锂电池学习总结.docx

锂电池一、电芯使用种类 2二、电芯分类 3２.１从外形区分：方形电池和圆柱形电池； 3２.２锂电池外包材料区分： 3２.３从用途上区分： 3２.３.１ 从使用场合来区分： 3２.３.２ 从结构上区分： 3２.３.３ 从20℃放电容量倍率区分： 3２.４从正负极材料区分： 3２.４.１、三元材料： 3２.４.２磷酸铁锂： 4２.４.３钛酸锂： 4三、电芯 4３.１化学背景 43.1.1电池与燃料背后的简单化学 53.2电芯的的电解液问题 63.3电芯的负极表面材料 73.4电芯的正极表面材料 103.5电芯的选材问题 113.6电芯前沿技术 11一、电芯使用种类目前亿能电子电池包所选的锂电池电芯有三星、东芝、力神、亿纬、国轩高科、CATL等等容量： 在25℃，最小放电容量放电能量：在25℃，最小放电能量脉冲电流：在25℃，50%SOC条件下，最大放电电流寿命： 在25℃，情况下可循环三星东芝力神亿纬ＣＡＴＬ国轩94AH西安37Ah韩国28Ah韩国20AH2.2AH1865037AH56AH75AH容量（AH）94AH（1/3C放电）37Ah（1C放电）28Ah（1C放电）20AH（1/3C放电）2.2AH（0.2C放电）1次≥37Ah（1/3C放电，循环五次）56AH（1/3C放电）75AH（1/3C放电）材料三元材料三元材料三元材料钛酸锂三元材料三元材料磷酸铁锂磷酸铁锂重量（g）20608057555154681014401900放电能量（wh）345（1/3C放电）136（1C放电）102.76（1C放电）46（1/3C放电）7.92 Wh（0.2C放电）1次≥135（1/3C放电，循环五次）工作环境﹣30℃-60℃﹣30℃-60℃﹣30℃-60℃﹣30℃-55℃﹣30℃-55℃﹣20℃-60℃﹣20℃-60℃﹣20℃-60℃脉冲电流380 A，持续5S110A，持续10S297A，持续10S200A，持续10S3C，15℃-45℃，370A，持续10S能量密度（Wh/Kg）16516913689.3172166.7工作电压范围2.7V-4.15V3V-4.2V3V-4.15V1.5V-2.7V2V-4.1V2.8V-4.2V标称电压3.68V3.665V3.67V2.3V3.6V3.65V3.2V3.2寿命3500次（1C放，0.5C充）3500次（1C放，0.5C充）3500次（1C放，0.5C充）2000次（1C放，1C充）1000次（1C放，0.5C充）1600次3500次2500次其中，力神37AH寿命条件为： 在25℃，1C恒流至4.15V，恒压至电流＜1850mV，1C恒流放电，80%DOD，每第25次放电100%DOD。

亿纬56AH寿命条件：标准充电结束后，搁置30min后，在（235）℃环境下，以0.5C恒流放电至终止电压后，再进行下一个循环，至容量衰减为初始容量的 80%止，所完成的循环次数定义为该电池的循环寿命亿纬75AH寿命条件：标准充电结束后，搁置30min后，在（235）℃环境 下，以0.33C恒流放电至终止电压后，再进行下一个循环，至容量衰减为初始容量的80%止，所完成的循环次数定义为该电池的循环寿命二、电芯分类２.１从外形区分：方形电池和圆柱形电池；２.２锂电池外包材料区分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；２.３从用途上区分：能量型电池和功率型电池；２.３.１ 从使用场合来区分： 能量型电池：以高能量密度为特点，主要用于高能量输出的蓄电池比方说：汽车动力电池；功率型电池：一高功率输出为特点，主要用于瞬间高功率输出和输入的电池比方说汽车启动、制动能量回收；２.３.２ 从结构上区分：能量型电池：对于能量型电池，放电的倍率较小，那么在综合考虑内阻和容量的时候可以把容量排在前面，当然在增大容量的过程中也要尽可能地减小内阻在极耳的选取上，能量型的可以相对薄极耳越薄，电池的容量就会减大在涂敷的厚度上，能量型的电池极片要涂得厚些，活性物质粘接附着力变大，回到正极的锂离子变多容量增大；功率型电池：对于功率型电池，放电的倍率较大，那么在综合考虑内阻和容量的时候可以把内阻排在前面。

在极耳的选取上，高功率型的电池极耳要厚些极片越厚，电池的极耳的阻值就会减小，过流面积会增大在涂敷的厚度上，高功率型的电池极片要涂得薄些，这样锂离子和电子在电阻相对较大的电极活性物质上迁移的距离小，总内阻减小，可以支持大电流，以达到高功率的要求； ２.３.３ 从20℃放电容量倍率区分：能量型电池：按照厂家提供的专用规程进行充电若厂家未提供充电器，在20℃5℃条件下，蓄电池以1/3C电流放电，至蓄电池电压达到3.0V（或企业技术条件中规定的放电或终止电压）时停止放电，静置1h，然后在20℃5℃条件下以1/3恒流充电，至蓄电池电压达4.2V（或企业技术条件中规定的放电或终止电压）时转恒压充电，至充电电流降至1/30C时停止充电充电后静置1h，在20℃5℃条件下以1.5C电流放电，直到放电终止电压3.0V或企业极柱条件中规定的放电终止电压此时的放电容量不低于额定值的90%；功率型电池：按照厂家提供的专用规程进行充电若厂家未提供充电器，在20℃5℃条件下，蓄电池以1/3C电流放电，至蓄电池电压达到3.0V（或企业技术条件中规定的放电或终止电压）时停止放电，静置1h，然后在20℃5℃条件下以1/3恒流充电，至蓄电池电压达4.2V（或企业技术条件中规定的放电或终止电压）时转恒压充电，至充电电流降至1/30C时停止充电。

充电后静置1h，在20℃5℃条件下以4C电流放电，直到放电终止电压3.0V或企业极柱条件中规定的放电终止电压此时的放电容量不低于额定值的80%；２.４从正负极材料区分：三元材料、钛酸锂材料、磷酸铁锂材料２.４.１、三元材料：三元材料：是指由三种化学成分（元素），组分（单质及化合物）或部分（零件）组成的材料整体）；正极：镍盐、钴盐、锰盐（三元材料）；负极：石墨、铜；电解质：碳酸甲乙酯；电解质形态：固态凝胶型；额定电压：3.7V；２.４.２磷酸铁锂：正极：磷酸铁锂；负极：石墨、铜；额定电压：3.2V；２.４.３钛酸锂：正极:磷酸铁锂、锰酸锂或三元材料、镍锰酸锂；负极:钛酸锂材料；额定电压：2.4V；三、电芯３.１化学背景电池的容量=能量密度X电池体积所以体积一定如果要提高电池容量需要从能量密度上改善，能量密度的改善就需要电化学方面知识，也就是说电池背后的化学限制了电池的能量密度图一：从wiki中转载的各种能量载体的能量密度不难看出亿能及绝大多数动力电池用的都是左下角的锂离子电芯，其中还有汽油，柴油，丁烷，丙烷，天然气，其中纵坐标单位是MJ/L，横坐标是MJ/Kg可见锂离子电芯左下角的位置弱爆了。

但是为什么燃料电芯没有发展起来，锂离子却迅速发展并占领动力电芯主动位？3.1.1电池与燃料背后的简单化学我们生活中所见到的绝大部分燃料与电池，这类能量载体，涉及到化学主要是氧化还原反应能量载体们涉及到的具体化学过程千变万化，但总能归纳到一个氧化还原反应图二：氧化还原简图氧化还原反应的实质是电子从还原剂到氧化剂的转移与电池极为相似，电池的负极为还原剂，正极为氧化剂（近似如此）电子从负极经过外部电路流至正极，然后顺便做点功：点亮灯泡，驱动车辆，支撑与电脑既然电子是能量的来源，那么我们就可以通过电子的密度来估计能量密度了这里我们先假设电子能做的功都是一致的（这个显然不对，实际上取决于氧化剂与还原剂的种类但如果仔细考察，对于常见的电池与燃料，这点不是主要因素）能量载体的电子密度，在按体积计算情况下，主要取决于两个因素；按照重量计算，就一个1. 按体积计算：能量载体的物质密度固体>液体>>>>>气体这点很好理解 2. 能量载体的电子转移比例原子的内层电子基本不参与化学反应，自然也不会转移，只有外层那几个才会转移做功电子转移比例是指参与反应的电子数与分子总电子数的比例通常而言，还原剂的外层电子数不会太多，但内层电子数可是随着原子数增大而增大的。

更要紧的是，原子数增加后质子与中子都在增加，而这两者都是质量的主要来源举几个例子：1）H2-2e=2H+ 氢原子只有一个电子，全参与反应了， 电子转移比是100%2）Li-e=Li+ 锂原子有三个电子，只有一个参与反应，电子转移比是1/3=33%3）Zn-2e=Zn(2+) 锌原子有三十个电子，只有两个参与反应，电子转移比是2/30=6.7%对于大多数物质，电子转移比例都很低，原因前面提到过由此可见只有在元素周期表的前两行的轻原子有可能成为好的能量载体前两行元素只有10个，氢氦锂铍硼，碳氮氧氟氖其中氦 与氖 都是惰性气体，排除氧与氟都是氧化剂，排除氮大多数情况下都是准惰性气体，如果不是惰性气体要么毒死人要么熏死人，排除我们还剩下5个元素，氢(100%)，碳(66%)，硼(60%)，铍(50%)，锂(33%)再进一步说，如果我们把一个原子当成电池的负极那么这个半电池的能量密度（质量单位）可以用电子转移数与原子量来估算如此以来，上面的比例将更为悬殊还以氢作为基准：碳（4/12 33%) 硼（3/10.8 28%), 铍（2/9,22%) 锂（1/7,14%) 大家很容易发现，最适合担任能量载体的两种元素分别是碳和氢，碳氢化合物，实际上就是我们生活中常见的汽油柴油煤油天然气等燃料。

汽车选择这些高能量载体作为能量来源，已经是自然中的较优解了电池跟各种碳氢化合物相比，可以说是天生不足3.2电芯的的电解液问题根据上面的解释，我们可以知道，电池很难在能量密度上超过燃料，不过似乎也能达到燃料的一半到1/4的水平然而现实中电池的能量密度往往只有燃料的1%不到不信请看数据能量密度比较：汽油：46.4MJ/Kg、锂43.1MJ/Kg、锂电池（不能充电）1.8MJ/Kg、锂离子电池0.36~0.875MJ/Kg其实汽油与锂的能量密度还真没多大主要原因是碳到氧的电子转移做功其实不够大（共价键 键能差别）但从锂到锂电池，再到锂离子电池，能量密度直线下降，原因很明显锂或者锂离子电池里面不光是金属锂，还有别的水货关于估算电池里面锂含量的公式（见附件）m=0.3*Ah.即把电池容量（安时）乘以30%就能算出电池中的锂含量（克）对于赫赫有名的18650（笔记本特斯拉）电池来说，其重量在42g左右，标称容量在2200mAh左右，于是其锂含量为2200/1000*0.3=0.66g大概是总重量的1.5%那就可以这样认为，提高锂电池中锂含量就可以提高锂电池能量密度了图三：锂电池内部结构般而言电池的四个部件非常关键：正极（放电为阴极），负极（放电为阳极），电解质，膈膜。

正负极是发生化学反应的地方，重要地位可以理解但电解质的作用看下图图四：锂电池充放电示意图放电：电池内部，金属锂在负极失去电子被。