电池能源知识以及行业分析培训教材.pptx
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1、培教程电池能源知识以及行业分析1: 王强第1部分电池基础知识讲解2: 王强基础知识大纲l电池简要介绍l锂离子、镍氢充电电池主要应用领域 l锂离子、镍氢电池相关证书l锂离子、镍氢电池生产工艺 l锂离子、镍氢电池性能l锂离子、镍氢电池保护以及安全问题3: 王强l电池简要介绍部分4: 王强电池是什么l什么是电池l是一种把化学能直接转变成低压直流电能的装置 l电池的主要组成部分l电极(正负极) l电解液l隔膜l外壳5: 王强主要电池种类划分种 点缺 点用 途一次3.6V自放小,寿命,能量密度高不可充循使用,源浪,安全性差水表,燃气表,表一次3.0V自放小,寿命,能量密度高,价格便宜不可充循使用,源浪,
2、手表,算器, BIOS一次性碱1.5V自放小,使用方便,价便宜不可充循使用,源浪,池更麻民用,玩具,灯具等酸蓄池2.0V廉价、大功率放、浮充性能好、低温放性好染境、比容量和比能量小、不便携汽、摩托 瓶及UPS后 源,自行,太阳能LED灯,移基站 充池1.2V大功率放 定、价格比便宜染境、人体有害、具有 效、比容量低于 池 工具及少数 玩具、剃刀,理剪,急灯,草坪灯 充池1.2V比容量高、高低温性能好、无 效、大功率放好、无染、安全性高比能量低于离子池,价格高于 池 工具、 玩具、无 、后源、各种 的内置源,剃刀、理剪、吸器、急灯、草坪灯,能,HEV、PHEV,民用离子池3.7V比能量高、小巧、
3、重量、无染、无 效安全性能差、大功率放差、价格 工具、 玩具、无 、后源,手机、平板 、剃刀、理剪、数 品、急灯、草坪灯,能,PHEV EV聚合物池3.7V安全性能好、比能量高、可做成任意形状、无染、无 效大功率放 差、技不成熟、价格 工具、 玩具、无 、后源,手机、平板 、剃刀、理剪、数 品、急灯、草坪灯,能,PHEV EV6: 王强什么叫镍氢电池? l镍氢电池是指Ni(OH)2为正极、储氢合金粉为负极的二次电池。l正极采用镍氢氧化合物Ni(OH)2l负极采用储氢合金粉l电解质为溶解有KOH、LiOH、NaOH等碱性无机溶液。l隔膜为PE、PP或尼龙7: 王强什么叫锂离子电池? l锂离子电池
4、是正、负极使用能使Li+ 嵌入和脱出的化合物的二次电池。l正极采用锂化合物LiCoO2、LiMn2O4、 LiNixCoyMnzO2 、 LiFePO4l负极采用锂-碳层间化合物LiXC6l电解质为溶解有锂盐LiPF6 、 LiAsF6等有机溶液。l隔膜为PE、PP8: 王强镍氢电池电化学反应机理9: 王强锂离子电池电化学反应机理以LiCoO2正极为例:充电放电正极反应: LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe-负极反应: 6C+xLi+xe-充电放电LixC6电池反应: 6C+LiCoO2充电放电Li1-xCoO2+ LixC610: 王强镍氢电池特点l可快速充放 l大电流放电特性l长
5、循环寿命l电化学特性稳定、安全性能好l无污染,环保l无记忆效应11: 王强锂离子电池特点l单体电压高、输出功率大l可快速充放 l大电流放电特性l长循环寿命l电化学特性稳定l无污染,环保l无记忆效应l重量轻、可做成薄型电池12: 王强l锂离子、镍氢电池应用领域部分13: 王强镍氢电池应用领域l动力电池系列l个人护理系列 l灯具系列l无绳电话系列l仪表l民用电池系列l医疗器械14: 王强动力电池系列-镍氢l电工工具l吸尘器l园林工具15: 王强动力电池系列-镍氢l航模-车模- 船模l电动汽车-HEV为主16: 王强个人护理系列-镍氢l电推剪l剃须刀17: 王强灯具电池-镍氢l矿灯l应急灯l网标灯1
6、8: 王强灯具电池-镍氢l手电筒l草坪灯19: 王强无绳电话、 民用系列-镍氢l无绳电话l民用高容量l民用低自放电l高低温电池20: 王强锂离子电池应用领域l智能手机、平板电脑、笔记本电脑等数码产品l动力电池系列(电动工具 电动自行车 电动汽车)l个人护理系列 l灯具系列l无绳电话系列l储能21: 王强动力电池系列-锂离子电池l电工工具l电动自行车22: 王强动力电池系列-锂离子电池l电动汽车 -以PHEV和EV为主23: 王强数码产品-锂离子电池l智能手机l平板电脑l笔记本电脑24: 王强个人护理系列-锂电池l电推剪l剃须刀25: 王强储能系列-锂电池l太阳能发电站 l分布式光伏26: 王强
7、储能系列-锂电池l移动基站l风光互补路灯27: 王强l锂离子、镍氢电池证书部分28: 王强锂电镍氢电池环保证书-ROHS指令l名词解释RoHS是由欧盟立法制定的一项强制性标准,它的全称是关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令(Restriction of Hazardous Substances)。该标准已于2006年7月1日开始正式实施,主要用于规范电子电气产品的材料及工艺标准,使之更加有利于人体健康及环境保护。该标准的目的在于消除电机电子产品中的铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚共6项物质,并重点规定了铅的含量不能超过0.1%。 29: 王强ROHS有害物质含量指标重金属:
8、lLead铅; (铅酸电池含有)lMercury汞; lCadmium镉; (镍镉电池)lChromium (VI)六价铬. 某些溴化阻燃剂: lPolybrominated biphenyls (PBBs); l多溴联苯 lPolybrominated diphenyl ethers (PBDEs). l多溴联苯醚 最高限量指标是: l镉:0.01%(100 ppm); l铅、汞、六价铬,多溴联苯,多溴联苯醚:0.1% (1000 ppm). 锂电镍氢电池环保证书-ROHS指令30: 王强锂电镍氢池安全证书l欧盟CE认证l美国UL认证l中国3C认证31: 王强欧盟CE认证l“CE”标志是一种
9、安全认证标志,被视为制造商打开并进入欧洲市场的护照。CE代表欧洲统一(CONFORMITE EUROPEENNE)。凡是贴有“CE”标志的产品就可在欧盟各成员国内销售,无须符合每个成员国的要求,从而实现了商品在欧盟成员国范围内的自由流通。锂电镍氢池安全证书32: 王强美国UL认证UL是美国保险商试验所(Underwriter Laboratories Inc.)的简写。UL安全试验所是美国最有权威的,也是世界上从事安全试验和鉴定的较大的民间机构。 它是一个独立的、非营利的、为公共安全做试验的专业机构。它采用科学的测试方法来研究确定各种材料、装置、产品、设备、建筑等对生命、财产有无危害和危害的程
10、度;确定、编写、发行相应的标准和有助于减少及防止造成生命财产受到损失的资料,同时开展实情调研业务。锂电镍氢池安全证书33: 王强中国3C认证所谓3C认证,就是中国强制性产品认证制度,英文名称China Compulsory Certification,英文缩写CCC。 需要注意的是,3C标志并不是质量标志,而只是一种最基础的安全认证。 锂电镍氢池安全证书34: 王强l锂离子、镍氢电池生产工艺部分35: 王强镍氢电池结构l正极 活性物质(Ni(OH)2) 导电剂(CoO)、添加剂 基体(发泡镍) l负极 活性物质(储氢合金粉) 粘合剂(CMC)、溶剂( 水)、导电剂(C)、基体(铜网、钢带) l
11、隔膜(PP+PE)l电解液(KOH+LiOH + NaOH)l外壳五金件(钢壳、盖帽、密封圈)36: 王强镍氢电池结构图37: 王强镍氢电池结构正极正极基体:发泡镍(约1.6-1.7mm厚),正极集流体:镍带(约0.1mm厚)正极物质:球镍+亚钴+PTFE焊点:(约48个)38: 王强镍氢电池结构负极负极基体:铜网(约0.260.30mm厚) 钢带(约0.040.08mm厚)负极物质:MH+CMC+C+SBR39: 王强镍氢电池结构隔膜l材质:维尼纶或者 PP(聚丙烯)或者 尼龙l厚度:一般为0.100.18mm 40: 王强镍氢电池结构电解液l性质: 无色透明液体,具有较强腐蚀性。l应用:
12、主要用于可充电镍氢电池的电解液。l规格: 溶质组成 KOH:LiOH:NaOH =40:1:3 (重量比) 溶剂组成 :水 OH-浓度 7mol/ll质量指标: 密度(25)g/cm3 1. 30.03 电导率(25) 10.40.5 mscm41: 王强正极配料来料检验负极配料正极拉片负极拉浆负极制片隔 膜卷 绕入 壳短路检验滚 槽注 液封 口化 成分 容外包装出 厂正极制片密封性检验出厂检验镍氢电池生产工艺流程42: 王强锂离子电池结构l主要材料:l正极:钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂等 ;l负极:炭(天然石墨、改性石墨、中间相碳微球、纳米碳纤维等);l隔膜:聚丙烯微孔膜(PP)、聚
13、乙烯微孔膜(PE)、PE/PP/PE复合膜(进口),厚度:9、16、20、25微米;l电解液:1MLiPF6/EC+DMC+EMCl EC-乙基碳酸酯,DMC-二甲基碳酸酯,EMC:乙基甲基碳酸酯l辅助材料:导电碳黑、黏结剂(正极:PVDF,负极:SBR、CMC)、铜箔(10微米厚)、铝箔( 12-15微米厚)、胶带、二甲基吡咯烷酮(NMP)等。l电池配件:壳体、盖板、连接片,铝塑膜等。43: 王强锂离子电池结构图44: 王强锂离子电池结构正极正极基体:铝箔(约0.016mm厚)正极物质:LiCoO2+碳黑+PVDF正极集流体:铝带(约0.1mm厚)高温胶带(约0.05mm厚)45: 王强锂离
14、子电池结构负极负极基体:铜箔(约0.010mm厚)负极物质:石墨+CMC+SBR负极集流体:镍带(约0.07mm厚)46: 王强锂离子电池结构隔膜l材质:单层PE(聚乙烯)或者 三层复合PP(聚丙烯) +PE+PPl厚度:单层一般为0.0160.020mm 三层一般为0.0200.025mm隔膜separation film是放置于两极之间,作为隔离电极的装置,藉以避免两极上的活性物质直接接触而造成电池内部的短路。但隔膜仍需能让带电离子通过,以形成通路。 隔膜要求:离子透过度大 机械性强度适当 本身为绝缘体 不与电解液及电极发生反应 47: 王强锂离子电池结构电解液l性质: 无色透明液体,具有
15、较强吸湿性。l应用: 主要用于可充电锂离子电池的电解液,只能在干燥环境下使用操作(如环境水分小于20ppm的手套箱内)。l规格: 溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 (重量比) LiPF6浓度 1mol/ll质量指标: 密度(25)g/cm3 1.230.03 水分(卡尔费休法) 20ppm 游离酸(以HF计) 50ppm 电导率(25) 10.40.5 mscm48: 王强正极配料来料检验负极配料正极涂布负极涂布负极制片隔 膜卷 绕入 壳烘 烤短路检验滚 槽注 液封 口化 成密封性检验分 容外包装出 厂湿度控制出厂检验圆柱锂离子电池生产工艺流程正极制片49: 王强l锂离子、镍氢电池
16、性能部分50: 王强锂离子、镍氢电池性能l常规性能: 容量 电压 内阻l可靠性性能: 循环寿命 放电平台 自放电 贮存性能 高低温性能l安全性能 过充 短路 过放 针刺 跌落 振动51: 王强电池容量l电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量,以符号C或It表示。常用的单位为安培小时,简称安时(Ah)或毫安时(mAh)。l容量=放电电流(mA) 放电时间(h) (恒流放电)l电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。lIEC容量测试方法52: 王强镍氢电池IEC容量测试方法l放电:0.2C1.0V/celll充电:0.1C16hrsl搁置:1-4hrsl放电:0.2C1.0V/c
17、elll环境温度:20553: 王强锂离子电池IEC容量测试方法l放电:0.2C2.75V/celll充电:0.2C恒流充电到电压为4.2V转为恒压充电,充电截止电流为0.01C.l搁置:1-4hrsl放电:0.2C2.75V/celll环境温度:20554: 王强电池电压l 开路电压 电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池的正极的还原电极电势与负极电极电势之差。l 工作电压 工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示的电压,又称放电电压,见放电曲线。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。 电池在接通负载后,由于欧姆电阻和极化过电位的存在,电池的工作电压低于开路电压。l 充
18、电电压 充电电压指电池在充电时电池两端的电位差,见充电曲线。55: 王强镍氢电池充电曲线VVmax-V1一般情况,V取5mV或10mVVV1Vmax56: 王强锂离子电池充电曲线电压曲线电流曲线57: 王强镍氢电池放电曲线58: 王强锂离子电池放电曲线59: 王强内阻l电流通过电池内部时受到阻力,使电池的电压降低,此阻力称为电池的内阻。l电池的内阻不是常数,在放电过程中随时间不断变化,因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。l电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻,极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在,使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压,充电时端电压高于电动势和开路电压
19、。l欧姆电阻遵守欧姆定律;极化电阻随电流密度增加而增大,但不是线性关系,常随电流密度的对数增大而线性增大。 60: 王强循环寿命l电池在完全充电后完全放电,循环进行,直到容量衰减为初始容量的60%,此时循环次数即为该电池之循环寿命l循环寿命与电池充放电制度有关l镍氢电池室温下1C充放电循环寿命可达200-500次(行业标准),最高可达800-1000次。61: 王强放电平台l镍氢电池完全充电后,放电至1.2V时的容量记为C1,放电至1.0V时的容量记为C0,C1/C0称为该电池之放电平台l行业标准1C放电平台为70%以上,我们现在可以作到83%-85%l放电平台对电池使用效果影响最大,关系到用
20、户实际使用效果或使用时间的长短62: 王强自放电l电池完全充电后,放置一个月。然后用1C放电至1.0V,其容量记为C2;电池初始容量记为C0;1-C2/C0即为该电池之月自放电率l国际IEC标准镍氢电池月自放电率为40%,行业标准为30,我们可以做到20%以内(IEC荷电保持率测试)l电池自放电与电池的放置性能有关,其大小和电池内阻结构和材料性能有关63: 王强记忆效应l记忆效应是针对镍镉电池而言的,由于传统工艺中负极为烧结式,镉晶粒较粗,如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电,镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台。电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点,尽管电
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