锂电池在新能源汽车中的应用.ppt

第二部分 车载电池 当前世界电池工业发展的三个特点： 第一，绿色环保电池迅猛发展，包括锂离子蓄电池、镍氢电池等。 第二，一次电池向蓄电池转化，符合可持续发展战略。 第三，电池进一步向小、轻、薄方向发展。 第三部分 锂离子电池 锂离子电池 锂离子电池是一种二次电池（充电电池），分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。 第三部分 锂离子电池 优点 优点 1 2 3 优点 电压高，比能大，循环寿命长 安全性好，无公害，无记忆效应 自放电小，充电快，重量轻 第三部分 锂离子电池 组成部分 正极—活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。 隔膜—一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。 第三部分 锂离子电池 负极—活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。 有机电解液—溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。 电池外壳—分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。 第三部分 锂离子电池 正极材料 锂离子电池的正极材料主要有LiMn2O4 、LiCoO2 、 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiFePO4等。其中LiFePO4为正交晶系橄榄石结构，具有无毒性、低成本、热稳定性高、充放电平台平稳等优点，其理论比容量为170 mAh/g，平台电压（相对于Li）为3.4V，理论上锂离子可进行接近100%的嵌入与脱嵌。在充放电循环过程中，材料结构不会崩解或遭到破坏，能承受30C倍率以上的大电流充放电，被认为是大容量动力电池的最有前景的材料。 第三部分 锂离子电池 LiFePO4材料的制备方法 主要有水热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、喷雾热解法、高温固相法、微波烧结法、机械球磨法等，这些方法可以归为两类：液相合成法和固相合成法。此外，生物模板合成法及薄膜制备法也可用于制备LiFePO4材料。 第三部分 锂离子电池 液相合成法 水热法 溶胶-凝胶法 共沉淀法 喷雾热解法 第三部分 锂离子电池 水热法 一般以可溶性亚铁盐、锂盐和磷酸为原料，在水热条件下直接合成。水热体系为LiFePO4的合成提供了良好的惰性环境。但是，该方法制备的产物经常存在Fe错位，影响产物的电化学性能，存在粒径不均匀、设备投资大等缺点。 第三部分 锂离子电池 喷雾热解法 主要通过在正极前驱溶液中加入稍过量的不挥发高沸点聚合物，使其在喷雾过程中与正极活性物质均匀混合，在后续热处理过程中隔绝空气裂解，得到的碳原位还原Fe3+从而形成LiFePO4 。 第三部分 锂离子电池 共沉淀法 采用共沉淀法制备LiFePO4时，煅烧温度低，产物的纯度高，形貌和粒度容易控制，材料粒径较小，产物均匀性好。通常在水性溶液中进行，在反应过程中通入惰性气体以防止Fe2+在水溶液中被氧化或直接以Fe3+为原料在高温煅烧阶段进行还原。但该方法存在废液处理问题，实际应用受到一定限制。 第三部分 锂离子电池 共沉淀法 以Fe3(PO4)2·8H2O、Li3PO4为原料，通过控制pH值和烧结温度，在相应的盐溶液中共沉积出磷酸亚铁和磷酸锂前驱体，将其在650-800℃进行焙烧制得LiFePO4。该材料具有良好的电化学性能和热稳定性能，在0.05C和0.5C倍率下充放电，比容量分别达到160mAh/g和145mAh/g。 第三部分 锂离子电池 溶胶-凝胶法 以Fe(NO3)3·H2O、LiNO3和NH4H2PO4为原料，以蔗糖为碳源，以草酸为配位剂和还原剂，将原料混合，加入蔗糖溶液和草酸溶液，在80℃下恒温搅拌得到湿凝胶，置于100 ℃干燥箱中恒温干燥得到干凝胶，然后在惰性气体气氛中煅烧得到含碳的LiFePO4材料。 第三部分 锂离子电池 高温固相合成法 固相合成法 微波烧结法 机械球磨法 第三部分 锂离子电池 高温固相合成法 高温固相法是截至目前最常用且最成熟的一种方法。按化学计量比将Li2CO3、FeC2O4·2H2O和NH4