小型充電電池知識講座.ppt

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電池基礎(chǔ)知識介紹,第一部分電化學基礎(chǔ)知識,電化學名詞1,電化學→研究電現(xiàn)象與化學現(xiàn)象之間內(nèi)在聯(lián)系的學科電化學系統(tǒng)→電極＋電解質(zhì),電極學→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)界面上的電化學行為電解質(zhì)學→電解質(zhì)的導電性質(zhì)、離子的傳輸性質(zhì)、參與反應(yīng)離子的平衡性質(zhì),化學電源金屬防腐蝕：大部分金屬腐蝕是電化學腐蝕機械工業(yè)：電鍍、電拋光、電泳涂漆環(huán)境保護：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：如肌肉運動、神經(jīng)的信息傳遞都涉及到電化學機理,電化學應(yīng)用,電化學歷史,電化學的起源→1791年伽伐尼發(fā)表了金屬能使蛙腿肌肉抽縮的“動物電”現(xiàn)象化學電源雛形→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”電化學定量基礎(chǔ)→1834年法拉第電解定律引入熱力學→19世紀下半葉，亥姆霍茲和吉布斯賦于電池的“電動勢”熱力學含義能斯特公式→1889年能斯特用熱力學導出了參與電極反應(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，有收縮的現(xiàn)象發(fā)生。,電化學起源,,,,＋,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,電動勢－化學能,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（負極）流向較不活潑的金屬（正極）化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,組成原電池的條件,有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬導體）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,當電池中有電流通過時，電解質(zhì)中的離子在電場的作用下作定向移動陰離子總是移向陽極陽離子總是移向陰極整個電流在溶液中的傳導是由陰、陽離子的移動共同承擔的,第二部分電池的基本知識,電池分類依據(jù),電解質(zhì)種類電池所用正負極材料工作特性和儲存方式,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電解質(zhì)電池→電解質(zhì)為有機溶液，如鋰電池、鋰離子電池,電池所用正負極材料,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備電池→電池儲備時不直接接觸電解質(zhì)，直到電池使用時，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無汞堿性鋅錳電池燃料電池電化學貯能超級電容器太陽電池（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)添加劑和導電骨架組成2）電解質(zhì)（electrolyte）：主要組成之一，傳遞正、負極之間電荷3）隔膜(separator)：正、負電極之間，避免正、負極活性物質(zhì)直接接4）外殼（case）,電池的性能,1、電動勢：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，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，電池正負極之間的電勢差。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，流過時電池正負極之間的電勢差。V=V開—IR終點電壓：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際容量之分。A電池的額定容量：是指設(shè)計與制造電池時規(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電池的實際容量：是指電池在一定的放電條件下所放出的實際電量，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)定程度的一個重要參數(shù)，電池經(jīng)過一定時間的貯存后，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,鋰離子電池的電化學反應(yīng)原理及特性：充電時：Li+從正極逸出，嵌入負極放電時Li+則從負極脫出，嵌入正極。以LiCoO2為正極材料，石墨為負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)的實質(zhì)為一個Li+濃差電池：充電時，Li+從正極化合物中脫出并嵌入負極晶格，正極處于貧鋰態(tài)；放電時，Li+從負極脫出并插入正極，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+一起在正負極間遷移、使正負極發(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,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:,,振動馬達,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,鋰離子電池塊保護線路板:,,