电池能源知识以及行业分析培训教材.pptx
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1、电池能源知识以及行业分析1电池基础知识讲解2l电池简要介绍电池简要介绍l锂离子、镍氢充电电池主要应用领域锂离子、镍氢充电电池主要应用领域 l锂离子、镍氢电池相关证书锂离子、镍氢电池相关证书l锂离子、镍氢电池生产工艺锂离子、镍氢电池生产工艺 l锂离子、镍氢电池性能锂离子、镍氢电池性能l锂离子、镍氢电池保护以及安全问题锂离子、镍氢电池保护以及安全问题3l电池简要介绍部分4l什么是电池什么是电池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电池的主要组成部分l电极(正负极)电极(正负极) l电解液电解液l隔膜隔膜l外壳外壳5种种 类类单节
2、单节优优 点点缺缺 点点用用 途途一次锂亚3.6V自放电小,寿命长,能量密度高不可充电循环使用,资源浪费,安全性差水表,燃气表,电表一次锂锰3.0V自放电小,寿命长,能量密度高,价格便宜不可充电循环使用,资源浪费,手表,计算器,电脑BIOS一次性锌锰碱锰1.5V自放电小,使用方便,价钱便宜不可充电循环使用,资源浪费,电池更换麻烦民用,玩具,灯具等铅酸蓄电池2.0V廉价、大功率放电、浮充性能好、低温放电性好污染环境、比容量和比能量小、不便携带汽车、摩托车电瓶及UPS后备电源,电动自行车,太阳能LED灯,移动基站镍镉充电电池1.2V大功率放电稳定、价格比较便宜污染环境、对人体有害、具有记忆效应、比
3、容量低于镍氢电池电动工具及少数电动玩具、剃须刀,理发剪,应急灯,草坪灯镍氢充电电池1.2V比容量高、高低温性能好、无记忆效应、大功率放电好、无污染、安全性高比能量低于锂离子电池,价格高于镍镉电池电动工具、电动玩具、无绳电话、后备电源、各种设备的内置电源,剃须刀、理发剪、吸尘器、应急灯、草坪灯,储能,HEV、PHEV,民用锂离子电池3.7V比能量高、小巧、重量轻、无污染、无记忆效应安全性能差、大功率放电较差、价格贵电动工具、电动玩具、无绳电话、后备电源,手机、平板电脑、剃须刀、理发剪、数码产品、应急灯、草坪灯,储能,PHEV EV锂聚合物电池3.7V安全性能好、比能量高、可做成任意形状、无污染、
4、无记忆效应大功率放电较差、技术不够成熟、价格贵电动工具、电动玩具、无绳电话、后备电源,手机、平板电脑、剃须刀、理发剪、数码产品、应急灯、草坪灯,储能,PHEV EV6l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7l锂离子电池是正、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
5、 、 LiAsF6等有机溶液。l隔膜为PE、PP89充电放电正极反应正极反应: LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe-负极反应负极反应: 6C+xLi+xe-充电放电LixC6电池反应电池反应: 6C+LiCoO2充电放电Li1-xCoO2+ LixC610l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、安全性能好l无污染,环保l无记忆效应11l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12l锂离子、镍氢电池应用领域部分13l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
6、用电池系列l医疗器械14l电工工具l吸尘器l园林工具15l航模-车模- 船模l电动汽车-HEV为主16l电推剪l剃须刀17l矿灯l应急灯l网标灯18l手电筒l草坪灯19l无绳电话l民用高容量l民用低自放电l高低温电池20l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21l电工工具l电动自行车22l电动汽车 -以PHEV和EV为主23l智能手机l平板电脑l笔记本电脑24l电推剪l剃须刀25l太阳能发电站 l分布式光伏26l移动基站l风光互补路灯27l锂离子、镍氢电池证书部分28l名词解释RoHS是由欧盟立法
7、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重金属重金属: 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:某些溴化阻燃剂: lPolybromi
8、nated biphenyls (PBBs); l多溴联苯 lPolybrominated diphenyl ethers (PBDEs). l多溴联苯醚 最高限量指标是:最高限量指标是: l镉:镉:0.01%(100 ppm); l铅、汞、六价铬,多溴联苯,多溴联苯醚:铅、汞、六价铬,多溴联苯,多溴联苯醚:0.1% (1000 ppm). 30l欧盟CE认证l美国UL认证l中国3C认证31l“CE”标志是一种标志是一种安全认证安全认证标志,被标志,被视为制造商打开并进入视为制造商打开并进入欧洲欧洲市场的护照。市场的护照。CE代表欧洲统一(代表欧洲统一(CONFORMITE EUROPEENN
9、E)。凡是贴有)。凡是贴有“CE”标标志的产品就可在欧盟各成员国内销售,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。了商品在欧盟成员国范围内的自由流通。32UL是是美国美国保险商试验所(保险商试验所(Underwriter Laboratories Inc.)的简写。)的简写。UL安全试验所安全试验所是美国最有权威的,也是世界上从事安全试是美国最有权威的,也是世界上从事安全试验和鉴定的较大的民间机构。验和鉴定的较大的民间机构。 它是一个独立它是一个独立的、非营利的、为公共安全做试验的专业机的、非营利的
10、、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、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度;确定、编写、财产有无危害和危害的程度;确定、编写、发行相应的标准和有助于减少及防止造成生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,同时开展实情调研命财产受到损失的资料,同时开展实情调研业务。业务。33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
11、最基础的安全认证。 34l锂离子、镍氢电池生产工艺部分35l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隔膜(PP+PE)l电解液(KOH+LiOH + NaOH)l外壳五金件(钢壳、盖帽、密封圈)3637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+SBR39l材质:维尼纶或者
12、 PP(聚丙烯)或者 尼龙l厚度:一般为0.100.18mm 40l性质: 无色透明液体,具有较强腐蚀性。l应用: 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42l主要材料:主要材料:l正极正极: :钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂等钴酸锂、锰酸锂
13、、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂等 ; ;l负极负极: :炭炭( (天然石墨、改性石墨、中间相碳微球、纳米碳纤维天然石墨、改性石墨、中间相碳微球、纳米碳纤维等);等);l隔膜:聚丙烯微孔膜(隔膜:聚丙烯微孔膜(PPPP)、聚乙烯微孔膜()、聚乙烯微孔膜(PEPE)、)、PE/PP/PEPE/PP/PE复合膜(进口),厚度:复合膜(进口),厚度:9 9、1616、2020、2525微米;微米;l电解液:电解液:1MLiPF1MLiPF6 6/EC+DMC+EMC/EC+DMC+EMCl EC- EC-乙基碳酸酯,DMC-,DMC-二甲基碳酸酯二甲基碳酸酯,EMC:,EMC:乙基甲基碳酸乙基甲基碳酸酯酯l辅
14、助材料:辅助材料:导电碳黑、黏结剂(正极:导电碳黑、黏结剂(正极:PVDFPVDF,负极:,负极:SBRSBR、CMCCMC)、铜箔()、铜箔(1010微米厚)、铝箔(微米厚)、铝箔( 12-1512-15微米厚)、胶带、微米厚)、胶带、二甲基吡咯烷酮(二甲基吡咯烷酮(NMPNMP)等。)等。l电池配件电池配件:壳体、盖板、连接片,铝塑膜等。壳体、盖板、连接片,铝塑膜等。4344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负极基体:铜箔(约0.010mm厚)负极物质:石墨+CMC+SBR负极集流体:
15、镍带(约0.07mm厚)46l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:离子透过度大离子透过度大 机械性强度适当机械性强度适当 本身为绝缘体本身为绝缘体 不与电解液及电极发生反应不与电解液及电极发生反应 47l性质: 无色透明液体,具有较强吸湿性。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
16、(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正极制片49l锂离子、镍氢电池性能部分50l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
17、 短路 过放 针刺 跌落 振动51l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52l放电:0.2C1.0V/celll充电:0.1C16hrsl搁置:1-4hrsl放电:0.2C1.0V/celll环境温度:20553l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/cell
18、l环境温度:20554l 开路电压开路电压 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 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 充电电压充电电压 充电电压指电池在充电时电池两端的电位差,见充电曲线。55VVmax-V1一般情况,V取5mV或10mVVV1Vmax56电压曲线电流曲线575859l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
19、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。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。 60l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。
20、61l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,关系到用户实际使用效果或使用时间的长短62l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63l记忆效应是针对镍镉电池而言的
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- 电池 能源 知识 以及 行业 分析 培训教材
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