鋰電池My數(shù)位學(xué)習課件

1、 鋰電池製程製作:4A317029 蘇棓源 4A317020 翁晨凱 第1頁，共16頁。目錄認識鋰電池早期研發(fā)鋰離子電池的原理鋰電池的生產(chǎn)要素各種鋰離子電池的優(yōu)劣第2頁，共16頁。認識鋰電池第3頁，共16頁。鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，因具有可攜性、可視需要組合、高能量密度以及無排放噪音與廢氣的優(yōu)點，所以在許多的領(lǐng)域受到普遍的應(yīng)用，從微小的手表電池到汽車電池都使用到鋰電池。由於鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應(yīng)用。隨著二十世紀末微電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的

2、設(shè)備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進入了大規(guī)模的實用階段。第4頁，共16頁。早期研發(fā)最早得以應(yīng)用於心臟起搏器中。鋰電池的自放電率極低，放電電壓平緩。使得起植入人體的搏器能夠長期運作而不用重新充電。二氧化錳電池，就廣泛用於計算機，計算器，數(shù)位相機、手錶中。為了開發(fā)出性能更優(yōu)異的品種，人們對各種材料進行了研究。從而製造出前所未有的產(chǎn)品。比如，鋰二氧化硫電池和鋰亞硫醯氯電池就非常有特點。它們的正極活性物質(zhì)同時也是電解液的溶劑。第5頁，共16頁。 1992年Sony成功開發(fā)鋰離子電池。它的實用化，使人們的行動電話、筆記本電腦等攜帶型電子設(shè)備重量和體積大大減小。使用時間大大延長。由於鋰離子

3、電池中不含有重金屬鎘，與鎳鎘電池相比，大大減少了對環(huán)境的污染。第6頁，共16頁。鋰離子電池的原理 構(gòu)成鋰電池的四個主要部分為：電極（正極與負極）電解液隔離膜及罐體第7頁，共16頁。電解液（electrolyte）：在陰陽極發(fā)生了氧化還原反應(yīng)後，電子透過外部線路傳遞而產(chǎn)生電流，在內(nèi)部帶電離子則是透過電解液electrolyte在陰陽極之間傳遞。隔離膜（separation film）：隔離膜是放置於兩極之間，作為隔離電極的裝置，藉以避免兩極上的活性物質(zhì)直接接觸而造成電池內(nèi)部的短路。但隔離膜仍需能讓帶電離子通過，以形成通路。第8頁，共16頁。罐體（shell）：電池的外殼，主要用以保護內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所

4、以需要有良好的機械結(jié)構(gòu)、耐熱、耐震動及耐腐蝕等性能，常見的罐體造型有圓筒型、方型、鈕扣型等，罐體材料則以鋁罐及鋼罐為主，其中又以鋁罐為最佳選擇。電極(electrode)：電極是由活性物質(zhì)與導(dǎo)電極板所構(gòu)成，所謂活性物質(zhì)是指在導(dǎo)電極板上可進行氧化還原的物質(zhì)。電池的電極是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的所在，而依其所發(fā)生的氧化或還原反應(yīng)又有負極（）與正極（）之分。 第9頁，共16頁。鋰電池的生產(chǎn)要素技術(shù)要求：鋰離子電池的技術(shù)困難度遠高於其他電池，其專業(yè)及技術(shù)領(lǐng)域包括材料配方的技術(shù)：主要是開發(fā)高性能且低成本的正、負極材料等，並達到配方的最佳化條件。開發(fā)設(shè)計的技術(shù):有研發(fā)各種電池規(guī)格的能力。極板製程的技術(shù):提昇電

5、池良率及降低生產(chǎn)成本的主要技術(shù)。第10頁，共16頁。電池封裝的技術(shù):影響電池性能及安全性的主要因素?；罨瘻y試的技術(shù):新電池的活化使電池的品質(zhì)達到最佳化，完成後的經(jīng)測試流程再將電池分級。安全儲存的技術(shù)：存放處所的環(huán)境要求及設(shè)計，關(guān)係到保存年限及安全問題。第11頁，共16頁。五. 各種鋰離子電池的優(yōu)劣正極材料的選擇決定了電池的容量、安全性和老化特性。其中鈷特別提供了極佳的容量和老化特性，但與其他的材料相比，鈷的安全性就差了些。第12頁，共16頁。鋰鎳鈷電池鋰鎳鈷電池是鋰鎳電池和鋰鈷電池的固溶體（綜合體），兼具鋰鎳和鋰鈷的優(yōu)點，一度被產(chǎn)業(yè)界認為是最有可能取代鋰鈷電池的新正極材料，但鈷正極電池在放電的

6、過程中往往會形金屬鋰。因為金屬鋰具有易燃的特性，如果安全措施失效時，金屬鋰往往引發(fā)燃燒，所以安全性還是無法有更大突破。因此，全球相關(guān)業(yè)者的主要發(fā)展集中在基於錳或磷酸鐵的正極：LiNiO2（鋰鎳電池）、LiNi0.8Co0.2O2（鋰鎳鈷電池）、LiMn2O4（鋰錳電池）、（鋰鎳鈷錳電池）和LFP（磷酸鋰鐵電池）以提昇其安全性，但提高安全性的代價是電池容量略有下降，且使電池的老化速度加快。第13頁，共16頁。鋰錳電池鋰錳電池的成本低且安全性比鋰鈷好很多，但循環(huán)壽命欠佳，且高溫環(huán)境的循環(huán)壽命更差，高溫時甚至會出現(xiàn)錳離子溶出的現(xiàn)象，高溫造成自放電嚴重，以致儲能特性差。鋰鎳電池鋰鎳電池的成本較低且電容量較高，不過，製作過程困難且材料性能的一致性和再現(xiàn)性差，最嚴重的是依然有安全性問題。第14頁，共16頁。磷酸鋰鐵電池磷酸鋰鐵電池則同時擁有鋰鈷、鋰鎳和鋰錳的主要優(yōu)點，但不含鈷等貴重元素，原料價格低且磷、鋰、鐵存在於地球的資源含量豐富，不會有供料問題，而且，工作電壓適中（3.2V）、電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高，是目前產(chǎn)業(yè)界認為較符合環(huán)保、安全和高性能要求要求的鋰離子電池。不過，磷酸鋰鐵LFP電池的正極材料一直有專利問題存在，目前主要的3種技術(shù)和化合物分別由全球3家業(yè)者掌握，包括源