新能源汽车概论-第3章电动汽车用动力电池hcbq.docx

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1、第3章 电动汽汽车用动动力电池池课题：33.1 概述教学目的的：了解解电池的的类型 熟悉电电池的性性能指标标 了解电电动汽车车对动力力蓄电池池的要求求教学重点点：电池池的类型型、电池池的性能能指标教学难点点：电池池的类型型、电池池的性能能指标类型：新新授课教学方法法：讲练练结合课时：22引 入：动力电电池系统统是纯电电动汽车车能量的的唯一来来源，混混合动力力汽车、燃燃料电池池汽车的的主要能能量来源源。因此此，在电电动汽车车能源装装置布置置形式上上可以分分为两类类。引入入案例PP84一、 电池的类类型电池分为为化学电电池、物物理电池池和生物物电池三三大类。1 化学电池池（1）化化学电池池是利用用

2、物质的的化学反反应发电电，按工工作性质质分为原原电池、蓄蓄电池、燃燃料电池池和储备备电池。（2）原原电池是是指电池池放电后后不能用用简单的的充电方方法使活活性物质质复原而而继续使使用的电电池。（3）蓄蓄电池是是指电池池在放电电后可以以通过充充电的方方法使活活性物质质复原而而继续使使用的电电池，这这种充放放电可以以达数十十次到上上千次循循环。（4）燃燃料电池池又称连连续电池池，是指指参加反反应的活活性物质质从电池池外部连连续不断断地输入入电池，电电池就连连续不断断地工作作而提供供电能。（5）储储备电池池是指电电池极极与电解解质在储储存期间间不直接接接触，使使用前注注入电解解液或者者使用其其它方法

3、法使电解解液与极接触触，此后后电池进进入待放放电状态态。（6）分分类化学电电池按电电解质分分为酸性性电池、碱碱性电池池、中性性电池、有有机电解解质电池池、非水水无机电电解质电电池、固固体电解解质电池池等。化学电电池按电电池的特特性分为为高容量量电池、密密封电池池、高功功率电池池、免维维护电池池、防爆爆电池等等。化学电电池按极材料料分为锌锌锰电池池系列、镍镍镉镍氢氢系列、铅铅酸系列列、锂电电池系列列等。2物理理电池物理电池池是利用用光、热热、物理理吸附等等物理能能量发电电的电池池，如太太阳能电电池、超超级电容容器、飞飞轮电池池等。3生物物电池生物电池池是利用用生物化化学反应应发电的的电池，如如微

4、生物物电池、酶酶电池、生生物太阳阳电池等等。迄今已经经实用化化的车用用动力蓄蓄电池有有传统的的铅酸蓄蓄电池、镍镍镉电池池、镍氢氢电池和和锂离子子电池。在在物理电电池领域域中，超超级电容容器也应应用于电电动汽车车中。生生物燃料料电池在在车用动动力中应应用前景景也十分分广阔，以以氢为燃燃料的燃燃料电池池和氧化化物燃料料电池的的研发已已进入重重要发展展阶段。二、 电池的性性能指标标电池的性性能指标标主要有有电压、容容量、内内阻、能能量、功功率、输输出效率率、自放放电率、使使用寿命命等，根根据电池池种类不不同，其其性能指指标也有有差异。1电压压（1）电电压分为为端电压压、开路路电压、额额定电压压、充电

5、电终止电电压和放放电终止止电压等等。电池的的端电压压是指电电池正极极与负极极之间的的电位差差；开路电电压是指指电池在在没有负负载情况况下的端端电压；额定电电压是电电池在标标准规定定条件下下工作时时应达到到的电压压；蓄电池充充足电时时，极板板上的活活性物质质已达到到饱和状状态，再再继续充充电，电电池的电电压也不不会上升升，此时时的电压压称为充充电终止止电压；放电终终止电压压是指电电池放电电时允许许的最低低电压。2容量量（1）电电池在一一定的放放电条件件下所能能放出的的电量称称为电池池的容量量。常用用单位为为安培小小时，它它等于放放电电流流与放电电时间的的乘积。（2）电电池的容容量可以以分为理理论

6、容量量、实际际容量、标标称容量量和额定定容量等等。理论容容量是把把活性物物质的质质量按法法拉第定定律计算算而得到到的最高高理论值值。实际容容量是指指电池在在一定条条件下所所能输出出的电量量，它等等于放电电电流与与放电时时间的乘乘积，单单位为AAh，其其值小于于理论容容量。标称容容量是用用来鉴别别电池的的近似安安时值。额定容容量也叫叫保证容容量，是是按国家家或有关关部门颁颁布的标标准，保保证电流流在一定定的放电电条件下下应该放放出的最最低限度度的容量量。3内阻阻（1）定定义;电电池的内内阻是指指电流流流过电池池内部时时所受到到的阻力力。（2）特特性：充电电池池的内阻阻很小，需需要用专专门的仪仪器

7、才可可以测量量到比较较准确的的结果。一一般所知知的电池池内阻是是充电态态内阻，即即指电池池充满电电时的内内阻（与与之对应应的是放放电态内内阻，指指电池充充分放电电后的内内阻。一一般说来来，放电电态内阻阻比充电电态内阻阻大，并并且不太太稳定）。电电池内阻阻越大，电电池自身身消耗掉掉的能量量越多，电电池的使使用效率率越低。内内阻很大大的电池池在充电电时发热热很厉害害，使电电池的温温度急剧剧上升，对对电池和和充电器器的影响响都很大大。随着着电池使使用次数数的增多多，由于于电解液液的消耗耗及电池池内部化化学物质质活性的的降低，电电池的内内阻会有有不同程程度的升升高。4能量量电池的能能量是指指在一定定放

8、电制制度下，电电池所能能输出的的电能，单单位是WWh或kkWh。它它影响电电动汽车车的行驶驶距离。能能量分为为理论能能量、实实际能量量、比能能量和能能量密度度。理论能量量是电池池的理论论容量与与额定电电压的乘乘积，指指一定标标准所规规定的放放电条件件下，电电池所输输出的能能量；实实际能量量是电池池实际容容量与平平均工作作电压的的乘积，表表示在一一定条件件下电池池所能输输出的能能量；比比能量也也称质量量比能量量，是指指电池单单位质量量所能输输出的电电能，单单位是WWh/kkg，常常用比能能量来比比较不同同的电池池系统；能量密密度也称称体积比比能量，是是指电池池单位体体积所能能输出的的电能，单单位

9、是WWh/LL。5功率率（1）电电池的功功率：是是指电池池在一定定放电制制度下，单单位时间间内所输输出能量量的大小小，单位位为W或或kW。电电池的功功率决定定了电动动汽车的的加速性性能和爬爬坡能力力。功率率分为比比功率和和功率密密度。（2）比比功率是是指单位位质量电电池所能能输出的的功率，也也称质量量比功率率，单位位为W/kg或或kW/kg； 功率率密度是是指单位位体积电电池所能能输出的的功率称称为功率率密度，也也称体积积比功率率，单位位为W/L或kkW/LL。6输出出效率（1）动动力电池池作为能能量存储储器，充充电时把把电能转转化为化化学能储储存起来来，放电电时把电电能释放放出来。在在这个可

10、可逆的电电化学转转换过程程中，有有一定的的能量损损耗。通通常用电电池的容容量效率率和能量量效率来来表示。（2）容容量效率率是指电电池放电电时输出出的容量量与充电电时输入入的容量量之比；能量效效率是指指电池放放电时输输出的能能量与充充电时输输入的能能量之比比。7自放放电率自放电率率是指电电池在存存放期间间容量的的下降率率，即电电池无负负荷时自自身放电电使容量量损失的的速度。自自放电率率用单位位时间容容量降低低的百分分数表示示。8放电电倍率（1）电电池放电电电流的的大小常常用“放放电倍率率”表示示，即电电池的放放电倍率率用放电电时间表表示或者者说以一一定的放放电电流流放完额额定容量量所需的的小时数

11、数来表示示，由此此可见，放放电时间间越短，即即放电倍倍率越高高，则放放电电流流越大。（2）放放电倍率率等于额额定容量量与放电电电流之之比。根根据放电电倍率的的大小，可可分为低低倍率（77.0CC）。9使用用寿命（1）使使用寿命命是指电电池在规规定条件件下的有有效寿命命期限。电电池发生生内部短短路或损损坏而不不能使用用，以及及容量达达不到规规范要求求时电池池使用失失效，这这时电池池的使用用寿命终终止。（2）电电池的使使用寿命命包括使使用期限限和使用用周期。使使用期限限是指电电池可供供使用的的时间，包包括电池池的存放放时间。使使用周期期是指电电池可供供重复使使用的次次数。除此之外外，成本本也是一一

12、个重要要的指标标，电动动汽车发发展的瓶瓶颈之一一就是电电池价格格高。三、 电动汽车车对动力力电池的的要求(1) 比能量量高。为为了提高高电动汽汽车的续续驶里程程，要求求电动汽汽车上的的动力电电池尽可可能储存存多的能能量，但但电动汽汽车又不不能太重重，其安安装电池池的空间间也有限限，这就就要求电电池具有有高的比比能量。(2) 比功率率大。为为了能使使电动汽汽车在加加速行驶驶、爬坡坡能力和和负载行行驶等方方面能与与燃油汽汽车相竞竞争，就就要求电电池具有有高的比比功率。(3) 充放电电效率高高。电池池中能量量的循环环必须经经过充电电放电电充电电的循环环，高的的充放电电效率对对保证整整车效率率具有至至

13、关重要要的作用用。(4) 相对稳稳定性好好。电池池应当在在快速充充放电和和充放电电过程变变工况的的条件下下保持性性能的相相对稳定定，使其其在动力力系统使使用条件件下能达达到足够够的充放放电循环环次数。(5) 使用成成本低。除除了降低低电池的的初始购购买成本本外，还还要提高高电池的的使用寿寿命以延延长其更更换周期期。(6) 安全性性好。电电池应不不会引起起自燃或或燃烧，在在发生碰碰撞等事事故时，不不会对乘乘员造成成伤害。小 结：概述本本节作 业：课后习习题课题：33.2 蓄电池池教学目的的：了解解蓄电池池的类型型；掌握握铅酸蓄蓄电池、镍镍氢电池池、锂离离子电池池的结构构原理和和特点 对蓄电电池的

14、充充电方法法和性能能测试有有初步的的认识教学重点点：铅酸酸蓄电池池、镍氢氢电池、锂锂离子电电池的结结构原理理和特点点教学难点点：铅酸酸蓄电池池、镍氢氢电池、锂锂离子电电池的结结构原理理和特点点类型：新新授课教学方法法：讲练练结合课时：110（课课时分见见内容）引入：随随着电动动汽车的的种类不不同而略略有差异异。在仅仅装备蓄蓄电池的的纯电动动汽车中中，蓄电电池的作作用是汽汽车驱动动系统的的惟一动动力源。而而在装备备传统发发动机(或燃料料电池)与蓄电电池的混混合动力力汽车中中，蓄电电池既可可扮演汽汽车驱动动系统主主要动力力源的角角色，也也可充当当辅助动动力源的的角色。可可见在低低速和启启动时，蓄蓄

15、电池扮扮演的是是汽车驱驱动系统统主要动动力源的的角色;在全负负荷加速速时，充充当的是是辅助动动力源的的角色;在正常常行驶或或减速、制制动时充充当的是是储存能能量的角角色。电电动汽车车电池可可以分为为两大类类，即蓄蓄电池和和燃料电电池。蓄蓄电池适适用于纯纯电动汽汽车，可可以归类类为铅酸酸蓄电池池、镍基基电池（镍镍一氢及及镍一金金属氢化化物电池池、镍一一福及镍镍一锌电电池）电电动汽车车电池、钠钠szllig;电池（钠钠一硫电电池和钠钠一氯化化镍电池池）、二二次锂电电池、空空气电池池等类型型。一、 铅酸蓄电电池11铅酸酸蓄电池池的分类类铅酸蓄电电池分免免维护铅铅酸蓄电电池和阀阀控密封封式铅酸酸蓄电池

16、池。免维护铅铅酸蓄电电池由于于自身结结构上的的优势，电电解液的的消耗量量非常小小，在使使用寿命命内基本本不需要要补充蒸蒸馏水。它它具有耐耐震、耐耐高温、体体积小、自自放电小小的特点点。使用用寿命一一般为普普通铅酸酸蓄电池池的两倍倍。阀控密封封式铅酸酸蓄电池池在使用用期间不不用加酸酸加水维维护，电电池为密密封结构构，不会会漏酸，也也不会排排酸雾，电电池盖子子上设有有溢气阀阀(也叫叫安全阀阀)，该该阀的作作用是当当电池内内部气体体量超过过一定值值，即当当电池内内部气压压升高到到一定值值时，溢溢气阀自自动打开开，排出出气体，然然后自动动关闭，防防止空气气进入电电池内部部。2铅酸酸蓄电池池的结构构铅酸

17、蓄电电池的基基本结构构如图PP90所所示。它它由极极板、隔隔板、电电解液、溢溢气阀、外外壳等部部分组成成。3铅酸酸蓄电池池的工作作原理铅酸蓄电电池使用用时，把把化学能能转换为为电能的的过程叫叫放电。在在使用后后，借助助于直流流电在电电池内进进行化学学反应，把把电能转转变为化化学能而而储蓄起起来，这这种蓄电电过程叫叫做充电电。铅酸蓄电电池是酸酸性蓄电电池，其其化学反反应式为为4.铅酸酸蓄电池池具有以以下优点点：(1) 除锂离离子电池池外，在在常用蓄蓄电池中中，铅酸酸蓄电池池的电压压最高，为为2.00V；(2) 价格低低廉；(3) 可制成成小至llAh大大至几千千Ah的的各种尺尺寸和结结构的蓄蓄电

18、池；(4) 高倍率率放电性性能良好好，可用用于引擎擎启动；(5) 高低温温性能良良好，可可在-440660条条件下工工作；(6) 电能效效率高达达60%；(7) 易于浮浮充使用用，没有有“记忆忆”效应应；(8) 易于识识别荷电电状态。5.铅酸酸蓄电池池具有以以下缺点点：(1) 比能量量低，在在电动汽汽车中所所占的质质量和体体积较大大，一次次充电行行驶里程程短；(2) 使用寿寿命短，使使用成本本高；(3) 充电时时间长；(4) 铅是重重金属，存存在污染染。二、 镍氢电池池1镍氢电池池是900年代发发展起来来的一种种新型电电池。它它的正极极活性物物质主要要由镍制制成，负负极活性性物质主主要由贮贮氢

19、合金金制成，是是一种碱碱性蓄电电池。 镍氢电电池具有有高比能能量、高高功率、适适合大电电流放电电、可循循环充放放电、无无污染，被被誉为“绿绿色电源源”。1镍氢氢电池的的分类按照外形形，镍氢氢电池方方形镍氢氢电池和和圆形镍镍氢电池池 2镍氢氢电池的的结构镍氢电池池主要由由正极、负负极、极极板、隔隔板、电电解液等等组成。镍氢电池池的基本本单元是是单体电电池，单单体电压压为1.2V，按按使用要要求组合合成不同同电压和和不同电电荷量的的镍氢电电池总成成。 （1）镍镍氢电池池正极是是活性物物质氢氧氧化镍，负负极是储储氢合金金，用氢氢氧化钾钾作为电电解质，在在极之之间有隔隔膜，共共同组成成镍氢单单体电池池

20、。在金金属铂催催化作用用下，完完成充电电和放电电可逆反反应。（2）镍镍氢电池池的极板板有发泡泡体和烧烧结体两两种，发发泡体极极板的镍镍氢电池池在出厂厂前必须须进行预预充电，且且放电电电压不能能低于00.9VV，工作作电压也也不太稳稳定，为为避免发发泡镍氢氢电池老老化所造造成的内内阻增高高，镍氢氢电池在在出厂前前必须进进行预充充电。经经过改进进的烧结结体极板板的镍氢氢电池，其其烧结体体极板本本身就是是活性物物质，不不需要进进行活性性处理，也也不需要要进行预预充电，电电压平衡衡、稳定定，具有有低温放放电性能能好、不不易老化化和寿命命长的优优点。3.镍氢氢电池的的工作原原理（1）镍镍氢电池池是将物物

21、质的化化学反应应产生的的能量直直接转化化成电能能的一种种装置。（2）镍镍氢电池池由镍氢氢化合物物正电极极、储氢氢合金负负电极以以及碱性性电解液液(比如如30%的氢氧氧化钾溶溶液)组组成。密密封一次次镍氢电电池的性性能特点点主要取取决于本本身体系系的电极极反应。（3）当当镍氢电电池以标标准电流流放电时时，平均均工作电电压为11.2VV。当电电池以88C率放放电时，端端电压降降至1.1V时时，则认认为放电电已完。电电压1.1V称称为8CC率放电电时的放放电终止止电压(0.66V00.8VV)。4.镍氢氢电池的的特点镍氢电池池具有无无污染、高高比能、大大功率、快快速充放放电、耐耐用性等等许多优优异特

22、性性。与铅铅酸蓄电电池相比比，镍氢氢电池具具有比能能量高、重重量轻、体体积小、循循环寿命命长的特特点。(1) 比功率率高。目目前商业业化的镍镍氢功率率型电池池能做到到13550W/kg。(2) 循环次次数多。目目前应用用在电动动车上的的镍氢动动力电池池，800%放电电深度(DODD)循环环可以达达10000次以以上，为为铅酸蓄蓄电池的的3倍以以上，1100%DODD循环寿寿命也在在5000次以上上，在混混合动力力汽车中中可使用用5年以以上。(3) 无污染染。镍氢氢电池不不含铅、镉镉等对人人体有害害的金属属，为221世纪纪“绿色色环保电电源”。(4) 耐过充充过放。(5) 无记忆忆效应。(6)

23、使用温温度范围围宽。正正常使用用温度范范围-330555；贮存温温度范围围-400700。(7) 安全可可靠。短短路、挤挤压、针针刺、安安全阀工工作能力力、跌落落、加热热、耐振振动等安安全性、可可靠性试试验无爆爆炸、燃燃烧现象象。三、 镍镉电池池1镍镉电池池是一种种碱性蓄蓄电池，比比能量可可达555Wh/kg，比比功率超超过1990W/kg，可可快速充充电，循循环使用用寿命较较长，可可达到220000多次。使使用中要要注意做做好回收收工作，以以免重金金属镉造造成环境境污染。1镍镉镉电池的的结构（1）镉镉镍电池池采用金金属镉作作负极活活性物质质，氢氧氧化镍作作正极活活性物质质的碱性性蓄电池池。（

24、2）正正、负极极材料分分别填充充在穿孔孔的附镍镍钢带（或或镍带）中中，经拉拉浆、滚滚压、烧烧结、化化成或涂涂膏、烘烘干、压压片等方方法制成成极板；用聚酰酰胺非织织布等材材料作隔隔离层；用氢氧氧化钾水水溶液作作电解质质溶液；电极经经卷绕或或叠合组组装在塑塑料或镀镀镍钢壳壳内。2镍镉镉电池充充放电时时的电化化学反应应位于负极极的镉(Cd)和氢氧氧化钠(NaOOH)中中的氢氧氧根离子子(OHH-)化化合成氢氢氧化镉镉，并附附著在阳阳极上，同同时也放放出电子子。电子子沿著电电线至阴阴极，和和阴极的的二氧化化镍与氢氢氧化钠钠溶液中中的水反反应形成成氢氧化化镍和氢氢氧根离离子，氢氢氧化镍镍会附著著在阳极极

25、上，氢氢氧根离离子则又又回到氢氢氧化钠钠溶液中中，故氢氢氧化钠钠溶液浓浓度不会会随著时时间而下下降。（1）放放电反应应式:负极反应应: CCd+22OH-Cdd(OHH)2+2e-正极反应应: 22NiOO(OHH) + 2HH2O+2e-=2NNi(OOH)22 + 2OHH-总反应: Cdd+NiiO(OOH)+H2OOCdd(OHH)2+Ni(OH)2（2）充充电反应应式:正极反应应:Nii(OHH)2 e + OOH- = NNiO(OH) + H2OO负极反应应:Cdd(OHH)2+2e- CCd+22OH-总反应: Cdd(OHH)2+Ni(OH)2CCd+22NiOO(OHH)+

26、HH2O3镍镉镉蓄电池池的容量量（1）镍镍镉蓄电电池容量量与活性性物质的的数量、放放电率和和电解液液等因素素有关。（2）放放电电流流直接影影响放电电终止电电压。在在规定的的放电终终止电压压下，放放电电流流越大，蓄蓄电池的的容量越越小。（3）使使用不同同成分电电解液，对对蓄电池池的容量量和寿命命有一定定影响。（4）电电解液的的温度对对蓄电池池的容量量影响较较大。这这是因为为随着电电解液温温度升高高，极板板活性物物质的化化学反应应也逐步步改善。（5）电电解液中中的有害害杂质越越多，蓄蓄电池的的容量越越小。4.优点点（1）镍镍镉电池池可重复复5000次以上上的充放放电，非非常的经经济;（2）内内阻小

27、，可可供大电电流的放放电，当当它放电电时电压压的变化化很小，作作为直流流电源是是一种质质量极佳佳的电池池;（3）因因为采用用完全密密封式，因因此不会会有电解解液漏出出的现象象，也完完全不需需要补充充电解液液;（4）与与其他种种类电池池相比之之下，镍镍镉电池池可耐过过充电或或放过电电，操作作简单方方便;（5）长长时间的的放置下下也不会会使性能能劣化，当当十分充充完电后后即可恢恢复原来来的特性性;（6）可可使用在在很广的的温度范范围内;（7）因因为它采采用金属属容器而而作成，有有机械性性的坚固固;（8）镍镍镉电池池在非常常严格的的品质管管理下被被制造完完成，有有非常优优良的品品质性赖赖性。四、 锂

28、离子电电池2锂离子电电池:是是一种二二次电池池(充电电电池)，它主主要依靠靠锂离子子在正极极和负极极之间移移动来工工作。在在充放电电过程中中，Lii+ 在在两个电电极之间间往返嵌嵌入和脱脱嵌:充充电时，LLi+从从正极脱脱嵌，经经过电解解质嵌入入负极，负负极处于于富锂状状态;放放电时则则相反。电电池一般般采用含含有锂元元素的材材料作为为电极，是是现代高高性能电电池的代代表。1锂离离子电池池的分类类（1）按按照锂离离子电池池外形形形状，可可以分为为方形锂锂离子电电池和圆圆柱形锂锂离子电电池。（2）按按照锂离离子电池池所用电电解质材材料不同同，可以以分为聚聚合物锂锂离子电电池和液液态锂离离子电池池

29、。（3）按按照锂离离子电池池正极的的材料不不同，可可以分为为锰酸锂锂离子电电池、磷磷酸铁锂锂离子电电池、镍镍钴锂离离子电池池或镍钴钴锰锂离离子电池池。第一代车车用锂离离子电池池是锰酸酸锂离子子电池，成成本低，安安全性较较好，但但循环寿寿命欠佳佳，在高高温环境境下循环环寿命更更短，高高温时会会出现锰锰离子溶溶出的现现象。第第二代是是具有美美国专利利的磷酸酸铁锂离离子电池池，是锂锂离子电电池的发发展方向向，由于于原材料料价格低低且磷、铁铁、锂的的资源丰丰富，且且工作电电压适中中，充放放电特性性好，高高放电功功率，可可快速充充电且循循环寿命命长，高高温和高高热稳定定性好，储储能特性性强，完完全无毒毒

30、。2锂离离子电池池的结构构锂离子电电池由正正极、负负极、隔隔板、电电解液和和安全阀阀等组成成。圆柱形锂锂离子电电池结构构如图PP96所所示。3.锂离离子电池池的工作作原理 锂离子电电池正极极材料采采用锂化化合物LLiCooO2、LiiNiOO2或LiiMn22O4，负极极采用锂锂-碳层层间化合合物LiixC66，电解解液为有有机溶液液。锂离离子电池池的工作作原理，电电池在充充电时，锂锂离子从从正极材材料的晶晶格中脱脱出，通通过电解解质溶液液和隔膜膜，嵌入入到负极极中；放放电时，锂锂离子从从负极脱脱出，通通过电解解质溶液液和隔膜膜，嵌入入到正极极材料晶晶格中。在在整个充充放电过过程中，锂锂离子往

31、往返于极之间间。充电时:xLii + xe + 66C LixxC6 放电时时:LiixC66 xLii + xe + 66C锂离子电电池以碳碳素材料料为负极极，以含含锂的化化合物作作正极，没没有金属属锂存在在，只有有锂离子子，这就就是锂离离子电池池。锂离离子电池池是指以以锂离子子嵌入化化合物为为正极材材料电池池的总称称。锂离离子电池池的充放放电过程程，就是是锂离子子的嵌入入和脱嵌嵌过程。在在锂离子子的嵌入入和脱嵌嵌过程中中，同时时伴随着着与锂离离子等当当量电子子的嵌入入和脱嵌嵌(习惯惯上正极极用嵌入入或脱嵌嵌表示，而而负极用用插入或或脱插表表示)。在在充放电电过程中中，锂离离子在正正、负极极

32、之间往往返嵌入入/脱嵌嵌和插入入/脱插插，被形形象地称称为摇摇椅电池池。当对电池池进行充充电时，电电池的正正极上有有锂离子子生成，生生成的锂锂离子经经过电解解液运动动到负极极。而作作为负极极的碳呈呈层状结结构，它它有很多多微孔，达达到负极极的锂离离子就嵌嵌入到碳碳层的微微孔中，嵌嵌入的锂锂离子越越多，充充电容量量越高。同同样，当当对电池池进行放放电时(即我们们使用电电池的过过程)，嵌嵌在负极极碳层中中的锂离离子脱出出，又运运动回正正极。回回正极的的锂离子子越多，放放电容量量越高。一般锂电电池充电电电流设设定在00.2CC至1CC之间，电电流越大大，充电电越快，同同时电池池发热也也越大。而而且，

33、过过大的电电流充电电，容量量不够满满，因为为电池内内部的电电化学反反应需要要时间。就就跟倒啤啤酒一样样，倒太太快的话话会产生生泡沫，反反而不满满。4.锂离离子电池池的特点点锂离子电电池有许许多显著著特点，它它的优点点主要表表现为：(1) 工作电电压高。锂锂离子电电池工作作电压为为3.66V，是是镍氢和和镍镉电电池工作作电压的的3倍。(2) 比能量量高。锂锂离子电电池比能能量已达达到1550Whh/kgg，是镍镍镉电池池的3倍倍，镍氢氢电池的的1.55倍。(3) 循环寿寿命长。目目前锂离离子电池池循环寿寿命已达达到10000次次以上，在在低放电电深度下下可达几几万次，超超过了其其它几种种二次电电

34、池。(4) 自放电电率低。锂锂离子电电池月自自放电率率仅为668%，远低低于镍镉镉电池(2530%)和镍镍氢电池池(155200%)。(5) 无记忆忆性。可可以根据据要求随随时充电电，而不不会降低低电池性性能。(6) 对环境境无污染染。锂离离子电池池中不存存在有害害物质，是是名副其其实的“绿绿色电池池”。(7) 能够制制造成任任意形状状。5.锂离离子电池池也有一一些不足足，主要要表现在在：(1) 成本高高。主要要是正极极材料LLiCooO2的价格格高，但但按单位位瓦时的的价格来来计算，已已经低于于镍氢电电池，与与镍镉电电池持平平，但高高于铅酸酸蓄电池池。(2) 必须有有特殊的的保护电电路，以以

35、防止过过充。五、 锌镍电池池1锌镍电池池由镍电电极和锌锌电极组组成，兼兼有镉镍镍电池中中镍正极极长寿命命和锌银银电池中中锌负极极高容量量的优越越性能，是是一种高高性能绿绿色二次次动力电电池。镍锌电池池电压高高。与过过去的AAA电池池相比它它的电压压达到11.6VV。比镍镍氢电池池的1.2V要要高得多多，更适适用于传传统的使使用1.5V电电池的电电器。它它可以使使闪光灯灯回电更更快。使使数码相相机充分分用完其其电量。而而很多镍镍氢电池池用在数数码相机机上仅使使用了330%的的电量就就低电关关机了。（220100年122月）AAA型号号的镍锌锌电池的的容量只只有13300mmAh左左右，但但是，它

36、它的放电电能量已已经达到到83000焦耳耳以上。与与目前最最优秀的的镍氢电电池ennelooop相相比，差差别并不不大，eenelloopp放电能能量大约约在90000焦焦耳左右右。镍锌电池池放电电电流强。已已经运用用在电动动汽车上上了。一一颗AAA镍锌电电池，在在2A电电流放电电下可以以放出超超过72200焦焦耳的能能量。镍镍锌电池池更环保保，镍和和锌都是是可回收收而且容容易回收收的金属属。镍锌电池池由于至至20113还是是比较新新的产品品，全球球主要由由一个美美国公司司PowwerGGeniix生产产，所以以价格还还是比较较高。相相信在未未来几年年其价格格可以降降到镍氢氢电池同同一水平平。

37、关于镍锌锌电池的的安全电电压范围围，大众众根据其其充电器器满电压压1.99v判断断，最低低安全电电压为11.2vv，即11.2vv1.9v。 在实际际使用中中，有人人将电池池过充过过放导致致电池失失效或损损坏，详详情搜索索 “镍镍锌 过过放” 看看小小白鼠自自愿者们们的贡献献。1 锌镍电池池的结构构（1）镍镍正极镍电极的的主要活活性材料料是 NNi(OOH)22。当前前使用的的镍电极极主要分分为烧结结式和非非烧结式式。非烧烧结式正正极较烧烧结式正正极，具具有高容容量、高高活性的的特点，一一般采用用孔隙率率较高的的纤维镍镍或泡沫沫镍材料料作为支支架，涂涂覆球型型氢氧化化镍即得得镍正极极。（2）锌

38、锌负极锌负极主主要制备备方法有有涂膏法法、电沉沉积法、压压成法、化化成法和和烧结法法等。锌锌负极可可以做成成充电态态和放电电态两种种，主要要取决于于初始材材料是 ZnOO（充电电态）还还是Znn（放电电态）。一一般情况况下放电电态的 Zn 电极用用于一次次电池，充充电态的的 ZnnO 多多用于二二次电池池。可是是因为 ZnOO 具有有半导体体特性，导导电性能能较差，如如果制备备的镍锌锌二次电电池的锌锌负极材材料全是是 ZnnO，将将会有较较高的初初始电阻阻，其电电极必须须小电流流充电活活化，还还原一定定比例的的 ZnnO 生生成 ZZn，利利用金属属锌 ZZn 良良好的导导电性减减少锌负负极的

39、电电阻，提提高充放放电效率率，使电电极的电电化学性性能得到到改善。所所以镍锌锌二次电电池中，锌锌负极的的活性物物质主要要为 ZZnO（充充电态）中中添加一一些金属属 Znn（放电电态），以以减少初初始充电电时的高高电阻，同同时也会会添加某某些缓蚀蚀剂以改改善锌负负极的性性能。因因为 ZZnO在在碱性电电解液中中具有的的一定溶溶解性会会造成锌锌负极的的枝晶形形变和钝钝化等不不良影响响。（3）隔隔膜隔膜置于于电池的的极之之间，防防止极极活性材材料直接接接触造造成电池池短路。隔隔膜不仅仅要能抗抗锌枝晶晶穿透，还还要能耐耐强碱、抗抗氧化、易易被电解解液浸润润、良好好的机械械强度和和较强的的柔韧性性、低

40、电电阻和高高离子导导电性。（4）电电解液电池极极材料的的性能的的发挥直直接受电电解液种种类和浓浓度的影影响。氢氢氧化钾钾溶液是是常被碱碱性电池池选作电电解液。负负极活性性物质 ZnOO 是两两性氧化化物，在在碱性电电解液中中有一定定的溶解解性，这这直接影影响着锌锌负极活活性物质质的利用用率。因因此，通通常在电电解液中中会添加加少量 LiOOH。正正极的活活性物质质颗粒表表面上会会吸附 Li，避避免活性性物颗粒粒聚结，电电极活性性物质的的利用率率提高，LLi还能能防止电电极膨胀胀，改善善电极反反应的可可逆性和和充电过过程中的的析氧极极化，延延长电极极的使用用寿命。2.锌镍镍电池的的电化学学反应机

41、机理锌镍电池池放电反反应方程程式为：Posiit eelecctroode 正极2NiOOOH + 22H2OO +22e 2Nii（OHH)2 + 22OHNegaativve eelecctroode 负极Zn + 2OOH Zn（OOH)22 + 2e总反应方方程式：2NiOOOH + 22H2OO + Zn 2Nii（OHH)2 + ZZn（OOH)22 锌镍镍电池开开路电压压1.883V，工工作电压压大于11.6VV，理论论比能量量3344Wh/Kg ，实际际比能量量约600 Whh/Kgg ，据据称国内内某些研研究机构构与企业业已经做做到8001000Whh/Kgg，接近近锂离子子

42、电池的的比能量量。3锌镍镍电池的的特点(1) 比能量量高，可可达500800Wh/kg，明明显高于于铅酸和和镍镉电电池；(2) 比功率率高，仅仅次于锂锂离子电电池；(3) 工作电电压高，可可达1.65VV，高于于镍氢和和镍镉电电池；(4) 工作温温度宽，为为-200600；(5) 无记忆忆效应；(6) 电池的的生产和和使用过过程对环环境不产产生污染染；(7) 价格低低。六、 空气电池池1金属空气气电池是是用金属属燃料代代替氢能能源而形形成的一一种新概概念电池池，有望望成为新新一代绿绿色能源源。它具具有无污污染、放放电电压压平稳、高高比能量量、内阻阻小、储储存寿命命长、工工艺技术术要求较较低、高

43、高比功率率等优点点。1锌空空气电池池（1）锌锌空气电电池是以以空气中中的氧气气为正极极活性物物质，金金属锌为为负极活活性物质质的一种种新型化化学电源源。锌空空气电池池是一种种半蓄电电池半燃燃料电池池。首先先，负极极活性物物质同锌锌锰、铅铅酸等蓄蓄电池一一样封装装在电池池内部，具具有蓄电电池的特特点；其其次，正正极活性性物质来来自电池池外部的的空气中中所含的的氧，理理论上有有无限容容量，是是燃料电电池的典典型特征征。（2）锌锌空气电电池具有有如下优优点：比能量量高。锌锌空气电电池理论论比能量量达到113500Wh/kg以以上，实实际比能能量在110000Wh/kg以以上，属属于大容容量高能能化学

44、电电源。价格低低廉。阳阳极活性性物质锌锌来源丰丰富，价价格便宜宜。阴极极活性物物质氧气气来源于于周围空空气，基基本等同同于现在在普通使使用的铅铅酸蓄电电池。性能稳稳定，放放电平稳稳。因放放电时阴阴极催化化剂本身身不起变变化，加加之锌电电极电压压稳定，故故放电时时电压变变化很小小。 贮存存寿命特特佳。锌锌空气原原电池实实际上是是属于贮贮备型电电池。 安全全可靠，无无污染。从从生产到到使用，从从新产品品到废品品回收，都都不会污污染环境境，更不不会燃烧烧爆炸，堪堪称绿色色能源。（3）锌锌空气电电池具有有如下缺缺点：电解液液中水分分的蒸发发或电解解液的吸吸潮。 锌电极极的直接接氧化。 锌枝晶晶的生长长

45、。 电解液液碳酸化化。 空气电电极催化化剂活性性偏低。 2铝空气气电池铝空气电电池是用用高纯铝铝或铝合合金作阳阳极，用用空气(氧)电电极作阴阴极，用用碱或盐盐作电解解液。在在放电过过程中阳阳极溶解解，空气气中的氧氧被还原原而释放放出电能能。铝空气电电池具有有如下优优越性：(1) 铝是一一种活泼泼金属，比比锌、镁镁之类金金属更有有吸引力力。(2)铝铝空气电电池在现现有的小小型电池池系统中中具有最最高的比比能量。铝铝空气电电池由于于空气电电极很薄薄，使得得电池很很轻巧，适适用于便便携式设设备。 (3) 空气电电池可携携带燃料料长距离离行驶，节节约能源源，元件件可快速速更换，是是电动自自行车的的理想

46、电电源。(4) 安全可可靠，无无污染，从从生产到到使用，从从新产品品到废品品回收，都都不会污污染环境境，不会会燃烧爆爆炸，堪堪称绿色色能源。(5) 铝的储储量丰富富，价格格便宜，铝铝是地球球上含量量最丰富富的金属属元素之之一。(6) 铝空气气电池无无需充电电，补充充铝电极极和电解解液后即即可产生生电流。放放电曲线线平稳，放放电时间间长，操操作方便便。(7) 铝电极极的生产产工艺和和设备比比较简单单，投资资少，研研制费用用低。可可设计成成电解液液循环和和不循环环两种结结构形式式，便于于因使用用场合不不同而进进行设计计。七、 蓄电池的的充电方方法11蓄电电池常规规充电方方法蓄电池的的常规充充电方法

47、法主要有有恒流充充电法、分分段电流流充电法法、恒压压充电法法、恒压压限流充充电法等等。(1) 恒流充充电法恒流充电电法是通通过调整整充电装装置输出出电压或或改变与与蓄电池池串联电电阻的方方式使充充电电流流强度保保持不变变的充电电方法。 (2) 分段电电流充电电法在充电过过程中，为为更有效效地利用用电能而而用逐渐渐减小电电流的方方法。二二阶段充充电法和和三阶段段充电法法。1) 二二阶段充充电法二阶段充充电法采采用恒电电流和恒恒电压相相结合的的快速充充电方法法，如图图所示。2) 三三阶段充充电法三阶段充充电法在在充电开开始和结结束时采采用恒电电流充电电，中间间用恒电电压充电电。当电电流衰减减到预定定值时，由