混合動(dòng)力汽車電能儲存裝置

1、第第二二章章 混合動(dòng)力汽車電能儲能裝置混合動(dòng)力汽車電能儲能裝置v第一節(jié)第一節(jié) 混合動(dòng)力汽車電能儲存裝置的種類混合動(dòng)力汽車電能儲存裝置的種類及主要性能指標(biāo)及主要性能指標(biāo)v第二節(jié)第二節(jié) 二次電池的基本概念二次電池的基本概念v第三節(jié)第三節(jié) 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池v第四節(jié)第四節(jié) 鎳氫電池鎳氫電池v第五節(jié)第五節(jié) 鋰離子電池鋰離子電池v第六節(jié)第六節(jié) 飛輪儲能器飛輪儲能器v第七節(jié)第七節(jié) 超級電容器超級電容器v第八節(jié)第八節(jié) 蓄電池充電原理與充電器蓄電池充電原理與充電器v第九節(jié)第九節(jié) HEVHEV蓄電池的監(jiān)測系統(tǒng)蓄電池的監(jiān)測系統(tǒng)2.1.1、電能儲存裝置的種類、電能儲存裝置的種類v1 1 二次電（二次電（secon

2、dary secondary batterybattery） 二次電池亦稱二次電池亦稱可充電電池可充電電池（rechargeable batteryrechargeable battery蓄電池蓄電池(storagebattery)(storagebattery)等等; ; 如鉛酸蓄電池如鉛酸蓄電池(Lead-(Lead-acid)acid)、鎳、鎳- -氫氫(Ni-MH)(Ni-MH)電池、電池、鋰離子鋰離子(Lithiumionization)(Lithiumionization)電池、鎳電池、鎳- -金屬氫化物電池。金屬氫化物電池。 混合動(dòng)力汽車的電能儲存混合動(dòng)力汽車的電能儲存裝置可以分

3、為：裝置可以分為：二次電池二次電池、超級超級電容電容、飛輪電池飛輪電池三類三類2.1 2.1 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電能儲存裝置的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車電能儲存裝置的種類及主要性能指標(biāo)種類及主要性能指標(biāo)v2 2超級電容器（超級電容器（super capacitorsuper capacitor） 超級電容器又叫超級電容器又叫電化學(xué)電容器電化學(xué)電容器，是一種新型的、，是一種新型的、雙電層電容器，與常見的物理電容器不同。雙電層電容器，與常見的物理電容器不同。v 3 3飛輪電池飛輪電池FWBFWB（Fly Fly Wheel BatteryWheel Battery） 飛輪電池亦稱飛輪儲能器、飛輪電池亦稱飛輪儲

4、能器、高速或超高速飛輪儲能器高速或超高速飛輪儲能器等。等。2.1.2 電能儲存裝置的主要性能指標(biāo)電能儲存裝置的主要性能指標(biāo)v 1.1.比能量比能量（也稱質(zhì)量比能量、質(zhì)量能量密度）：指（也稱質(zhì)量比能量、質(zhì)量能量密度）：指單位質(zhì)單位質(zhì)量的電能儲存裝置所能輸出的能量量的電能儲存裝置所能輸出的能量，單位為，單位為J Jkgkg、WhWhkgkg或或kWh/kgkWh/kg（1Wh1Whkg=3600Jkg=3600Jkgkg）。比能量越高，）。比能量越高，汽車用電能行駛的距離越長。計(jì)算比能量時(shí)使用的質(zhì)量為汽車用電能行駛的距離越長。計(jì)算比能量時(shí)使用的質(zhì)量為電能儲存裝置的總質(zhì)量。電能儲存裝置的總質(zhì)量。v

5、2.2.能量密度能量密度（也稱體積比能量）：指（也稱體積比能量）：指單位體積電能儲存裝單位體積電能儲存裝置所能輸出的能量置所能輸出的能量，單位為，單位為WhWhL L或或kWhkWhL L。能量密。能量密度越高，汽車的載重量和車內(nèi)空間越大。度越高，汽車的載重量和車內(nèi)空間越大。v 3.3.比功率比功率（亦稱質(zhì)量比功率）是指（亦稱質(zhì)量比功率）是指單位質(zhì)量電能儲存裝置單位質(zhì)量電能儲存裝置具有電能的功率具有電能的功率，單位為，單位為W Wkgkg或或kW/kgkW/kg。電能儲存裝置的。電能儲存裝置的比功率越大，汽車加速、爬坡性能好；最高車速高。比功率越大，汽車加速、爬坡性能好；最高車速高。v 4.4

6、.功率密度功率密度（亦稱體積比功率、質(zhì)量功率密度）（亦稱體積比功率、質(zhì)量功率密度）指單位體指單位體積電能儲存裝置所具有的電能功率積電能儲存裝置所具有的電能功率, ,單位為單位為W WL L或或kW/LkW/L，功率密度越高，汽車的載重量和車內(nèi)空間越大。功率密度越高，汽車的載重量和車內(nèi)空間越大。v 5 5. .壽命壽命：電能儲存裝置的壽命通常指其使用時(shí)間的長短、：電能儲存裝置的壽命通常指其使用時(shí)間的長短、充、放電的循環(huán)次數(shù)的多少。單位為年、小時(shí)或循環(huán)次數(shù)。充、放電的循環(huán)次數(shù)的多少。單位為年、小時(shí)或循環(huán)次數(shù)。v 6.6.充、放電效率充、放電效率：充電充電效率指充入電能儲存裝置的電能占效率指充入電能

7、儲存裝置的電能占充電時(shí)消耗的電能的百分比充電時(shí)消耗的電能的百分比；放電放電效率指電能儲存裝置的效率指電能儲存裝置的輸出電能電能儲存裝置消耗的電能的百分比輸出電能電能儲存裝置消耗的電能的百分比EV和和HEV電池的選擇電池的選擇2.2 二次電池的基本概念二次電池的基本概念v一、常見的二次電池的術(shù)語（補(bǔ)充）一、常見的二次電池的術(shù)語（補(bǔ)充）v1.1.放電放電：恒流放電和恒阻放電：恒流放電和恒阻放電, ,連續(xù)放電與間斷放連續(xù)放電與間斷放電。電。v2.2.放電容量放電容量：在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下的放電電量或：在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下的放電電量或有效工作時(shí)間。有效工作時(shí)間。v3.3.電動(dòng)勢電動(dòng)勢：組成電池的兩個(gè)電極的

8、平衡電位之差。：組成電池的兩個(gè)電極的平衡電位之差。v4 4. .短路電流短路電流：電池短路后一瞬間流過的電流。：電池短路后一瞬間流過的電流。v5.5.放電率放電率：放電率指放電時(shí)的速率：放電率指放電時(shí)的速率 時(shí)率時(shí)率指以放電時(shí)間指以放電時(shí)間(h)(h)表示的放電速率，即以一定放電電流放完額定容量表示的放電速率，即以一定放電電流放完額定容量所需的小時(shí)數(shù)。所需的小時(shí)數(shù)。 例如，電池的額定容量為例如，電池的額定容量為30Ah30Ah，以，以2A2A電流放電，則時(shí)率為電流放電，則時(shí)率為30Ah30Ah2A2A15h15h，稱電池以稱電池以1515小時(shí)率放電。小時(shí)率放電。 “倍率倍率”指電池在規(guī)定時(shí)間內(nèi)

9、放出其額定容量時(shí)所輸出的電流值，數(shù)值等指電池在規(guī)定時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所輸出的電流值，數(shù)值等于額定容量的倍數(shù)。于額定容量的倍數(shù)。 例如，例如，2“2“倍率倍率”的放電，表示放電電流數(shù)值為電池量的的放電，表示放電電流數(shù)值為電池量的2 2倍。如對倍。如對30Ah30Ah電池，放電電流應(yīng)為電池，放電電流應(yīng)為2 2303060A60A。v放電深度放電深度DODDOD（depth of dischargedepth of discharge）：放電容量與）：放電容量與額定容量之比的百分?jǐn)?shù)。額定容量之比的百分?jǐn)?shù)。v充電：將外電路輸入的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存到蓄充電：將外電路輸入的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存到蓄電

10、池的過程。電池的過程。v充電率充電率：蓄電池在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充到額定容量所需：蓄電池在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充到額定容量所需的電流值；或在一定電流下充到額定容量所需的的電流值；或在一定電流下充到額定容量所需的時(shí)間。時(shí)間。 與放電率類似，一般用也倍率或時(shí)率表示。與放電率類似，一般用也倍率或時(shí)率表示。v恒壓充電恒壓充電：保持充電器端電壓始終不變的充電方：保持充電器端電壓始終不變的充電方法。法。v恒流充電恒流充電：充電電流保持不變的一種充電方法。：充電電流保持不變的一種充電方法。v極化極化：極化是電池由靜止?fàn)顟B(tài)：極化是電池由靜止?fàn)顟B(tài)( (電流電流i=0)i=0)轉(zhuǎn)入工作轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)狀態(tài)(i0)(i0)產(chǎn)生的電池電壓

11、、電極電位的變化現(xiàn)象。產(chǎn)生的電池電壓、電極電位的變化現(xiàn)象。 極化現(xiàn)象有陽極極化、陰極極化、歐姆極化（電阻極化）、極化現(xiàn)象有陽極極化、陰極極化、歐姆極化（電阻極化）、濃差極化和電化學(xué)極化等。濃差極化和電化學(xué)極化等。2.2.1、二次電池的電池主要性能指標(biāo)、二次電池的電池主要性能指標(biāo)v1.1. 開路電壓開路電壓：電池不放電處于斷路狀態(tài)時(shí)，電池：電池不放電處于斷路狀態(tài)時(shí)，電池兩極之間的電位差。兩極之間的電位差。v2.2.電池的內(nèi)阻電池的內(nèi)阻：歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻：歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻v3.3.電池的工作電壓電池的工作電壓：電池放電時(shí)電池兩極之間的：電池放電時(shí)電池兩極之間的電位差，又稱放電電壓或端電壓。電位

12、差，又稱放電電壓或端電壓。v4.4.終止電壓和放電曲線終止電壓和放電曲線 終止電壓終止電壓：電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工：電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓稱為終止電壓。作電壓稱為終止電壓。 放電曲線放電曲線：電池工作電壓隨放電時(shí)間的變化曲線。：電池工作電壓隨放電時(shí)間的變化曲線。v5. 5. 電池容量電池容量(Ah)(Ah)v電池荷（帶）電量的多少。用電池荷（帶）電量的多少。用安培時(shí)安培時(shí)(Ah)(Ah)表示，表示，v理論容量理論容量：v實(shí)際容量實(shí)際容量：在：在一定條件一定條件下所能輸出的電量，等于下所能輸出的電量，等于放電電流與放電時(shí)間的乘積。放電電流與放電時(shí)間的乘積。v 額定容量額

13、定容量( (保證容量保證容量) )：按一定標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的放電條件下，：按一定標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的放電條件下，電池應(yīng)該放出的最低限度的容量。電池應(yīng)該放出的最低限度的容量。v 標(biāo)稱容量標(biāo)稱容量( (公稱容量公稱容量) )：用來鑒別電池適當(dāng)?shù)慕瓢才鄷r(shí)數(shù)：用來鑒別電池適當(dāng)?shù)慕瓢才鄷r(shí)數(shù)值，沒有指定的放電條件，只標(biāo)明電池的容量范圍而沒有值，沒有指定的放電條件，只標(biāo)明電池的容量范圍而沒有確切值。確切值。v 6. 6. 能量能量: : 在一定放電條件下，電池對外作功時(shí)所能輸出的電在一定放電條件下，電池對外作功時(shí)所能輸出的電能能, , 單位為單位為W Wh h或或kWkWh h。 標(biāo)稱能量標(biāo)稱能量：在規(guī)定的放電條件下

14、，電池所輸出的能量，標(biāo)稱能：在規(guī)定的放電條件下，電池所輸出的能量，標(biāo)稱能量是電池的額定容量與額定電壓的乘積。量是電池的額定容量與額定電壓的乘積。 實(shí)際能量實(shí)際能量：在一定條件下電池所能輸出的能量，電池的實(shí)際能：在一定條件下電池所能輸出的能量，電池的實(shí)際能量是電池的實(shí)際容量與平均工作電壓的乘積。量是電池的實(shí)際容量與平均工作電壓的乘積。v 6 6功率功率：在一定的放電制度下，電池在單位時(shí)間內(nèi)所輸出的：在一定的放電制度下，電池在單位時(shí)間內(nèi)所輸出的能量，單位為能量，單位為W W或或kWkW。v 7. 7. 成本：成本：v 8 8二次電池的壽命：電池的壽命通常用使用時(shí)間或循環(huán)壽命二次電池的壽命：電池的壽

15、命通常用使用時(shí)間或循環(huán)壽命表示。表示。v 一個(gè)循環(huán)（周期一個(gè)循環(huán)（周期) )：循環(huán)充電電池（蓄電池）經(jīng)歷一次充電和：循環(huán)充電電池（蓄電池）經(jīng)歷一次充電和放電的過程放電的過程v 電池報(bào)廢的原因：化學(xué)活性物質(zhì)會發(fā)生老化變質(zhì)。電池報(bào)廢的原因：化學(xué)活性物質(zhì)會發(fā)生老化變質(zhì)。v 蓄電池循環(huán)壽命的影響因素：與充電和放電的形式、電池的蓄電池循環(huán)壽命的影響因素：與充電和放電的形式、電池的溫度和放電深度有關(guān)溫度和放電深度有關(guān). . 放電深度放電深度“淺淺”時(shí)，有利于延長電池時(shí)，有利于延長電池壽命壽命2.2.2、二次電池性能比較、二次電池性能比較vHEVHEV和和EVEV汽車的對電源的主要要求：汽車的對電源的主要要

16、求：v高的高的比能量比能量（增長一次充電可行駛的距離）（增長一次充電可行駛的距離）v大的大的比功率比功率（在大電流工作時(shí)可平穩(wěn)放電，提（在大電流工作時(shí)可平穩(wěn)放電，提 高加速、爬坡性能）；高加速、爬坡性能）；v循環(huán)壽命長；循環(huán)壽命長；v安全可靠，免維護(hù)；安全可靠，免維護(hù)；v環(huán)境友好，可再生；環(huán)境友好，可再生；v成本低廉。成本低廉。各類車用動(dòng)力電池的性能比較表各類車用動(dòng)力電池的性能比較表 各類車用動(dòng)力電池的性能比較表（續(xù)）返回常見電池比能量和比功率的關(guān)系常見電池比能量和比功率的關(guān)系TESLA電池總成電池總成v TESLATESLA電動(dòng)車的電池采用了松下提供的電動(dòng)車的電池采用了松下提供的NCANCA

17、系列（鎳鈷系列（鎳鈷鋁體系）鋁體系）1865018650鈷酸鋰電池鈷酸鋰電池，單顆電池容量為，單顆電池容量為31003100毫安毫安時(shí)時(shí)。v 這種電池我們并不陌生，像筆記本電腦等電子數(shù)碼設(shè)這種電池我們并不陌生，像筆記本電腦等電子數(shù)碼設(shè)備使用的都是這種類型的電池，相比于其它電動(dòng)車使備使用的都是這種類型的電池，相比于其它電動(dòng)車使用的電池類型，用的電池類型，1865018650電池的技術(shù)更為成熟，電池的技術(shù)更為成熟，比能量比能量方方面它幾乎是磷酸鐵鋰電池的兩倍，也就是說，在同等面它幾乎是磷酸鐵鋰電池的兩倍，也就是說，在同等體積的情況下，體積的情況下，1865018650電池組成的電池單元可以儲存更電

18、池組成的電池單元可以儲存更多的電能。這也是多的電能。這也是TESLATESLA使用這種電池的其中一個(gè)原因。使用這種電池的其中一個(gè)原因。v 盡管如此，把這種電池運(yùn)盡管如此，把這種電池運(yùn)用在電動(dòng)車上還是有一定用在電動(dòng)車上還是有一定難度，比如，要想滿足一難度，比如，要想滿足一輛電動(dòng)車的使用需求就需輛電動(dòng)車的使用需求就需要使用很多個(gè)要使用很多個(gè)1865018650鋰電鋰電池，這就出現(xiàn)了一個(gè)要解池，這就出現(xiàn)了一個(gè)要解決的問題，如何把它們組決的問題，如何把它們組合在一起。合在一起。v 85kWh85kWh的的MODEL SMODEL S的電池單元一共運(yùn)用了的電池單元一共運(yùn)用了81428142個(gè)個(gè)18650

19、18650鋰電鋰電池，工程師首先將這些電池以磚、片逐一平均分配最終池，工程師首先將這些電池以磚、片逐一平均分配最終組成一整個(gè)電池包，電池包位于車身底板組成一整個(gè)電池包，電池包位于車身底板。v 一個(gè)電池片由若干個(gè)電池磚組成，而一個(gè)電池磚又有若干一個(gè)電池片由若干個(gè)電池磚組成，而一個(gè)電池磚又有若干個(gè)個(gè)1865018650鈷酸鋰電池組成，除了每節(jié)鈷酸鋰電池組成，除了每節(jié)1865018650電池設(shè)有保險(xiǎn)裝電池設(shè)有保險(xiǎn)裝置外，每個(gè)電池片和每個(gè)電池磚也都有保險(xiǎn)裝置，一旦發(fā)置外，每個(gè)電池片和每個(gè)電池磚也都有保險(xiǎn)裝置，一旦發(fā)現(xiàn)某一單位內(nèi)部出現(xiàn)問題，保險(xiǎn)裝置都會將其切斷與其它現(xiàn)某一單位內(nèi)部出現(xiàn)問題，保險(xiǎn)裝置都會將

20、其切斷與其它電池單元的聯(lián)系，從而避免殃及池魚的情況出現(xiàn)。電池單元的聯(lián)系，從而避免殃及池魚的情況出現(xiàn)。v 另外，每個(gè)電池片之間都有相對另外，每個(gè)電池片之間都有相對獨(dú)立的空間并由防火墻獨(dú)立的空間并由防火墻相相隔，即便是單個(gè)電池片內(nèi)部出現(xiàn)了起火的情況，火勢也可隔，即便是單個(gè)電池片內(nèi)部出現(xiàn)了起火的情況，火勢也可得到一定控制，不至于迅速蔓延至整個(gè)電池包。得到一定控制，不至于迅速蔓延至整個(gè)電池包。v 當(dāng)然，保險(xiǎn)裝置是最后的一道屏障，當(dāng)它切斷的時(shí)候當(dāng)然，保險(xiǎn)裝置是最后的一道屏障，當(dāng)它切斷的時(shí)候也就意味著某個(gè)電池單元出現(xiàn)了問題，如果涉及到更換，也就意味著某個(gè)電池單元出現(xiàn)了問題，如果涉及到更換，整個(gè)電池包可以以

21、整個(gè)電池包可以以“片片”為單位進(jìn)行更換。為單位進(jìn)行更換。每節(jié)電池之間每節(jié)電池之間以并聯(lián)的方式連接以并聯(lián)的方式連接，而，而電池磚之間和電池片之間分別以串電池磚之間和電池片之間分別以串聯(lián)的方式連接聯(lián)的方式連接，也就是說，在實(shí)際用車過程中，當(dāng)某節(jié)電，也就是說，在實(shí)際用車過程中，當(dāng)某節(jié)電池出現(xiàn)問題時(shí)，車輛不會拋錨，受到影響的只是車輛的續(xù)池出現(xiàn)問題時(shí)，車輛不會拋錨，受到影響的只是車輛的續(xù)航里程航里程。v 特斯拉將建設(shè)超級電池工特斯拉將建設(shè)超級電池工廠：降低電動(dòng)汽車成本廠：降低電動(dòng)汽車成本2.2.3、二次電池的輸出電流、功率和效率的關(guān)系、二次電池的輸出電流、功率和效率的關(guān)系ibbRIUU0v 蓄電池放電電

22、流、放電端電壓、效率、輸出功率等于汽蓄電池放電電流、放電端電壓、效率、輸出功率等于汽車的車的續(xù)駛里程、車速續(xù)駛里程、車速等有密切關(guān)系。它們之間的關(guān)系是等有密切關(guān)系。它們之間的關(guān)系是HEVHEV與與EVEV選用蓄電池的重要理論依據(jù)。選用蓄電池的重要理論依據(jù)。v 蓄電池的放電特性：蓄電池的放電特性：v 式中式中U U0 0-蓄電池的蓄電池的開路電壓開路電壓（V V）v U Ub b-蓄電池放電時(shí)的端電壓（蓄電池放電時(shí)的端電壓（V V）v I Ib b-蓄電池的放電電流（蓄電池的放電電流（A A）v R- R-蓄電池的蓄電池的內(nèi)阻內(nèi)阻（） )(0ibbbbbRIUIUIP0000/ )(1/ )()

23、/()(URIURIUUIUIibibbbbbv 輸出功率：輸出功率：v 蓄電池的效率蓄電池的效率 v 蓄電池能輸出的最大功率：蓄電池能輸出的最大功率：v 輸出功率時(shí)的最大電流：輸出功率時(shí)的最大電流：)4/(20maxibRUP)2/(0maxibRUI蓄電池的放電特性曲線蓄電池的放電特性曲線2.3 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池v 酸蓄電池：以酸蓄電池：以酸性水溶液酸性水溶液為電解質(zhì)的蓄電池為電解質(zhì)的蓄電池v 鉛酸蓄電池：電極材料為鉛酸蓄電池：電極材料為鉛及其氧化物鉛及其氧化物2.3.1 鉛酸蓄電池的種類及鉛酸蓄電池的種類及型號型號v 1. 1. 開口式鉛酸蓄電池開口式鉛酸蓄電池 這種電池大多是在啟動(dòng)

24、型蓄電池的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部改進(jìn)這種電池大多是在啟動(dòng)型蓄電池的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部改進(jìn)而成的。開口式鉛酸蓄電池多用于短距離的電瓶車、巡邏車、而成的。開口式鉛酸蓄電池多用于短距離的電瓶車、巡邏車、游覽車和居民小區(qū)內(nèi)的小交通車等游覽車和居民小區(qū)內(nèi)的小交通車等。v 2. 2. 閥控式密封鉛酸蓄電池閥控式密封鉛酸蓄電池 原用于原用于UPSUPS系統(tǒng)中，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種電動(dòng)助力車，我系統(tǒng)中，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種電動(dòng)助力車，我國電動(dòng)自行車約國電動(dòng)自行車約95%95%使用的是閥控式密封鉛酸蓄電池。目前使用的是閥控式密封鉛酸蓄電池。目前國內(nèi)此類電池的在比能量、循環(huán)壽命、充電時(shí)間等幾方面均國內(nèi)此類電池的在比能量、循環(huán)壽命

25、、充電時(shí)間等幾方面均有明顯提升，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測電池的循環(huán)壽命達(dá)到有明顯提升，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測電池的循環(huán)壽命達(dá)到700700次次以上，以上，100% DOD100% DOD放電循環(huán)壽命達(dá)到放電循環(huán)壽命達(dá)到300300次以上次以上。v3. 3. 雙極性密封鉛酸蓄電池雙極性密封鉛酸蓄電池 全部正極板并聯(lián)焊在一起組成電池的正極；全部負(fù)極板并聯(lián)焊在全部正極板并聯(lián)焊在一起組成電池的正極；全部負(fù)極板并聯(lián)焊在一起組成電池的負(fù)極。一起組成電池的負(fù)極。 比能量很高，循環(huán)壽命也很高。雙極性密封鉛酸蓄電池目前正在研比能量很高，循環(huán)壽命也很高。雙極性密封鉛酸蓄電池目前正在研發(fā)中，還沒有達(dá)到商品化階段。發(fā)中，還沒有達(dá)到

26、商品化階段。v4. 4. 水平式密封鉛酸蓄電池水平式密封鉛酸蓄電池 正負(fù)極和隔板是采用臥式組合起來的；導(dǎo)電板柵是由將鉛擠壓在正負(fù)極和隔板是采用臥式組合起來的；導(dǎo)電板柵是由將鉛擠壓在細(xì)的玻璃纖維四周形成的鉛絲編織而成的；正極和負(fù)極鉛膏分別涂在細(xì)的玻璃纖維四周形成的鉛絲編織而成的；正極和負(fù)極鉛膏分別涂在一片鉛網(wǎng)的兩端，中間留有一段未涂膏的板柵將兩種鉛膏分開，再用一片鉛網(wǎng)的兩端，中間留有一段未涂膏的板柵將兩種鉛膏分開，再用封包機(jī)將該雙極板用超細(xì)纖維包起來。封包機(jī)將該雙極板用超細(xì)纖維包起來。 內(nèi)阻很小，即可大電流放電又適合快速充電，這一特點(diǎn)正滿足了電內(nèi)阻很小，即可大電流放電又適合快速充電，這一特點(diǎn)正滿

27、足了電動(dòng)車對蓄電池的要求動(dòng)車對蓄電池的要求。 鉛酸蓄電池的應(yīng)用鉛酸蓄電池的應(yīng)用v優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 技術(shù)可靠，生產(chǎn)工藝成熟，成本低，單體電池電壓高，大技術(shù)可靠，生產(chǎn)工藝成熟，成本低，單體電池電壓高，大電流輸出特性，良好的高溫和低溫性能，較高的能量效率電流輸出特性，良好的高溫和低溫性能，較高的能量效率（75758080）% %以及多種多樣的型號和尺寸。以及多種多樣的型號和尺寸。v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 比能量比能量和和能量密度比較低能量密度比較低（35W35Wh/kgh/kg和和70W70Wh/Lh/L），自放電），自放電 率較高（率較高（2525環(huán)境每天降低環(huán)境每天降低1%1%），循環(huán)壽命相對較低），循環(huán)壽命

28、相對較低（10001000次），硫酸腐蝕電極不便于長期儲存。次），硫酸腐蝕電極不便于長期儲存。 目前，性能得到改進(jìn)的多種類型的鉛酸蓄電池正目前，性能得到改進(jìn)的多種類型的鉛酸蓄電池正不斷地被應(yīng)用到不斷地被應(yīng)用到電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車上，鉛酸蓄電池仍是電動(dòng)上，鉛酸蓄電池仍是電動(dòng)汽車最具吸引力的能量源選擇方案。汽車最具吸引力的能量源選擇方案。返回蓄電池的名稱代碼及含義蓄電池的名稱代碼及含義2.3.2、鉛酸蓄電池的工作原理、鉛酸蓄電池的工作原理v鉛酸蓄電池的放電和充電的反應(yīng)過程，是鉛酸蓄鉛酸蓄電池的放電和充電的反應(yīng)過程，是鉛酸蓄電池活性物質(zhì)進(jìn)行的電池活性物質(zhì)進(jìn)行的可逆化學(xué)變化過程可逆化學(xué)變化過程。它們可。它

29、們可以用下列化學(xué)方程式表示：以用下列化學(xué)方程式表示：鉛酸蓄電池放電時(shí)，化學(xué)反應(yīng)由左向右進(jìn)行，其相反過程為充電過程的化學(xué)反應(yīng)。放電過程中， 生成H2O， H2SO4的濃度會逐漸減小. 可以用比重計(jì)來測定電解液的密度, 進(jìn)一步了解鉛酸蓄電池電解液的放電的程度。4244222P 2PbSOOHbSOPbSOHPbO 充電放電正極電解液負(fù)極正極電解液負(fù)極v蓄電池的構(gòu)造v通常由若干個(gè)單體電池串聯(lián)而成。v組成：正極板、負(fù)極板、隔板、電解液、電池蓋、加液孔蓋和電池外殼。v每個(gè)單體電池的基本電壓2V。v電解液中往往加入硅酸膠作為凝結(jié)劑，使電解質(zhì)成為膠狀物，形成“膠體”電解質(zhì)2.3.3、鉛酸蓄電池的構(gòu)造、鉛酸蓄

30、電池的構(gòu)造安裝了排氣閥的鉛酸蓄電池安裝了排氣閥的鉛酸蓄電池2.3.4、蓄電池的容量及其影響因素、蓄電池的容量及其影響因素v 1 1、蓄電池的容量、蓄電池的容量v 蓄電池的容量蓄電池的容量C (AC (Ah)h)是指蓄電池在允許放電的范圍內(nèi)所是指蓄電池在允許放電的范圍內(nèi)所輸輸出的電量即放電電流出的電量即放電電流I(A)I(A)和放電時(shí)間和放電時(shí)間t(h)t(h)之積的積分。之積的積分。v 恒流放電恒流放電的容量為：的容量為：C = IC = It tv C C與與放電電流放電電流、溫度溫度及及電解液的密度電解液的密度等因素有關(guān)。等因素有關(guān)。v 電動(dòng)道路車輛用鉛酸蓄電池的電動(dòng)道路車輛用鉛酸蓄電池的

31、額定容量額定容量用用C C3 3表示：表示：v 在電解液溫度為在電解液溫度為2525時(shí)，以時(shí)，以3 3小時(shí)率放電電流小時(shí)率放電電流(I(I3 3= C= C3 3/3 A)/3 A)連續(xù)放電到蓄電池端電壓下降至連續(xù)放電到蓄電池端電壓下降至9.90V9.90V蓄電池所輸出的電蓄電池所輸出的電量。量。 檢驗(yàn)新蓄電池質(zhì)量檢驗(yàn)新蓄電池質(zhì)量和衡量和衡量蓄電池能否繼續(xù)使用蓄電池能否繼續(xù)使用的重要指標(biāo)的重要指標(biāo)v GB/T 18332.1-2001規(guī)定蓄電池的規(guī)定蓄電池的完全充電的定義完全充電的定義：v 免維護(hù)蓄電池：以免維護(hù)蓄電池：以0.5I3（A）進(jìn)行）進(jìn)行恒流充電恒流充電到到14.4V0.1V后，再繼

32、續(xù)以后，再繼續(xù)以0.25I3（A）電流充電在充電末期連續(xù)）電流充電在充電末期連續(xù)3h內(nèi)內(nèi)電壓變化不大于電壓變化不大于0.05 V/h。v 閥控密封式蓄電池采用改進(jìn)的閥控密封式蓄電池采用改進(jìn)的恒壓充電恒壓充電：用恒壓：用恒壓14.4 V0.1V、限流、限流I3（A）充電）充電16 h或充電末期電流穩(wěn)定或充電末期電流穩(wěn)定3h不不變。變。v GB/T 18332.1-2001規(guī)定規(guī)定C3的測量方法：對完全充足電的的測量方法：對完全充足電的蓄電池，在溫度為蓄電池，在溫度為252的水浴環(huán)境中靜置的水浴環(huán)境中靜置5h，恒電，恒電流（流（C3/3 A）放電到）放電到9.90V終止，記錄放電時(shí)間。放電電終止，

33、記錄放電時(shí)間。放電電流和記錄的放電終止時(shí)間的乘積即為電池容量。流和記錄的放電終止時(shí)間的乘積即為電池容量。2.蓄電池的容量及影響因素蓄電池的容量及影響因素v極板的構(gòu)造極板的構(gòu)造v放電電流放電電流v電解液溫度電解液溫度v電解液密度電解液密度1 1）. .極板構(gòu)成極板構(gòu)成v極板厚度越薄，活性物質(zhì)的利用率就越高，相同極板厚度越薄，活性物質(zhì)的利用率就越高，相同蓄電池尺寸下極板片數(shù)多，容量就越大。蓄電池尺寸下極板片數(shù)多，容量就越大。v極板面積越大，同時(shí)參與反應(yīng)的物質(zhì)就越多，容極板面積越大，同時(shí)參與反應(yīng)的物質(zhì)就越多，容量就越大。量就越大。v同性極板中心距越小，蓄電池內(nèi)阻越小，容量越同性極板中心距越小，蓄電池

34、內(nèi)阻越小，容量越大。大。2）放電電流對容量的影響）放電電流對容量的影響v 放電電流越大，蓄電池容放電電流越大，蓄電池容量越小。量越小。 因放電電流越大，極因放電電流越大，極板孔隙內(nèi)消耗的板孔隙內(nèi)消耗的H2SO4越越快，且單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的快，且單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的PbSO4越多，越多，PbSO4堵塞堵塞極板孔隙明顯，阻礙電液極板孔隙明顯，阻礙電液向極板內(nèi)層滲透，使極板向極板內(nèi)層滲透，使極板孔隙內(nèi)電解液密度急劇下孔隙內(nèi)電解液密度急劇下降，致端電壓也迅速下降，降，致端電壓也迅速下降，而極大地縮短了放電時(shí)間，而極大地縮短了放電時(shí)間，使蓄電池容量下降。使蓄電池容量下降。3 3）電解液溫度的影響）電解液溫度的

35、影響v 電解液溫度降低，蓄電池電解液溫度降低，蓄電池容量減小。容量減小。 溫度溫度粘度粘度，電解，電解液滲入極板困難，活性物液滲入極板困難，活性物質(zhì)利用率質(zhì)利用率CC； 同時(shí)，粘度同時(shí)，粘度內(nèi)阻內(nèi)阻內(nèi)內(nèi)壓降壓降，端電壓，端電壓C C2020。實(shí)驗(yàn)證明，電解液溫度每實(shí)驗(yàn)證明，電解液溫度每下降下降1 1，緩慢放電時(shí)蓄緩慢放電時(shí)蓄電池容量約減少電池容量約減少l l，迅迅速放電時(shí)蓄電池容量約減速放電時(shí)蓄電池容量約減少少2 2。由于電解液溫度對蓄電池容量影響由于電解液溫度對蓄電池容量影響較大，因此，冬季在寒冷地區(qū)使用較大，因此，冬季在寒冷地區(qū)使用蓄電池時(shí)，應(yīng)特別注意蓄電池的保蓄電池時(shí)，應(yīng)特別注意蓄電池的

36、保溫。溫。4 4）電解液密度的影響）電解液密度的影響n電解液密度電解液密度電動(dòng)勢電動(dòng)勢EE，電液滲透能力電液滲透能力，參加反應(yīng)的活性物質(zhì)參加反應(yīng)的活性物質(zhì)C C2020；n過高，粘度過高，粘度，內(nèi)阻，內(nèi)阻，極板硫化極板硫化C C2020。n實(shí)踐證明：電解液密度偏實(shí)踐證明：電解液密度偏低有利于提高放電電流和低有利于提高放電電流和容量。即使是冬季使用的容量。即使是冬季使用的電解液，在不使其結(jié)冰的電解液，在不使其結(jié)冰的前提下，也應(yīng)盡可能采用前提下，也應(yīng)盡可能采用稍低密度的電解液。稍低密度的電解液。一般電解液密度為一般電解液密度為1.21.26 6-1.-1.285285g/cm3g/cm35 5）電

37、解液純度對容量的影響電解液純度對容量的影響v電解液中的一些有害雜質(zhì)會腐蝕柵架，沉附于極電解液中的一些有害雜質(zhì)會腐蝕柵架，沉附于極板上的雜質(zhì)形成局部電池產(chǎn)生板上的雜質(zhì)形成局部電池產(chǎn)生自放電自放電，導(dǎo)致輸出，導(dǎo)致輸出電量減小。電量減小。v如：電解液中若含有如：電解液中若含有1%1%的鐵，則蓄電池在一晝夜的鐵，則蓄電池在一晝夜內(nèi)就會放完電。內(nèi)就會放完電。2.3.5 鉛酸蓄電池的特性及充、放電特性鉛酸蓄電池的特性及充、放電特性v1 1、鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢與開路電壓、鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢與開路電壓v 鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢與開路電壓與鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢與開路電壓與鉛酸蓄電池電解液電解液H2SO4的濃

38、度有關(guān)，隨著電解液的濃度降低，鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢的濃度有關(guān)，隨著電解液的濃度降低，鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢和開路電壓也下降，因此可用測定電解液的濃度來了解鉛酸和開路電壓也下降，因此可用測定電解液的濃度來了解鉛酸電池的電動(dòng)勢與開路電壓電池的電動(dòng)勢與開路電壓。v (1)(1)靜止電動(dòng)勢靜止電動(dòng)勢E Ej j：蓄電池處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，正蓄電池處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，正負(fù)極板之間的電位差稱為靜止電動(dòng)勢。負(fù)極板之間的電位差稱為靜止電動(dòng)勢。v (2)(2)開路電壓：理論上，開路狀態(tài)下的端電壓開路電壓：理論上，開路狀態(tài)下的端電壓并不等于蓄電池的電動(dòng)勢。但是，開路電壓在并不等于蓄電池的電動(dòng)勢。但是，開路電壓在數(shù)值上很接近蓄數(shù)

39、值上很接近蓄電池的靜止電動(dòng)勢，電池的靜止電動(dòng)勢，可以用開可以用開路電壓代替靜止電動(dòng)勢。路電壓代替靜止電動(dòng)勢。v 一般規(guī)定鉛蓄電池的額定開路電壓為一般規(guī)定鉛蓄電池的額定開路電壓為2.02.0V V。2.鉛酸蓄電池充、放電特性鉛酸蓄電池充、放電特性v 1)1)鉛酸蓄電池恒電流放電鉛酸蓄電池恒電流放電特性特性2）鉛酸蓄電池的充電特性）鉛酸蓄電池的充電特性v 1. 1. 高效階段高效階段 兩極的硫酸鉛分別轉(zhuǎn)換成了鉛和二氧化鉛，充電接受率兩極的硫酸鉛分別轉(zhuǎn)換成了鉛和二氧化鉛，充電接受率高，接近高，接近100%100%。 這個(gè)階段在溫度和充電率都保證的情況下單體端電壓達(dá)這個(gè)階段在溫度和充電率都保證的情況下

40、單體端電壓達(dá)到到2.39V2.39V時(shí)結(jié)束。時(shí)結(jié)束。v 2 2. . 混合階段混合階段 水解副反應(yīng)和充電主反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，此時(shí)的充電接受率水解副反應(yīng)和充電主反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，此時(shí)的充電接受率逐步下降。當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，即電池兩端電壓與稀逐步下降。當(dāng)兩個(gè)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，即電池兩端電壓與稀硫酸溶液濃度不再上升，這表示電池已經(jīng)充滿電。硫酸溶液濃度不再上升，這表示電池已經(jīng)充滿電。v 3. 3. 析氣階段析氣階段 蓄電池已經(jīng)被充滿電，電池中所進(jìn)行的反應(yīng)只有水解副蓄電池已經(jīng)被充滿電，電池中所進(jìn)行的反應(yīng)只有水解副反應(yīng)，再加上緩慢進(jìn)行的自放電反應(yīng)。此時(shí)會產(chǎn)生大量的反應(yīng)，再加上緩慢進(jìn)行的自放電反應(yīng)。此時(shí)會產(chǎn)生大量

41、的氣體，主要是氫氣和氧氣。氣體，主要是氫氣和氧氣。2.3.6 鉛酸蓄電池的性能指標(biāo)鉛酸蓄電池的性能指標(biāo)放電電流和放電容量的關(guān)系放電電流和放電容量的關(guān)系輸出功率密度和比能量的關(guān)系輸出功率密度和比能量的關(guān)系2.3.7鉛酸蓄電池的危害鉛酸蓄電池的危害v鉛毒鉛毒v酸霧酸霧v銻和砷、鎘銻和砷、鎘2.4 鎳氫鎳氫(Ni-MH)電池電池v 鎳氫電池現(xiàn)主要應(yīng)用于鎳氫電池現(xiàn)主要應(yīng)用于混合電動(dòng)車混合電動(dòng)車。20112011年年HEVHEV市場占市場占56%56%，零售市場（包括遙控車、玩具、家用電器、數(shù)碼攝像機(jī)）占零售市場（包括遙控車、玩具、家用電器、數(shù)碼攝像機(jī)）占24%24%，無繩電話占，無繩電話占11%11%

42、，其他市場為，其他市場為9%9%。v 世界鎳氫電池主要由世界鎳氫電池主要由中國中國和和日本日本企業(yè)生產(chǎn)，占全球產(chǎn)量的企業(yè)生產(chǎn)，占全球產(chǎn)量的95%95%以上。全球鎳氫電池以上。全球鎳氫電池70%70%以上在中國生產(chǎn)，中國鎳氫電池以上在中國生產(chǎn)，中國鎳氫電池企業(yè)主要包括超霸、豪鵬、比亞迪、環(huán)宇等。日本企業(yè)松下、企業(yè)主要包括超霸、豪鵬、比亞迪、環(huán)宇等。日本企業(yè)松下、湯淺、三洋已將小型鎳氫電池生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到中國。湯淺、三洋已將小型鎳氫電池生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到中國。v HEVHEV用大型鎳氫電池主要在日本生產(chǎn)，生產(chǎn)企業(yè)主要為用大型鎳氫電池主要在日本生產(chǎn)，生產(chǎn)企業(yè)主要為PrimearthPrimearth電動(dòng)車能源公司

43、（電動(dòng)車能源公司（PEVE)PEVE)和三洋電機(jī)，和三洋電機(jī)，v 我國鎳氫電池增長乏力，近幾年的產(chǎn)品產(chǎn)值、產(chǎn)量均未超過我國鎳氫電池增長乏力，近幾年的產(chǎn)品產(chǎn)值、產(chǎn)量均未超過20082008年的高峰。年的高峰。20112011年，鎳氫電池的產(chǎn)值、產(chǎn)量分別為年，鎳氫電池的產(chǎn)值、產(chǎn)量分別為5555億億元、元、9.59.5億只，與億只，與20082008相比分別下降相比分別下降15.38%15.38%、26.36%26.36%。產(chǎn)品。產(chǎn)品規(guī)模的縮小使得鎳氫電池更不具規(guī)模經(jīng)濟(jì)，未來情景堪憂，規(guī)模的縮小使得鎳氫電池更不具規(guī)模經(jīng)濟(jì)，未來情景堪憂，其發(fā)展空間仍然取決于混合電動(dòng)車的應(yīng)用情況其發(fā)展空間仍然取決于混合

44、電動(dòng)車的應(yīng)用情況一、鎳氫電池（一、鎳氫電池（Ni-MH Batteries）的特點(diǎn)與組）的特點(diǎn)與組成成v1 1Ni-MHNi-MH電池的主要特點(diǎn)：電池的主要特點(diǎn)：v能量密度高能量密度高，是，是Ni-CdNi-Cd電池的電池的1.51.52 2倍；倍；v電池電壓電池電壓1.2-1.3V1.2-1.3V，與，與Ni-CdNi-Cd電池相當(dāng)；電池相當(dāng)；v可快速充放電，低溫性能好可快速充放電，低溫性能好；即使在；即使在2020環(huán)環(huán)境溫度下，采用大電流境溫度下，采用大電流( (以以1C1C放電速率放電速率) )放電，放放電，放出的電量也能達(dá)到標(biāo)稱容量的出的電量也能達(dá)到標(biāo)稱容量的8585以上。以上。v可密

45、封，耐過充、放電能力強(qiáng)可密封，耐過充、放電能力強(qiáng)；v無毒，無環(huán)境污染，不使用貴金屬；無毒，無環(huán)境污染，不使用貴金屬；v無記憶效應(yīng)。無記憶效應(yīng)。2、鎳氫電池的鎳氫電池的組成組成 鎳氫電池可分為高壓鎳氫電池可分為高壓鎳氫電池和低壓鎳氫鎳氫電池和低壓鎳氫電池兩大類。電池兩大類。v按照外形可分按照外形可分方形鎳方形鎳氫電池氫電池和和圓柱形鎳氫圓柱形鎳氫電池電池。2.4.3、Ni-MH電池的原理電池的原理v Ni-MHNi-MH電池的組成：電池的組成：v 正極活性物質(zhì)是正極活性物質(zhì)是氫氧化鎳氫氧化鎳v 負(fù)極是儲氫合金，經(jīng)常用負(fù)極是儲氫合金，經(jīng)常用MHxMHx表示，表示，v 電解液是氫氧化鉀的水溶液。電解

46、液通常用電解液是氫氧化鉀的水溶液。電解液通常用3030的的KOHKOH水溶水溶液，并加入少量的液，并加入少量的NiOHNiOHv 當(dāng)電池放電（向右）、充（向左）時(shí)，正負(fù)極發(fā)生化學(xué)反當(dāng)電池放電（向右）、充（向左）時(shí)，正負(fù)極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)為應(yīng)為v 充電時(shí)氫由正極遷移到負(fù)極，放電時(shí)則相反充電時(shí)氫由正極遷移到負(fù)極，放電時(shí)則相反v 沒有發(fā)生電解液的增加或減少沒有發(fā)生電解液的增加或減少2.4.4、動(dòng)力、動(dòng)力Ni-MH電池的電池的特性特性v充電電流在充電電流在10-30A10-30A，充電后，電池的內(nèi)壓，充電后，電池的內(nèi)壓0.15MPa0.15MPav壽命可達(dá)壽命可達(dá)10001000次循環(huán)，實(shí)際行駛可達(dá)次循環(huán)

47、，實(shí)際行駛可達(dá)1515萬萬kmkm。v 圖圖24 24 松下電池公司松下電池公司Ni-MHNi-MH電池的放電特電池的放電特2.4.5動(dòng)力動(dòng)力Ni-MH電池的性能指標(biāo)及應(yīng)用情況電池的性能指標(biāo)及應(yīng)用情況v動(dòng)力電池組多設(shè)計(jì)為動(dòng)力電池組多設(shè)計(jì)為12V/100Ah12V/100Ah，為了散熱和溫度，為了散熱和溫度能均勻分布，單體電池間設(shè)置有均勻空氣通道。能均勻分布，單體電池間設(shè)置有均勻空氣通道。裝車使用時(shí)，如用裝車使用時(shí)，如用2424個(gè)個(gè)串聯(lián)串聯(lián)。則電壓可達(dá)。則電壓可達(dá)288V288V，攜帶能量約為攜帶能量約為288KW288KWh h。2.4.6 Ni-MH電池的命名規(guī)則電池的命名規(guī)則v GBGBT

48、18332.2-2001T18332.2-2001對電動(dòng)車用對電動(dòng)車用Ni-MHNi-MH電池的規(guī)定：電池的規(guī)定：v 蓄電池應(yīng)由蓄電池應(yīng)由1010只只單體電池組成，單體電池采用單體電池組成，單體電池采用方形方形和和圓柱圓柱形兩種，分別用形兩種，分別用“10QNF10QNF”和和“10QNY10QNY”表示。表示。v 電池名稱中符號的含義如圖電池名稱中符號的含義如圖v 所額定容量所額定容量: :用用C C3 3表示，即在表示，即在202055條件下，以條件下，以3 3小時(shí)率小時(shí)率放電電流放電電流(I(I3 3= C= C3 3/3 A)/3 A)連續(xù)放電到蓄電池端電壓下降至連續(xù)放電到蓄電池端電壓

49、下降至10V10V蓄電池所輸出的電量。蓄電池所輸出的電量。第五節(jié)第五節(jié) 鋰離子鋰離子(Lithium-ion)電池電池一、鋰離子電池的種類一、鋰離子電池的種類v鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌嵌入與脫嵌鋰離子的化合物鋰離子的化合物作為正、負(fù)極構(gòu)成的二次電池。作為正、負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正、負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完人們將這種靠鋰離子在正、負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的鋰離子電池形象地稱為成電池充放電工作的鋰離子電池形象地稱為“搖搖椅式電池（椅式電池（rocking chair batteriesrocking chair batter

50、ies）”，俗稱，俗稱“鋰電鋰電”。v圖圖27 200527 2005年世界民用鋰離子電池市場占有比例年世界民用鋰離子電池市場占有比例鋰離子電池的種類：鋰離子電池的種類：v液態(tài)鋰離子電池液態(tài)鋰離子電池(lithium ion battery, (lithium ion battery, 簡稱為簡稱為LIB):LIB):電解質(zhì)為液體電解質(zhì)為液體v聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池(polymer lithium ionbattery, (polymer lithium ionbattery, 簡稱為簡稱為LIP):LIP):電解質(zhì)為聚合物電解質(zhì)為聚合物v液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正、液

51、態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正、負(fù)極材料相同，電池的工作原理也基本一致。主負(fù)極材料相同，電池的工作原理也基本一致。主要區(qū)別是使用的電解質(zhì)不同。要區(qū)別是使用的電解質(zhì)不同。液態(tài)鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)液態(tài)鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)v(1)(1)能量密度高能量密度高，為同等容量的鎳氫電池的，為同等容量的鎳氫電池的1.51.5倍；倍；v(2)(2)電壓高電壓高，端電壓，端電壓3.73.7，為，為i-i-電池電壓電池電壓的倍；的倍；v(3)(3)無污染，環(huán)保無污染，環(huán)保；v(4)(4)循環(huán)壽命長，壽命超過循環(huán)壽命長，壽命超過10001000次；次；v(5)(5)負(fù)載特性好，可以大電流連續(xù)放電，負(fù)載特性好，可以大電

52、流連續(xù)放電，適合于動(dòng)適合于動(dòng)力電源力電源；v(6)(6)安全性好。安全性好。聚合物鋰離子電池的主要優(yōu)點(diǎn)如下：聚合物鋰離子電池的主要優(yōu)點(diǎn)如下：v （1 1）具有液態(tài)鋰離子電池的優(yōu)良性能）具有液態(tài)鋰離子電池的優(yōu)良性能；v （2 2）容易裝配）容易裝配，可制成任意形狀和尺寸的電池；，可制成任意形狀和尺寸的電池；v （3 3）整體電池很輕、很?。┱w電池很輕、很薄，可制成厚度僅為，可制成厚度僅為lmmlmm的極薄電的極薄電池，一只池，一只12V12V的電池組可以只有的電池組可以只有3mm3mm厚；厚；v （4 4）不存在游離電解質(zhì)）不存在游離電解質(zhì)，可以在低壓下工作，消除了漏，可以在低壓下工作，消除了

53、漏液問題；液問題；v （5 5）電池結(jié)構(gòu)可大大簡化）電池結(jié)構(gòu)可大大簡化，不需要金屬外殼和高壓排氣，不需要金屬外殼和高壓排氣裝置，不會產(chǎn)生燃燒爆炸等安全問題；裝置，不會產(chǎn)生燃燒爆炸等安全問題；v （6 6）可以簡化甚至取消充電保護(hù)裝置；）可以簡化甚至取消充電保護(hù)裝置；v （7 7）電池的比容量較高；質(zhì)量比能量可比目前的液態(tài)鋰）電池的比容量較高；質(zhì)量比能量可比目前的液態(tài)鋰離子電池提高離子電池提高5050以上；以上；v （8 8）工作電壓高、充放電循環(huán)壽命長）工作電壓高、充放電循環(huán)壽命長v鋰離子電池的缺點(diǎn)鋰離子電池的缺點(diǎn)（1 1）成本高。）成本高。 因鈷因鈷CoCo材料的資源少，導(dǎo)致正極材料鈷酸鋰材

54、料的資源少，導(dǎo)致正極材料鈷酸鋰LiCoOLiCoO2 2的價(jià)的價(jià)格高，電解質(zhì)體系的提純較難。格高，電解質(zhì)體系的提純較難。（2 2）須有特殊的保護(hù)電路。）須有特殊的保護(hù)電路。 需設(shè)置對電池過充電和過放電的保護(hù)線路控制。必須需設(shè)置對電池過充電和過放電的保護(hù)線路控制。必須在（在（4.14.14.24.2）V V的電壓下充電；電池過放電會導(dǎo)致活性物的電壓下充電；電池過放電會導(dǎo)致活性物質(zhì)的恢復(fù)困難，也需要有保護(hù)線路控制。質(zhì)的恢復(fù)困難，也需要有保護(hù)線路控制。不足鋰離子電池的組成鋰離子電池的組成v 與鎳氫電池類似，鋰離子與鎳氫電池類似，鋰離子電池也有電池也有方形方形和和圓柱形圓柱形兩兩種種v(1). (1)

55、. 鋰離子電池的負(fù)極材料鋰離子電池的負(fù)極材料v碳材料碳材料: :具有具有高的比容量高的比容量( (200mAhg00mAhg)，低的電極電勢低的電極電勢(1.0)(95(95) )，長的循環(huán)壽命長的循環(huán)壽命。v 較為成功的碳負(fù)極材料有較為成功的碳負(fù)極材料有: :石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纖維、裂解聚合物和裂解碳等理論表達(dá)式為碳纖維、裂解聚合物和裂解碳等理論表達(dá)式為C C6 6LiLi，化學(xué)計(jì)，化學(xué)計(jì)量的理論比容量為量的理論比容量為372 mA372 mAh hg g。v(2). (2). 鋰離子電池正極材料鋰離子電池正極材料v 正極活性物質(zhì)的主要有正極活性物

56、質(zhì)的主要有LiCoOLiCoO2 2、LiNiOLiNiO2 2、LiMnOLiMnO2 2和和LiMnLiMn2 2O O4 4等。等。LiCoOLiCoO2 2屬于屬于-FeO-FeO2 2型結(jié)構(gòu)，可逆性、放電容量、充放電效率、型結(jié)構(gòu)，可逆性、放電容量、充放電效率、電壓的穩(wěn)定性等性能均很好。電壓的穩(wěn)定性等性能均很好。v 目前被廣泛采用或在其中再添加目前被廣泛采用或在其中再添加AlAl、InIn等元素的復(fù)合鈷酸鋰。等元素的復(fù)合鈷酸鋰。但是，鈷材料成本較高，資源缺乏。但是，鈷材料成本較高，資源缺乏。1 1、液態(tài)鋰離子電池、液態(tài)鋰離子電池v（3 3）電解質(zhì)）電解質(zhì)v鋰離子電池的液態(tài)電解質(zhì)，其溶劑

57、為無水有機(jī)物，鋰離子電池的液態(tài)電解質(zhì)，其溶劑為無水有機(jī)物，如如ECEC（乙烯碳酸脂）、（乙烯碳酸脂）、PC(PC(丙烯碳酸脂丙烯碳酸脂) )和和DEC(DEC(低低粘度二乙基碳酸脂粘度二乙基碳酸脂) )等烷基碳酸脂搭配的等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑混合溶劑體系。體系。v（4 4）隔膜：）隔膜：v采用采用聚烯微多孔膜聚烯微多孔膜如如PEPE、PPPP或它們復(fù)合膜，尤其或它們復(fù)合膜，尤其是是PP/PE/PPPP/PE/PP三層隔膜不僅熔點(diǎn)較低，而且具有較三層隔膜不僅熔點(diǎn)較低，而且具有較高的抗穿刺強(qiáng)度，起到了熱保險(xiǎn)作用。高的抗穿刺強(qiáng)度，起到了熱保險(xiǎn)作用。v（5 5）外殼：）外殼：v采用采用鋼或鋁鋼或鋁

58、材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。2. 聚合物鋰離子聚合物鋰離子電池電池 鋰離子聚合物電池（又稱高分子鋰電池）屬第二代可充鋰鋰離子聚合物電池（又稱高分子鋰電池）屬第二代可充鋰離子電池離子電池. .電解質(zhì)是將傳統(tǒng)的液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)吸附在一種電解質(zhì)是將傳統(tǒng)的液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)吸附在一種被稱作膠體電解質(zhì)的聚合物基質(zhì)上。被稱作膠體電解質(zhì)的聚合物基質(zhì)上。v 組成組成v 負(fù)極：負(fù)極：高分子導(dǎo)電材料高分子導(dǎo)電材料、聚乙炔、人造石墨、聚苯胺或、聚乙炔、人造石墨、聚苯胺或聚對苯酚等聚對苯酚等 v 正極：正極：LiCoOLiCoO2 2、i in n2 2O O和和iNiOiNiO2

59、2等。等。v 電解質(zhì)：電解質(zhì)：LiPFLiPF6 6/ /有機(jī)碳酸脂混合物有機(jī)碳酸脂混合物v 隔膜隔膜v1. 1. 鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理 在電池充電時(shí)，在電池充電時(shí)，LiLi+ +的一部分會從正極中脫出的一部分會從正極中脫出，經(jīng)過電，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負(fù)極碳的層間，形成層間化合物。電池放電時(shí)，解質(zhì)嵌入到負(fù)極碳的層間，形成層間化合物。電池放電時(shí)，則進(jìn)行與此相反的可逆過程，即則進(jìn)行與此相反的可逆過程，即LiLi+ +從負(fù)極脫出，從負(fù)極脫出，經(jīng)過電解經(jīng)過電解質(zhì)再嵌回正極。質(zhì)再嵌回正極。 反應(yīng)方程式：反應(yīng)方程式： （正極）（正極） （負(fù)極）（負(fù)極）+-22LiCoO = CoOLie

60、+-66CLiC Lie2.5.3鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的工作原理2.5.4 2.5.4 聚合物鋰離子電池的性能特點(diǎn)v工作電壓工作電壓3.8V3.8V，v質(zhì)量比能量為質(zhì)量比能量為150 W150 Wh/kgh/kg，v體積比能量為體積比能量為246 W246 Wh/Lh/L，v比功率為比功率為315W/kg315W/kg，v循環(huán)壽命大于循環(huán)壽命大于300300次，次，v自放電小于自放電小于0.1%/0.1%/月，月，v工作溫度為（工作溫度為（-25-256060），v充電速度充電速度1h1h達(dá)到達(dá)到80%80%容量，容量，3h3h達(dá)到達(dá)到100%100%容量。容量。性能指標(biāo) 2.5.5