锂离子电池简介 谢杰 2010年5月 Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences

基本内容 1. 锂离子电池的构成 锂离子电池工作原理 电池的记忆效应 前三次充电是否需要充12~14h 使用中的安全问题 1. 锂离子电池的构成 锂离子电池工作原理 电池的记忆效应 前三次充电是否需要充12~14h 使用中的安全问题 Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences

锂离子电池与我们的生活息息相关 n Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences

锂离子电池的优点 注：聚合物锂电池在低温下电阻较大，难以提供瞬时大电流 电池类型 酸性电池 镍镉电池 镍氢电池 液态锂电池 聚合物锂电池 安全性 好 优 工作电压/V 2 1.2 3.7 重量比能量/(W·h/kg) 35 41 50～80 120～160 140～180 体积比能量/(W·h/L) 80 120 100～200 200～280 >320 循环寿命 300 500 >500 工作温度/℃ 20～60 0～60 记忆效应 无 有 自放电 <0 <10 <30 <5 毒性 有毒 轻毒 无毒 形状 固定 任意形状 注：聚合物锂电池在低温下电阻较大，难以提供瞬时大电流 Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences

锂电池优异的能量密度 体积比能量和质量比能量都很出色 Nature,2001,414(6861): 359-367 n Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences Nature,2001,414(6861): 359-367

锂离子电池的市场情况 电子消费和混合动力汽车市场上锂离子电池的销售进展，每年10亿计的锂离子电池被生产出来 n 电子消费和混合动力汽车市场上锂离子电池的销售进展，每年10亿计的锂离子电池被生产出来 锂离子混合动力汽车（HEV）市场的发展 Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences Journal of Power Sources 195 (2010) 2419–2430

锂离子电池的组成 锂离子电池一般由五大部分组成，分别是：正极材料、负极材料、隔膜、电解质、电池壳体。 锂离子电池形状和组成示意图 n Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences

锂离子电池工作原理 摇椅电池 充电 正极反应： LiMO2 Li1-xMO2+xLi++xe- 放电 负极反应 ： nC+xLi++xe- LixCn 电池反应： LiMO2+nC Li1-xMO2+ LixCn 充电 放电 正极和负极相当于锂离子的两个临时仓库，一个电势高，一个电势低。充电的时候，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入到负极；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经电解质嵌入到正极。这种循环被形象的称为“摇椅机制” 摇椅电池 Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences

电池的记忆效应 镍镉电池记忆效应的形成原因： 锂离子电池无记忆效应，无需专门充放电 引自http://bible.younet.com/files/2003/12/02/77481.shtml Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences

锂离子电池前三次充放电 实验样品：波导936，标称容量900mAh 放电容量 电压 标准充电（4~5h） 充电14h 第一次充放电 4.18V/924mAh 413V/903mAh 第二次充放电 4.17V/920mAh 415V/910mAh 第三次充放电 4.15V/918mAh 416V/908mAh ＊延长充电时间对电池容量无明显影响 锂电池需要激活，但这是工厂的事，出厂的电池都是经过激活了的（分容），并不需要用户充放电三次12~14h来激活电池，新电池充满即可使用。 引自http://bible.younet.com/files/2002/10/10/7765.shtml http://www.bjbdn.com/changshi/200810/477.html Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences

使用中的安全问题 无须过于担心锂电池的安全性 规范的锂离子电池都设计有保护电路，防止过充电和过放电，以及短路起火。 锂电池测试标准 外短路测试：电池不起火、不爆炸。  针刺试验：使电池完全穿透；电池漏液、发热；不起火不爆炸。  热冲击测试：电池满充后，放入烘箱以 5℃/min 的速率升温至 150 ℃，保温 30min; 电池鼓壳、发热；不起火、不爆炸。  过充测试：电池在 3C 倍率（1C即1h充满电池）、 5V 电压条件下充电；电池不起火、不爆炸。 “现阶段一旦电动汽车发生燃烧，大家想当然就是电池不好，因为电池燃烧了。但是现在如果翻车了一辆燃油车爆炸燃烧了认为是理所当然了，因为大家认为汽车是可以着火燃烧的。”——李新海（教授、教育部电池材料工程中心的副主任） 无须过于担心锂电池的安全性 引自http://www.bokee.net/bloggermodule/blog_viewblog.do?id=736469 http://bible.younet.com/files/2003/12/03/77821.shtml Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences

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