移向陰極整個(gè)電流在溶液中的傳導(dǎo)是由陰、陽離子的移動(dòng)共同承擔(dān)的,第二部分電池的基本知識(shí),電池分類依據(jù),電解質(zhì)種類電池所用正負(fù)極材料工作特性和儲(chǔ)存方式,電解質(zhì)種類,堿性電池→電解質(zhì)以KOH溶液為主，如堿性鋅錳電池（俗稱堿錳電池或堿性電池）、鎳鎘電池和鎳氫電池等酸性電池→電解質(zhì)以硫酸水溶液為主，如鉛酸電池中性電池→電解質(zhì)為鹽溶液，如鋅錳電池和海水電池有機(jī)電解質(zhì)電池→電解質(zhì)為有機(jī)溶液，如鋰電池、鋰離子電池,電池所用正負(fù)極材料,鋅系列電池→鋅錳電池和鋅銀電池等鎳系列電池→鎳鎘電池和鎳氫電池等鉛系列電池→鉛酸電池等鋰系列電池→鋰離子電池和鋰錳電池等二氧化錳系列電池→鋅錳電池和堿錳電池空氣（氧氣）系列電池→鋅空氣電池,工作特性和儲(chǔ)存方式,一次電池→又稱原電池，即不能再次充電的電池，如鋅錳電池和鋰電池等二次電池→又稱蓄電池，即可充電電池，如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等燃料電池→正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，活性材料連續(xù)不斷從外部加入的電池儲(chǔ)備電池→電池儲(chǔ)備時(shí)不直接接觸電解質(zhì)，直到電池使用時(shí)，才加入電解液，如鎂氯化銀（海水電池）。,四種主要的二次電池,綠色環(huán)保電池,鋰離子電池鎳氫電池?zé)o汞堿性鋅錳電池燃料電池電化學(xué)貯能超級(jí)電容器太陽電池（光伏發(fā)電）,技術(shù)參數(shù)鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池工作電壓（V）1.21.23.6重量比能量(Wh/Kg)5065105-140體積比能量(Wh/l)150200300,鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池性能對(duì)比,電池組成,1）電極(electrode)：電池的核心部分，由活性物質(zhì)添加劑和導(dǎo)電骨架組成2）電解質(zhì)（electrolyte）：主要組成之一，傳遞正、負(fù)極之間電荷3）隔膜(separator)：正、負(fù)電極之間，避免正、負(fù)極活性物質(zhì)直接接4）外殼（case）,電池的性能,1、電動(dòng)勢：兩電極電勢之差（平衡電極電法）2、內(nèi)阻：是指電池在工作時(shí)，電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力。3、電壓:開路電壓：是指電池在非工作狀態(tài)下，即電路中無電流流過時(shí)，電池正負(fù)極之間的電勢差。工作電壓：又稱端電壓，是指電池的工作狀態(tài)下，即電路中有電流，流過時(shí)電池正負(fù)極之間的電勢差。V=V開—IR終點(diǎn)電壓：電池在放電過程中，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的工作電壓為終點(diǎn)電壓。,4、容量、比容量電池的容量：電池的容量有額定容量與實(shí)際容量之分。A電池的額定容量：是指設(shè)計(jì)與制造電池時(shí)規(guī)定或保證電池在一定的放電條件下，應(yīng)該放出最低限度的電量。B電池的實(shí)際容量：是指電池在一定的放電條件下所放出的實(shí)際電量，容量常見單位有：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)體積比容量、重量比容量：C重=（Ah/Kg）C體=（Ah/L）5、比能量：比能量：體積比能量：W體=（Wh/L）重量比能量：W重=（Wh/l）,6、貯存性能和循環(huán)壽命：貯存性能：（自放電）電池的貯存性能是衡量電池綜合性能穩(wěn)定程度的一個(gè)重要參數(shù)，電池經(jīng)過一定時(shí)間的貯存后，允許電池的容量及內(nèi)阻有一定程度的變化。電池自放電與活性物質(zhì)本身、電極結(jié)構(gòu)、制造工藝、電池工作條件等因素相關(guān)。循環(huán)壽命：充、放電循環(huán)的數(shù)目。,第三部分鋰離子電池基本知識(shí),鋰離子電池的電化學(xué)反應(yīng)原理及特性：充電時(shí)：Li+從正極逸出，嵌入負(fù)極放電時(shí)Li+則從負(fù)極脫出，嵌入正極。以LiCoO2為正極材料，石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池，充放電反應(yīng)式為：,鋰離子二次電池反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為一個(gè)Li+濃差電池：充電時(shí)，Li+從正極化合物中脫出并嵌入負(fù)極晶格，正極處于貧鋰態(tài)；放電時(shí)，Li+從負(fù)極脫出并插入正極，正極為富鋰態(tài)。為保持電荷的平衡，充、放電過程中應(yīng)有相同數(shù)量的電子經(jīng)外電路傳遞，與Li+一起在正負(fù)極間遷移、使正負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，保持一定的電位。工作電位與構(gòu)成電極的插入化合物的化學(xué)性質(zhì)、Li+的濃度有關(guān)。這種充、放電過程似一把搖椅，故鋰離子二次電池又稱搖椅電池（RockingChairBatteries,簡稱為RCB）。,特點(diǎn),鋰離子二次電池的一般特性：1、體積及質(zhì)量的能量密度高；其能量密度大于300Wh/L，比能量達(dá)110～120Wh/kg，分別是Ni/Cd、Ni/MeH電池的2．5和1．5倍2、壽命長3、單電池的輸出電壓高，為4.2V；3、自放電率小，可實(shí)現(xiàn)快速充放電，也可做成大容量的電池組。4、無記憶效應(yīng)5、不含有毒物質(zhì)等。,第五部分鋰離子電池生產(chǎn)流程,電池生產(chǎn)流程,1、配料將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、溶劑按照一定的比例均勻的混合在一起，配制成溶漿料的過程。2、拉漿通過設(shè)備將配置好的漿料均勻的粘附在集流體上的過程。3、制片將拉漿制成的大片采用不同的設(shè)備制成滿足工藝要求的卷繞的極片的過程。,4、卷繞將極片、隔膜紙按照一定的層次，通過設(shè)備卷繞在一起并放入電池外殼內(nèi)的過程5、焊接通過設(shè)備將電池的蓋板和殼體焊接在一起的過程，6、注液將電解液注入電池殼體的過程,7、化成電池制造后，通過一定的充放電方式將內(nèi)部正負(fù)極活性物質(zhì)激活，改善電池的充放電性能及自放電、貯存等綜合性能的過程稱為化成。8、封口通過一定的方法將注液孔密封起來的過程。9、分容：電池在制造過程中，因工藝原因使得電池的實(shí)際容量不可能完全一致，通過一定的充放電制度檢測，并將電池按容量分容的過程稱為分容。,,主要性能參數(shù):,1、外觀、尺寸2、容量3、內(nèi)阻4、循環(huán)壽命,電池充放電(電壓)曲線:,電池充放電(電流)曲線:,容量曲線,內(nèi)阻曲線,電池充放電循環(huán)曲線:,鋰離子電池塊:,,振動(dòng)馬達(dá),電芯,PCB板,PCB板,Poiyswitch,電芯,柔性PCB板,膠殼,鋰離子電池塊主要性能參數(shù):,1、外觀、尺寸、2、容量（略小于電芯容量）3、內(nèi)阻（電芯內(nèi)阻+溫度保護(hù)器內(nèi)阻+MOS管內(nèi)阻+接線內(nèi)阻）4、循環(huán)壽命,鋰離子電池塊保護(hù)線路板:,,