鋰離子電池簡(jiǎn)介課件

鋰電池簡(jiǎn)介電池電池是一種利用電化學(xué)的氧化-還原反應(yīng)，進(jìn)行化學(xué)能------電能之間轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能裝置。電池二次電池鋅錳干電池紐扣電池鋰原電池鉛酸電池鎳氫電池鋰離子電池電池一次電池干電池負(fù)極：Zn–2e-=Zn2+（負(fù)極）（正極）正極：2NH4++2e-=2NH3+H2總反應(yīng)：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2其他干電池：堿性鋅-錳干電池、銀-鋅紐扣電池等優(yōu)點(diǎn)：攜帶方便缺點(diǎn)：電量小，污染大鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2

和

H2O等認(rèn)識(shí)各種電池蓄電池（1）鉛蓄電池正極材料是PbO2，負(fù)極材料是海綿狀的金屬鉛，兩極浸在H2SO4溶液鉛蓄電池電器小型化多功能化發(fā)展

體積小、性能好的堿性鋅－錳電池應(yīng)運(yùn)而生。這類(lèi)電池的重要特征是電解液由原來(lái)的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性，負(fù)極也由鋅片改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增長(zhǎng)，使放電電流大幅度提高。ks5u精品課件新型燃料電池

燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷從外界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池ks5u精品課件氫氧燃料電池Pt電極H2O2KOH鋰離子電池鋰電池技術(shù)背景定義：鋰電池的全稱(chēng)應(yīng)該叫鋰離子電池（簡(jiǎn)稱(chēng)LIB），在20世紀(jì)90年代初索尼公司將鋰電池產(chǎn)業(yè)化。它以碳為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極；在充放電過(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池名稱(chēng)的由來(lái)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

鋰離子電池由正極、負(fù)極、電解液和隔膜等組成。正極：由含鋰的過(guò)渡金屬氧化物組成，常用的材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰。負(fù)極：石墨、石墨化碳材料、改性石墨、石墨化中間相碳微粒電解液：一種有機(jī)電解液，大部分是由六氟磷酸鋰（LiFL6）加上有機(jī)溶劑配成。（六氟磷酸鋰由五氯化磷和溶解在無(wú)水氟化氫中的氟化鋰反應(yīng)結(jié)晶而成）

隔膜：一種特殊的復(fù)合膜，它的功能是隔離正負(fù)極，阻止電子穿過(guò)，同時(shí)能夠允許鋰離子通過(guò)，從而完成在電化學(xué)充放電過(guò)程中鋰離子在正負(fù)極之間的快速傳輸。目前主要是聚乙烯（PE）或者聚丙烯（PP）微孔膜。工作原理：

當(dāng)外部電源給電池充電,此時(shí)正極上的電子e從通過(guò)外部電路跑到負(fù)極上,鋰離子Li+從正極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。當(dāng)電池放電時(shí)，機(jī)理與充電是剛好是相反的，以L(fǎng)iFePO4為例，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：鋰電池分類(lèi)：聚合物鋰電池和鋰離子電池主要區(qū)別在電解質(zhì)，鋰離子電池的電解質(zhì)是液態(tài)的，聚合物電池的電解質(zhì)是膠體型、或者固態(tài)聚合物。聚合物鋰電池的反應(yīng)原理和鋰離子電池一樣，一般以軟包的形式，形狀可塑性強(qiáng)；鋰離子電池一般做成圓柱形或者方形。從安全角度來(lái)講，聚合物鋰電池比鋰離子電池更安全?！袷謾C(jī)●數(shù)碼相機(jī)●對(duì)講機(jī)●筆記本電腦●電動(dòng)釣魚(yú)桿●微型打印機(jī)●礦燈●移動(dòng)DVD鋰離子電池應(yīng)用1鋰離子電池應(yīng)用2普通鋅錳電池堿性電池

鎳鎘電池鋰離子電池鎳氫電池

為什么是它？鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)1、高能量密度：100Wh/Kg以上，為鎳鎘電池的三倍，鎳氫電池的兩倍；2、電壓平臺(tái)高：3.6V，鎳基電池為1.2V；3、低溫下工作優(yōu)：在-20～60℃的溫度范圍內(nèi)工作，低溫下的工作優(yōu)于其它電池；4、無(wú)記憶效應(yīng)，低維護(hù)性：無(wú)需定期放電，最理想的保存方式，就是在40%充電后冷藏保存，可以保存達(dá)十年之久；5、低自放電率：約6％/月；6、長(zhǎng)循環(huán)壽命(＞1000次，100％DOD)；7、環(huán)保：無(wú)重金屬，無(wú)污染。鋰離子電池的缺點(diǎn)1、安全性能問(wèn)題：需復(fù)雜的保護(hù)線(xiàn)路；2、放電倍率低：1C~2C；3、易于老化：存儲(chǔ)的鋰離子電池照樣會(huì)容量衰竭；4、價(jià)格昂貴鋰離子電池發(fā)展方向：發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)用大容量鋰離子電池發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池的社會(huì)意義：減少對(duì)石油的依賴(lài)程度；減少CO2的排放量，減緩全球溫室效應(yīng)；優(yōu)良的電池性能有助于改善汽車(chē)的整體性能；減少對(duì)石油的依賴(lài)程度中國(guó)石油總需求供需缺口中國(guó)原油需求和消費(fèi)圖數(shù)據(jù)表明，以目前的開(kāi)采速度計(jì)算，全球石油儲(chǔ)量可供生產(chǎn)40年，煤炭可用160年，對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)多煤少油的國(guó)家而言，發(fā)展鋰電池新能源應(yīng)用勢(shì)在必行。我國(guó)石油對(duì)外依存度已到達(dá)53%。目前，我國(guó)原油消費(fèi)60％用于交通用油，所以如何降低交通用油量，減少對(duì)原油進(jìn)口的依賴(lài)程度有重要的意義。減少CO2的排放量中國(guó)目前面臨著越來(lái)越大的碳減排壓力。從OICA的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，汽車(chē)尾氣排放已占據(jù)CO2排放總量的16％，因此，推廣使用清潔能源汽車(chē)，是勢(shì)在必行的一項(xiàng)重大舉措。汽車(chē)占CO2排放量的16％發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力電池的經(jīng)濟(jì)意義：電池是目前新能源汽車(chē)技術(shù)和成本上最大的瓶頸，同時(shí)也是新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈中利潤(rùn)最豐厚的一環(huán)，而且豐厚利潤(rùn)將長(zhǎng)期維持；動(dòng)力電池行業(yè)從無(wú)到有，市場(chǎng)容量從目前的十幾億到2018年的約325億，未來(lái)幾年是十幾倍的增長(zhǎng)，巨大的增長(zhǎng)空間將使整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)芤?。電?dòng)汽車(chē)將帶動(dòng)與產(chǎn)業(yè)配套的相關(guān)設(shè)備產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，如充電站，充電適配器，大功率充電設(shè)備連接器等。汽車(chē)用動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)分析（一）目前全球鋰電池主要滿(mǎn)足手機(jī)，筆記本電腦，PDA等電子產(chǎn)品需求，市場(chǎng)規(guī)模為50億美元。未來(lái)5年、10年左右，電動(dòng)汽車(chē)將推動(dòng)鋰電池市場(chǎng)規(guī)模達(dá)約110、

550億美元規(guī)模。全球鋰電池市場(chǎng)規(guī)模（億美元）預(yù)測(cè)

From：IIT中信建設(shè)研發(fā)部2023/2/6國(guó)內(nèi)已經(jīng)有完整的鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈，比亞迪、比克等已居全球鋰電池行業(yè)前列，且在動(dòng)力電池關(guān)鍵的電池組成領(lǐng)域并不落后國(guó)外廠(chǎng)商（比亞迪全球第一個(gè)推出商用插電式混合動(dòng)力汽車(chē)F3DM，天津力神將與邁爾斯合作生產(chǎn)動(dòng)力電池），產(chǎn)業(yè)整體的規(guī)模和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力并不明顯落后于國(guó)外。動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車(chē)目前面臨的最大挑戰(zhàn)是降低成本，中國(guó)企業(yè)在降低電池制造成本中能發(fā)揮比日、美企業(yè)更大的作用。中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上與國(guó)外差距大，資產(chǎn)沉淀少，政府和企業(yè)有更大動(dòng)力推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。汽車(chē)用動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)分析（二）2023/2/6全球鋰電池的產(chǎn)值增長(zhǎng)趨勢(shì)From：IIT報(bào)告上述數(shù)據(jù)表明，在2003年－2018年鋰電池產(chǎn)業(yè)將保持較好的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，到2018年鋰電池產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將達(dá)到320億美元。鋰電池市場(chǎng)未來(lái)的增長(zhǎng)主要來(lái)源于電動(dòng)汽車(chē)等動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域、筆記本電腦等小型鋰電領(lǐng)域?qū)︿囯姵匦枨蟮目焖僭鲩L(zhǎng)，其中2018年電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的鋰電池產(chǎn)值將占50％以上，超過(guò)160億美元。全球動(dòng)力鋰電池的總?cè)萘啃枨笤鲩L(zhǎng)趨勢(shì)From：IIT報(bào)告2010－2013年全球動(dòng)力鋰電池汽車(chē)對(duì)鋰電池的總?cè)萘啃枨蟮膹?fù)合增長(zhǎng)率為116％，2013－2018年的復(fù)合增長(zhǎng)率將保持在26％，2009年小型鋰電的總?cè)萘啃枨蠹s為48億Wh，預(yù)計(jì)2018年動(dòng)力鋰電池的總?cè)萘啃枨髮⑦_(dá)到350億Wh，增長(zhǎng)約6.3倍。2023/2/6全球主要鋰離子電池企業(yè)的投產(chǎn)和生產(chǎn)計(jì)劃From:申萬(wàn)研究2009、05目前國(guó)內(nèi)鋰電池生產(chǎn)結(jié)構(gòu)分析隨著國(guó)內(nèi)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善，以及應(yīng)用市場(chǎng)需求的逐步擴(kuò)大，鋰電池市場(chǎng)將呈現(xiàn)持續(xù)性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，加上中國(guó)作為一個(gè)低廉的勞動(dòng)成本和豐富的原材料資源大國(guó)，鋰電池市場(chǎng)格局將不再被日韓廠(chǎng)商所主導(dǎo)。鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈：

在上游原材料中，正極材料是鋰電池中最為關(guān)鍵的原材料，直接決定了電池的安全性能和電池能否大型化，同時(shí)也是鋰電池成本占比最高的材料，約占鋰電池電芯材料成本的1/3左右。正極材料——磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰（LiFePO4，簡(jiǎn)稱(chēng)LFP，也叫鋰鐵磷）電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，其工作原理和鋰離子電池是一樣的。LiFePO4正確的化學(xué)式為L(zhǎng)iMPO4，（M可以是任何金屬，如

Fe，Co，Mn，Ti等）。其物理結(jié)構(gòu)為橄欖石結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)來(lái)看，可以用在鋰離子電池的正極材料還有AyMPO4,Li1-xMFePO4,LiFePO4.MO等都可以做正極材料。其特色是不含貴重元素，原料價(jià)格低且磷，鐵，鋰在地球上的資源含量豐富，供料不會(huì)存在很大問(wèn)題。除具有鋰電池的共性特點(diǎn)外，還有一些特有的優(yōu)點(diǎn)，比如其工作電壓適中（3.2V），容量大(170mAh/g)，高放電功率，可快速充電且循環(huán)壽命長(zhǎng)（高達(dá)2000次），在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。`2023/2/6磷酸鐵鋰工作原理圖宏觀(guān)圖微觀(guān)結(jié)構(gòu)圖LiFePO4電池在充電時(shí)，正極中的鋰離子Li+通過(guò)聚合物隔膜向負(fù)極遷移；在放電過(guò)程中，負(fù)極中的鋰離子Li+通過(guò)隔膜向正極遷移。磷酸鐵鋰的特點(diǎn)分析（一）:優(yōu)點(diǎn)LiFePO4電池的標(biāo)稱(chēng)電壓是3.2V（穩(wěn)定的放電平臺(tái)）、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V;比容量大，高效率輸出：標(biāo)準(zhǔn)放電為2～5C、連續(xù)高電流放電可達(dá)10C，瞬間脈沖放電（10S）可達(dá)20C；3.工作溫度范圍寬廣（-20℃——＋75℃

），高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全、完好；4.即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；5.極好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；實(shí)驗(yàn)室制備的磷酸鐵鋰單體電池在進(jìn)行IC的循環(huán)測(cè)試時(shí)，循環(huán)壽命高達(dá)2000次。磷酸鐵鋰的特點(diǎn)分析（二）:優(yōu)點(diǎn)6.過(guò)放電到零伏也無(wú)損壞，零電壓存放7天后電池?zé)o泄漏，性能良好，容量為100%；存放30天后，無(wú)泄漏、性能良好，容量為98%；存放30天后的電池再做3次充放電循環(huán)，容量又恢復(fù)到100%。7.可快速充電，自放電少，無(wú)記憶效應(yīng)：可大電流2C快速充放電，在專(zhuān)用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿(mǎn)，起動(dòng)電流可達(dá)2C,；8.低成本；9.對(duì)環(huán)境無(wú)污染。2023/2/6LFP電池放電曲線(xiàn)以STL18650為例，在不同放電倍率和不同溫度下放電曲線(xiàn)。高效率輸出工作溫度范圍廣2023/2/6磷酸鐵鋰的特點(diǎn)分析（三）:缺點(diǎn)導(dǎo)電性差：目前在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)在前驅(qū)體添加有機(jī)碳源和高價(jià)金屬離子聯(lián)合摻雜的辦法來(lái)改善材料的導(dǎo)電性（A123、煙臺(tái)卓能正采用這種方法），研究表明，磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率提高了7個(gè)數(shù)量級(jí)，使磷酸鐵鋰具備了和鈷酸鋰相近的電導(dǎo)特性。2.鋰離子擴(kuò)散速度慢。目前采取的解決方案主要有納米化LiFePO4晶粒，從而減少鋰離子在晶粒中的擴(kuò)散距離，再者就是摻雜改善鋰離子的擴(kuò)散通道，后一種方法看起來(lái)效果并不明顯。納米化已經(jīng)有較多的研究，但是難以應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，目前只有A123宣稱(chēng)掌握了LiFePO4的納米化產(chǎn)業(yè)技術(shù)。2023/2/6磷酸鐵鋰的特點(diǎn)分析（四）:缺點(diǎn)3.振實(shí)密度較低。一般只能達(dá)到0.8-1.3，低的振實(shí)密度可以說(shuō)是磷酸鐵鋰的最大缺點(diǎn)。但這一缺點(diǎn)在動(dòng)力電池方面不會(huì)突出。因此，磷酸鐵鋰主要是用來(lái)制作動(dòng)力電池。4.磷酸鐵鋰電池低溫性能差。在0℃時(shí)的容量保持率約60～70％，-10℃時(shí)為40～55％，-20℃時(shí)為20～40％。這樣的低溫性能顯然不能滿(mǎn)足動(dòng)力電源的使用要求。當(dāng)前一些廠(chǎng)家通過(guò)改進(jìn)電解液體系、改進(jìn)正極配方、改進(jìn)材料性能和改善電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等使磷酸鐵鋰的低溫性能有所提升。2023/2/6正極材料——磷酸鐵鋰與錳酸鋰的電性能比較

生產(chǎn)鋰離子動(dòng)力電池必然要對(duì)正極材料進(jìn)行選擇。雖然從理論上講，可以提供選擇的正極材料品種繁多，但是目前真正可以應(yīng)用商業(yè)生產(chǎn)用途的鋰離子正極材料很少，歸納下來(lái)只有磷酸鐵鋰、錳酸鋰材料。下面我們對(duì)兩種材料進(jìn)行一下對(duì)比：2023/2/6

通過(guò)以上比較，兩種正極材料各自存在的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，但磷酸鐵鋰的原物料來(lái)源更廣泛，價(jià)格更低廉，最重要的一點(diǎn)是它無(wú)環(huán)境污染。并且它存在的一些缺點(diǎn)現(xiàn)在已經(jīng)有廠(chǎng)家通過(guò)技術(shù)手段已經(jīng)大部分改進(jìn)了，并且已經(jīng)能夠很好地商業(yè)化運(yùn)作了。2023/2/6

正極材料的工藝極大地影響了電池的性能，因此提高和改良工藝是電池產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)重要的因素。下面我們來(lái)了解幾種工藝法，比較一下各自的優(yōu)缺點(diǎn)：1.高溫固相法

高溫固相法是磷酸鐵鋰生產(chǎn)的主要方法，也是最成熟的方法。通常以鐵鹽(如草酸亞鐵FeC2O4·2H2O)、磷酸鹽(如磷酸氫二銨(NH4)2HPO4)和鋰鹽(如碳酸鋰Li2CO3)為原料，按化學(xué)計(jì)量比充分混勻后，在惰性氣氛中先經(jīng)過(guò)較低溫預(yù)分解，再經(jīng)高溫焙燒，研磨粉碎制成。優(yōu)點(diǎn)：高溫固相合成法操作及工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)易于控制，制備的材料性能穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn)：①粉體原料需要長(zhǎng)時(shí)問(wèn)的研磨混合，且混合均勻程度有限，摻雜改性效果差；②要求較高的熱處理溫度和較長(zhǎng)的熱處理時(shí)間，能耗大；③產(chǎn)物在組成、結(jié)構(gòu)、粒度分布等方面存在較大差別，易出現(xiàn)Fe的雜質(zhì)相；④材料電化學(xué)性能不易控制；⑤采用的草酸亞鐵比較貴，材料制造成本較高；反應(yīng)時(shí)需要大量的惰性保護(hù)氣體，惰性氣體成本較高；⑥同時(shí)燒結(jié)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氨氣、水、二氧化碳，他們?cè)跔t膛內(nèi)經(jīng)過(guò)冷卻的過(guò)程時(shí)會(huì)產(chǎn)生碳酸氫銨晶體顆粒而造成產(chǎn)品的污染。此外，氨氣的產(chǎn)生不利于環(huán)保，應(yīng)進(jìn)一步增加尾氣處理設(shè)備。正極材料磷酸鐵鋰的生產(chǎn)工藝（一）2023/2/62.碳熱還原法碳熱還原法也是高溫固相法中的一種，是比較容易工業(yè)化的合成方法，多數(shù)以磷酸二氫鋰(LiH2PO4)、三氧化二鐵(Fe2O3)或四氧化三鐵、蔗糖為原料，均勻混合后，在高溫和氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒，碳將三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵，也就是通過(guò)碳熱還原法合成磷酸鐵鋰。優(yōu)點(diǎn)：解決了在原料混合加工過(guò)程中可能引發(fā)的氧化反應(yīng)，使合成過(guò)程更為合理，同時(shí)改善了材料的導(dǎo)電性。缺點(diǎn)：反應(yīng)時(shí)間相對(duì)過(guò)長(zhǎng)，溫度難以控制，產(chǎn)物一致性要求的控制條件更為苛刻，難以適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)。3.水熱合成法水熱合成法屬于濕法范疇，它是以可溶性亞鐵鹽、鋰鹽和磷酸為原料，在水熱條件下直接合成LiFePO4

，由于氧氣在水熱體系中的溶解度很小，水熱體系LiFePO4

的合成提供了優(yōu)良的惰性環(huán)境。優(yōu)點(diǎn)：水熱法可以在液相中制備超微細(xì)顆粒，原料可以在分子級(jí)混合。具有物相均勻、粉體粒徑小以及操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，且具有易量產(chǎn)、產(chǎn)品批量穩(wěn)定性好、原料價(jià)廉易得的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中不需要惰性氣氛。缺點(diǎn)：水熱合成法制備的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中常常存在著鐵的錯(cuò)位，生成了亞穩(wěn)態(tài)FePO4

，影響了產(chǎn)物的化學(xué)及電化學(xué)性能。同時(shí)也存在粒徑不均勻、物相不純凈、設(shè)備投資大(耐高溫高壓反應(yīng)器的設(shè)計(jì)制造難度大，造價(jià)也高)或工藝較復(fù)雜的缺點(diǎn)。正極材料的生產(chǎn)工藝（二）正極材料的生產(chǎn)工藝（三）

總結(jié)：另外，溶膠—凝膠合成法、液相共沉淀法、微波合成法等也應(yīng)用在制備LFP原材料上。這些工藝都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但目前通過(guò)改良工藝后，應(yīng)用比較廣泛的還是前3種，美國(guó)的A123和加拿大的Phostech公司采用固相法，美國(guó)的Valence公司采用碳熱還原法，LG化學(xué)利用連續(xù)水熱合成法。在材料制備過(guò)程中，導(dǎo)電碳包覆是LiFePO4制備過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。A123通過(guò)在箔體表面預(yù)先涂敷一層高品質(zhì)導(dǎo)電碳層，有效的降低了電池的內(nèi)阻，提升了磷酸鐵鋰電池的大倍率放電能力。磷酸鐵鋰生產(chǎn)的工藝流程儲(chǔ)料混合/球磨檢驗(yàn)入庫(kù)燒結(jié)品處理中間體燒結(jié)中間體處理預(yù)燒結(jié)2023/2/6鋰電池原材料—隔膜一：基本介紹隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜通俗點(diǎn)的描述就是一層多孔的塑料膜，是鋰電材料中技術(shù)壁壘最高的一種高附加值材料，約占鋰電池成本的20%-30%，毛利率可高達(dá)60％－70％。隔膜價(jià)格居高不下的主要原因是一些制作隔膜的關(guān)鍵技術(shù)被日本和美國(guó)所壟斷，國(guó)產(chǎn)隔膜特別是高端隔膜的指標(biāo)還未達(dá)到國(guó)外產(chǎn)品的水平。隔膜技術(shù)難點(diǎn)在于造孔的工程技術(shù)以及基體材料。其中造孔的工程技術(shù)包括隔膜造孔工藝、生產(chǎn)設(shè)備以及產(chǎn)品穩(wěn)定性?；w材料包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。2023/2/6二：隔膜生產(chǎn)工藝介紹三：基體材料隔膜所采用基體材料對(duì)隔膜力學(xué)性能以及與電解液的浸潤(rùn)度有直接的聯(lián)系。世界前三大隔膜生產(chǎn)商日本Asahi(旭化成)、美國(guó)Celgard、

Tonen(東燃化學(xué))都有很強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力。Tonen(東燃化學(xué))和美孚化工合作后，采用美孚化工研發(fā)的高熔點(diǎn)聚乙烯材料后，Tonen推出熔點(diǎn)高達(dá)170℃的濕法PE鋰電池隔膜。采用特殊處理的基體材料，可以極大的提高隔膜的性能，從而滿(mǎn)足鋰電池一些特殊的用途。國(guó)內(nèi)鋰電池廠(chǎng)家所采用的基體材料90％都是通過(guò)外購(gòu)，自身研發(fā)實(shí)力不強(qiáng)。目前，隔膜的市場(chǎng)價(jià)格一般在100萬(wàn)元/噸左右。2023/2/6四：國(guó)內(nèi)外隔膜主要生產(chǎn)企業(yè)市場(chǎng)狀況2023/2/6鋰電池原材料—電解液一：電解液材料組成使用碳酸酯作為溶劑時(shí)，因?yàn)殚W點(diǎn)較低，在較低的溫度下即會(huì)閃燃，安全性較差。氟代溶劑（包括氟代酯和氟代醚）具有較高的閃點(diǎn)甚至無(wú)閃點(diǎn)，有利于抑制電解液的燃燒。氟代劑對(duì)電池性能損害較小，抑制電解液燃燒效果明顯，但氟化物的使用將大大增加鋰離子電池的生產(chǎn)成本。目前商用鋰離子電池以EC2DMC為溶劑，以L(fǎng)iPF6為鋰鹽，具有較高的離子導(dǎo)電率與較好的電化學(xué)穩(wěn)定性。2023/2/6電解液約占鋰電池成本12％，毛利率約40％，是鋰電產(chǎn)業(yè)鏈中盈利能力較強(qiáng)的環(huán)節(jié)之一。目前全國(guó)產(chǎn)能約1.8萬(wàn)噸，供需基本平衡。目前國(guó)內(nèi)電池生產(chǎn)商電解液配套已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，只有少部分使用進(jìn)口電解液。二：電解液國(guó)內(nèi)市場(chǎng)狀況國(guó)內(nèi)鋰離子電解液生產(chǎn)企業(yè)From：申萬(wàn)研究2009面向高端市場(chǎng)2023/2/6核心原材料LiPF6有待突破。電解液主要原材料為L(zhǎng)iPF6，占電解液成本的50％左右，售價(jià)超過(guò)30萬(wàn)元/噸，毛利率約60％。由于生產(chǎn)技術(shù)難度非常高，目前被關(guān)東電化學(xué)工業(yè)、SUTERAKEMIFA、森田化學(xué)等幾家日本企業(yè)壟斷。森田化學(xué)在江蘇揚(yáng)子江化工園有年產(chǎn)600噸的生產(chǎn)線(xiàn)，其中300多噸供給森田。國(guó)內(nèi)電解液生產(chǎn)廠(chǎng)家所用LiPF6基本都從日本企業(yè)采購(gòu)，只有天津金牛擁有80噸產(chǎn)能，全部自用。三：電解液核心原材料LiPF6主要生產(chǎn)企業(yè)2023/2/6抽真空封裝后成為單體電池卷好的負(fù)正負(fù)極片電解液正極片隔膜負(fù)極片正極材料鋁箔負(fù)極材料銅箔涂覆涂覆卷繞放入電池外外殼里注入電池外外殼里鋰電芯（cell）生產(chǎn)流程圖配料烘烤焊接自動(dòng)裝配連續(xù)軋片涂布裁切鋁塑配組續(xù)充分容包裝注液預(yù)充化成鋰電池模組生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖2023/2/6鋰電池生產(chǎn)設(shè)備XTB9-321A型間隙式涂布機(jī)LDHY500-N55連軋生產(chǎn)線(xiàn)M12-500-2-DZ型涂布機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)式抽氣封邊機(jī)2023/2/6XKX7-110B型隔離式真空烤箱手套箱及氣體凈化系統(tǒng)鋰電池生產(chǎn)設(shè)備G45-100-2C-DZ型真空攪拌機(jī)2023/2/6目前存在問(wèn)題及現(xiàn)狀：當(dāng)前動(dòng)力鋰電池電源系統(tǒng)發(fā)展的主要問(wèn)題是：動(dòng)力電池成組后安全性和使用壽命顯著下降，甚至頻繁發(fā)生電池燃燒、爆炸等嚴(yán)重事故。造成上述問(wèn)題的主要原因是動(dòng)力鋰電池成組技術(shù)、成組應(yīng)用技術(shù)和設(shè)備研究滯后；實(shí)現(xiàn)動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)集成，為用戶(hù)提供動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)集成技術(shù)和產(chǎn)品，是解決當(dāng)前面臨的問(wèn)題，推動(dòng)動(dòng)力鋰電池發(fā)展的重要課題。

目前，單體動(dòng)力鋰電池已經(jīng)基本具備推廣應(yīng)用條件，但現(xiàn)有的成組技術(shù)、成組應(yīng)用技術(shù)和設(shè)備水平還不成熟。也就是說(shuō)，單體動(dòng)力鋰電池基本解決了安全和壽命問(wèn)題，推動(dòng)動(dòng)力鋰電池發(fā)展的關(guān)鍵是電池成組技術(shù)和BMS技術(shù)。電源管理系統(tǒng)存在的必要性和重要性：過(guò)充過(guò)放對(duì)電池的損害都是致命的，不同之處僅在于過(guò)充產(chǎn)生大量氣體、易自燃和爆炸、表象劇烈，過(guò)放外觀(guān)變化和緩、但失效速度卻極快，在正常使用中都應(yīng)嚴(yán)格避免出現(xiàn)。對(duì)于單體電池而言，在充放電的過(guò)程中，如果過(guò)充或者過(guò)放電都會(huì)造成電池內(nèi)阻增大，負(fù)極析鋰，容量減小等一系列問(wèn)題，使電池在使用過(guò)程中存在安全和壽命縮短的問(wèn)題。對(duì)于電池組而言，在成組之前就需要單體電池的電性能基本一致，在使用過(guò)程中也需要保持各個(gè)單體電池的性能一致性，這樣電池才能盡量發(fā)揮1＋1>1的效果。動(dòng)力電池電源管理系統(tǒng)2023/2/6動(dòng)力電池電源管理系統(tǒng)電源管理系統(tǒng)的構(gòu)造：電池管理系統(tǒng)是對(duì)電池的性能和狀態(tài)了解最為全面的設(shè)備，所以將電池管理系統(tǒng)和充電機(jī)之間建立聯(lián)系，就能使充電機(jī)實(shí)時(shí)地了解電池的信息，從而更有效地解決電池的充電時(shí)產(chǎn)生一些的問(wèn)題。目前電池管理系統(tǒng)都是基于單體電池的電壓、電流、溫度等SOC狀態(tài)的。電池管理系統(tǒng)對(duì)電池組的使用過(guò)程進(jìn)行管理，對(duì)電池組中各單體電池的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，可以在一定程度上維系電池組中各單體電池的狀態(tài)一致性，避免電池狀態(tài)差異造成電池組性能的加速衰退。動(dòng)力鋰電池發(fā)展需要電池生產(chǎn)工藝控制水平的提高，科學(xué)的電池篩選和配組方法及有效的電池管理系統(tǒng)共同推動(dòng)。

BSMS不僅可實(shí)時(shí)跟蹤采集數(shù)據(jù)記錄，更能對(duì)充放電進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

BSMS基本結(jié)構(gòu)

磷酸鐵鋰電池鋰離子脫嵌與充電曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)關(guān)系

磷酸鐵鋰電池在快充滿(mǎn)電時(shí)，鋰離子幾乎完全從正極脫嵌到負(fù)極，電池端電壓會(huì)快速上升，出現(xiàn)充電曲線(xiàn)的上翹現(xiàn)象，這樣會(huì)導(dǎo)致電池很容易達(dá)到過(guò)充電保護(hù)電壓。因此磷酸鐵鋰電池組中某些電池充不滿(mǎn)電的現(xiàn)象會(huì)很明顯。這個(gè)就需要電池管理系統(tǒng)的檢測(cè)精度提高，這樣可以很敏感地探測(cè)電壓，可以極好的防止過(guò)充。2023/2/6動(dòng)力電池電源管理系統(tǒng)電源管理系統(tǒng)功能監(jiān)測(cè)功能：

監(jiān)測(cè)功能是電源管理系統(tǒng)功能最基本的功能，其為管理功能提高可靠的數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括電池的端電壓，電流，溫度等參數(shù)。保護(hù)功能：

保護(hù)功能包括過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、短路保護(hù)、反接保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、溫度保護(hù)等。計(jì)量功能：

計(jì)量功能是對(duì)電池在使用過(guò)程中的SOC狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)報(bào)告，從理論上來(lái)講，電池的電壓和容量存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)在使用過(guò)程中的SOC數(shù)據(jù)和理論的SOC數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)比，判斷電池的壽命?？刂乒δ埽和ㄟ^(guò)接口和通訊協(xié)議將電池的狀態(tài)與外接連接，實(shí)現(xiàn)自控或者遠(yuǎn)程遙控的功能。

目前磷酸鐵鋰電池的出現(xiàn)推動(dòng)了汽車(chē)業(yè)的發(fā)展，依照電池在汽車(chē)上的應(yīng)用程度來(lái)分類(lèi)，電動(dòng)汽車(chē)分類(lèi)如下表：電動(dòng)汽車(chē)分類(lèi)2023/2/6汽車(chē)新動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展roadmap2023/2/6HEV/PHEV/EV對(duì)電池電性能的要求FROM:《Statusandprospectsforzeroemissionsvehicletechnology》2023/2/6科技部863計(jì)純電動(dòng)車(chē)用鋰離子電池技術(shù)指標(biāo)要求

USABC設(shè)定的純電動(dòng)汽車(chē)（EV）用電池達(dá)到商用化的性能、成本要求美國(guó)能源建設(shè)部（USABC）設(shè)定鋰電池成本發(fā)展目標(biāo)是到2012年降低到$500/Wh、2014年降低到$300/Wh。這一成本下降過(guò)程將使電動(dòng)續(xù)航里程10－40km的PHEV獲得經(jīng)濟(jì)有效性。商用化的成本最低要求是$150/Wh，考慮到物價(jià)因素，調(diào)整為

$230/Wh。動(dòng)力電池分類(lèi)（從材料來(lái)分）2023/2/6動(dòng)力電池原材料技術(shù)分析（一）鉛酸電池由于自身性能限制了動(dòng)力電源的發(fā)展且存在鉛污染，逐漸推出市場(chǎng)；鎳鎘也存在鎘污染，記憶效益嚴(yán)重，也基本推出動(dòng)力電池市場(chǎng)；鎳氫電池是鎳鎘電池的改進(jìn)，比能量能達(dá)到60－80Wh/kg，且具有充電速度快、基本無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)環(huán)境污染，安全性高的特點(diǎn)，目前作為汽車(chē)動(dòng)力電池的生產(chǎn)技術(shù)基本成熟。目前在動(dòng)力電池行業(yè)，鎳氫電池占主導(dǎo)地位，而磷酸鐵鋰電池是處在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期。較好的電池性能（尤其安全性）和制造技術(shù)成熟是鎳氫電池目前在全球普通混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）電池中占主導(dǎo)地位。動(dòng)力電池原材料技術(shù)分析（二）鎳氫動(dòng)力電池目前占主導(dǎo)地位主要是現(xiàn)有混合動(dòng)力車(chē)的電池能量?jī)H1－2kWh，不能純電動(dòng)行使或純電動(dòng)續(xù)航3km以下。從更長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，鎳氫無(wú)法應(yīng)用在PHEV、EV上。主要因?yàn)椋烘嚉涞谋饶芰亢湍芰棵芏葻o(wú)法滿(mǎn)足PHEV，EV的要求；原材料Ni(OH)2價(jià)格較高，制造大能量的電池成本將會(huì)更高；鎳氫電池技術(shù)發(fā)展基本成熟，電池性能提高和成本降低的空間非常有限。與鎳氫電池比較，鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：比能量、能量密度高，約為鎳氫電池的兩倍，能大幅提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力；功率更高、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)，這些特點(diǎn)都能提高電動(dòng)車(chē)的使用便利性；原材料成本價(jià)格低；技術(shù)提升空間大，成本下降空間大。動(dòng)力電池原材料市場(chǎng)分析鎳氫電池由于技術(shù)成熟和安全性好，是目前混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）電池的主要選擇，但難以滿(mǎn)足更高電動(dòng)化程度需求；鋰電池是下一代電動(dòng)車(chē)電池的最佳選擇，預(yù)計(jì)未來(lái)三年左右將替代鎳氫成為電動(dòng)汽車(chē)電池的主流。國(guó)內(nèi)企業(yè)在鎳氫動(dòng)力電池市場(chǎng)的機(jī)會(huì)窗較小，日本企業(yè)從混合動(dòng)力汽車(chē)到鎳氫動(dòng)力電池已建立絕對(duì)主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)；鎳氫動(dòng)力電池市場(chǎng)規(guī)模繼續(xù)成長(zhǎng)的時(shí)間窗只有3年左右；并且鎳氫市場(chǎng)總?cè)萘坑邢蓿叻迤诠烙?jì)不會(huì)超過(guò)20億美元。2010－2011年將是汽車(chē)廠(chǎng)商最新一代PHEV、EV推出的密集期，開(kāi)始進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段，預(yù)計(jì)到2015年全球PHEV、EV銷(xiāo)量有望達(dá)到數(shù)十萬(wàn)甚至百萬(wàn)輛級(jí)別、正式進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)階段。各種綠色汽車(chē)技術(shù)將長(zhǎng)期共存、互為補(bǔ)充，綜合考慮技術(shù)成熟度和節(jié)