电池知识

*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池与锂电池Nov.2006Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池与锂电池 电池的历史 化学电池原理 锂离子电池原理 ATL锂离子电池工艺 锂离子电池的容量 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited电池的发展历史 Oneofthemostimportantdiscovery-Electric(400yearago)-Gilbert(UK)Battery?Maybemucholder!!ParthianswhoruledBaghdad(ca.250BC)usedbatteriestoelectroplatesilver.图为伊拉克巴格达-粘土瓶Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited电池的发展历史Primarycells AlessandroVolta(1745-1827)inventedtheso-called"electricpistol".Justforcommunication Thenextstageofgeneratingelectricitywasthroughelectrolysis.Voltadiscoveredin1800-VoltaCell In1802,Dr.WilliamCruickshankdesignedthefirstelectricbatterycapableofmassproduction. In1831,MichaelFaraday(1791-1867)demonstratedelectricitythroughmagnetism.Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited电池的发展历史Secondarycells In1859,GastonPlanté(French)inventedthefirstrechargeablebattery,Leadacidbattery In1899,WaldmarJungner(Sweden)inventedtheNi-Cdbattery. Ni-MHstartedinthe1970sandbecamecommerciallyavailableinthe1990sUnauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited电池的发展历史LithiumandLithiumionbattery Thefirstprimarylithiumbatteriesappearedinearly1970s,developedrechargeablelithiumbatteriesfollowedinthe1980sbutfailedduetosafetyproblems.. In1991,theSonyCorporationcommercializedthefirstlithium-ionbattery. In1995,BellcoreCo.inventedthePolymernewprocess-----P1Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池与锂电池 电池的历史 化学电池原理 锂离子电池原理 ATL锂离子电池工艺 锂离子电池的容量设计Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池原理 电的形成（想想水龙头） 电流---电荷的定向移动形成电流 电量---移动电荷的数量 电压---电势差(类似水的流动) 化学电池 化学能转化为电能的装置 化学反应(氧化还原反应) Zn+CuCl2=ZnCl2+Cu 化学反应=>化学电池 第一步:Zn=Zn2++4e- 第二步:Cu2++2e-=CuUnauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池原理 化学反应=>化学电池---受控化学反应 第一步:Zn=Zn2++2e- 第二步:Cu2++2e-=Cu 电荷为什么会移动? 化学势差 水会自动从高处往低处流Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池原理 化学电池六要素 负极(Zn) 正极(Cu) 电解液(硫酸盐溶液) 隔离膜 电极引线 外包装Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池原理 电池的能量 电池能量=化学势差*电量 化学势差---决定于正、负极材料的化学势 电量---决定于正、负极能移动的电子总量Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池原理 化学势Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池原理 电池能量=化学势差*电量Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池原理 电池分类 一次电池 干电池 锌—锰干电池、碱性锌—锰电池 贮备电池 锌—银电池 二次电池 可充电电池 铅酸电池、镍镉电池、金属氢化物-镍电池、液态锂离子电池、聚合物锂离子电池 燃料电池 氢—氧燃料电池Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池原理 几种二次电池的比较 Ni-Cd Ni-MH Li-ion Li-ionpolymer 能量密度(Wh/kg) 80 120 160 180 循环寿命(times) 1500 500 500 500 额定电压(V) 1.25 1.25 3.7 3.7 自放电率(/month) 20% 30% 10% <10% 脉冲放电能力 High moderate Moderate Moderate 环境友好性 No Yes Yes Yes 记忆效应 Yes Small No No 安全性(滥用试验) High High Low ModerateUnauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池原理 化学电池六要素Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池与锂电池 电池的历史 化学电池原理 锂离子电池原理 ATL锂离子电池工艺 锂离子电池的容量设计Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited锂离子电池原理 WhoisgoodenoughUnauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited锂离子电池原理 为什么不用金属锂做负极 安全问题(特别是循环之后) 一次扣式电池确实可用金属锂做负极 锂离子电池的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 （1991，Sony） 负极---石墨 正极---钴酸锂 此商业化的解决方案仍有安全问题(过充、高温等)Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited锂离子电池原理商业化LIB-LiCoO2/C的摇椅式结构Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited锂离子电池原理 锂离子电池的解决方案 负极石墨---装锂的口袋 LixC66C+xLi++xe- 正极钴酸锂---提供锂离子的框架结构 Li1-yCoO2+yLi++ye-LiCoO2Unauthorizedreproductionprohibited图表1 4.1863098145 4.0686922073 4.0450072289 4.0259952545 4.0092387199 3.9932878017 3.9800758362 3.96702528 3.9518799782 3.9341566563 3.9149832726 3.8962934017 3.8814702034 3.8701918125 3.859719038 3.8494074345 3.838773489 3.828461647 3.818472147 3.8083217144 3.7988154888 3.7893095016 3.780125618 3.7712640762 3.7624022961 3.7540240288 3.7456459999 3.737912178 3.7303395271 3.7224445343 3.7150330544 3.7081048489 3.7014989853 3.6942484379 3.6882870197 3.6823256016 3.6768474579 3.6713695526 3.6666970253 3.6621856689 3.6578352451 3.6536462307 3.6497793198 3.6451067924 3.640917778 3.6364064217 3.6315727234 3.6262557507 3.620777607 3.6149773598 3.6091771126 3.603376627 3.5969319344 3.589520216 3.5806586742 3.5701858997 3.5568130016 3.541023016 3.5220110416 3.4984874725 3.4651355743 3.4134159088 3.3244774342 3.1573956013 2.999819994 2.99981999425℃DischargeRate(%)Voltage(V)01501091300525CPerformancePlotSheet1 Sheet1 4.1863098145 4.0686922073 4.0450072289 4.0259952545 4.0092387199 3.9932878017 3.9800758362 3.96702528 3.9518799782 3.9341566563 3.9149832726 3.8962934017 3.8814702034 3.8701918125 3.859719038 3.8494074345 3.838773489 3.828461647 3.818472147 3.8083217144 3.7988154888 3.7893095016 3.780125618 3.7712640762 3.7624022961 3.7540240288 3.7456459999 3.737912178 3.7303395271 3.7224445343 3.7150330544 3.7081048489 3.7014989853 3.6942484379 3.6882870197 3.6823256016 3.6768474579 3.6713695526 3.6666970253 3.6621856689 3.6578352451 3.6536462307 3.6497793198 3.6451067924 3.640917778 3.6364064217 3.6315727234 3.6262557507 3.620777607 3.6149773598 3.6091771126 3.603376627 3.5969319344 3.589520216 3.5806586742 3.5701858997 3.5568130016 3.541023016 3.5220110416 3.4984874725 3.4651355743 3.4134159088 3.3244774342 3.1573956013 2.999819994 2.99981999425℃DischargeRate(%)Voltage(V)01501091300525CPerformancePlotSheet2 Sheet3 *Unauthorizedreproductionprohibited 锂离子电池六要素 负极(石墨) 正极(LiCoO2) 电解液(碳酸脂+LiPF6) 隔离膜(PP或PE) 电极引线(镍(铜)、铝) 外包装(软、硬)锂离子电池原理Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited锂离子电池优势 以18650型锂离子电池为例，1991年SONY公司产品的容量为900mAh,目前已达到2550mAhUnauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池与锂电池 电池的历史 化学电池原理 锂离子电池原理 ATL锂离子电池工艺 锂离子电池的容量设计Unauthorizedreproductionprohibited*UnauthorizedreproductionprohibitedATL电池工艺 叠片式聚合物软包装方形锂离子电池UnauthorizedreproductionprohibitedFORM 行为观察反馈表　（BehaviorObserveFeedback) 要求：发现问题立刻反馈、纠正，作好记录。当天上交BOF表格到HS&E部门。 观察者姓名：　　　　　　　　　　　. 日期：　　年　月　日 观察区域：□A1-1F　□A1-2F□A1-3F□A2-1F　□A2-2F□A2-3F □A3-1F　□A3-2F□A3-3F□A4-1F　□A4-2F□A4-3F □A5-1F　　A5-2F□A5-3F　　□A5-4F　　□A5-5F □ME维修房　　□厂房□实验室　　□仓库　　□宿舍 当天检查重点： ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 当班发现的不安全行为记录 时间 详细地点 不安全人员姓名 工号 违反安全代码编号 不安全行为详细描叙 纠正方法 员工/职员主管签名 FormNO:FQ-ESP-016-02AEXAMPLE 行为观察反馈表　（BehaviorObserveFeedback) 要求：发现问题立刻反馈、纠正，作好记录。当天上交BOF表格到HS&E部门。 观察者姓名：　　　　　　　　　　　. 晏建军 日期：　2004　　年4　月26日　日 观察区域：□A1-1F　□A1-2F□A1-3F□A2-1F　□A2-2F□A2-3F □A3-1F　□A3-2F□A3-3F□A4-1F　□A4-2F□A4-3F □ME维修房　　□厂房□实验室　　□仓库　　□宿舍 当天检查重点： ① 防爆区域内有打手机、抽烟等行为 ② 工作时间内打瞌睡 ③ 在工作区域内跑动、嘻闹 ④ 机器操作员违章操作行为 ⑤ 防爆区域作业有无大力敲打、拖、拉、滚动行为 ⑥ 溶剂有无跑冒滴漏 ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 当班发现的不安全行为记录 时间 生产线或者其他地点 不安全人员姓名 工号 违反安全代码编号 不安全行为详细描叙 纠正方法 员工/职员主管签名 20:40 A4溶剂仓 两桶GPT少量渗漏 已知会物料员巫资明 21:50 A2-2F气动冲压 方世达 P6373 操作中,在取压块与刀模时,先取出压块后取出刀模 教育改正 方世达 下面是昨晚下雨时出现及发现的问题 1、A1天台由于没有及时清洁的垃圾被雨水冲积堵塞下水道口，导致下水道堵塞，雨水满过天台上的小电梯门槛及楼梯门槛，流向3F试验拉及楼梯，致使车间及楼梯口很多水；2、A2华工泰干燥机房5#机处百叶窗进水，将5#机淋湿。已告诉董相盛主管指挥员工关掉5#机电源；且房里积水较多，下水道需改进。绿色通道雨水顺着阶梯直冲进车间，能否在阶梯下下水沟盖边加防水堤？ 2 FormNO:FQ-ESP-016-02ASheet3 Mixing Coating Filmprocess Slitting Lamination Calendering Electrodepunching Electrodecutting Bicelllamination Electrodewelding ElectrodeAssembly Inter-exchangeble Bicellwelding JellyRollwinding Packaging Activation Formation CellPackaging*UnauthorizedreproductionprohibitedGridrollFilmrollSlittingLaminationSlittingElectrodeElectroderollATL电池工艺 卷绕式聚合物软包装方形锂离子电池Unauthorizedreproductionprohibited*UnauthorizedreproductionprohibitedBi-cellInsertbatterycellFormedpocketPackingfoilStackingWeldingTopSealingRH<1.5%DryRoomATL电池工艺 叠片式聚合物软包装方形锂离子电池Unauthorizedreproductionprohibited*UnauthorizedreproductionprohibitedFormationDegassingTrimingElectricalTestingOQAShipmentATL电池工艺 聚合物软包装方形锂离子电池Unauthorizedreproductionprohibited*UnauthorizedreproductionprohibitedATL电池工艺 卷绕式聚合物软包装方形锂离子电池 相比叠片式工艺简化较多 直接涂步与铜箔、铝箔 省去了热复合 阴、阳极及隔离膜各仅一片，装配速度快很多 焊接简单Unauthorizedreproductionprohibited*UnauthorizedreproductionprohibitedATL电池工艺 锂离子电池为什么需要化成（或称活化）? 负极石墨上形成SEI SEI:Solidelectrolyteinterface 来自锂与电解液的反应 生成物包括Li2CO3,(CH2OCO2Li)2等，通常还有气体 由于有气体，化成后还要做一次真空封装 就象金属插入浓硫酸的反应（表面形成一层钝化膜后反应就终止Unauthorizedreproductionprohibited*UnauthorizedreproductionprohibitedATL电池工艺 锂离子电池的分类 按装配工艺 卷绕式 叠片式 按电解液的形态 液态锂离子电池---电解液为液态 聚合物锂离子电池---电解液为胶态 按包装 软包装---铝箔袋（尼龙/铝箔/PP） 硬包装---铝壳、钢壳 按外形 方形---383450等 圆柱形---18650 异形---月牙形等 ATL电池之应用 蓝牙耳机 叠片式聚合物软包装异形(方形)锂离子电池 手机 叠片式聚合物软包装方形(异形)锂离子电池 卷绕式聚合物软包装方形锂离子电池 笔记 哲学笔记pdf明清笔记pdf政法笔记下载课堂笔记下载生物化学笔记PDF 本电脑 卷绕式聚合物软包装方形锂离子电池 18650 电动汽车 叠片式聚合物硬包装方形锂离子电池 圆柱形---18650Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited化学电池与锂电池电池的历史化学电池原理锂离子电池原理ATL锂离子电池工艺锂离子电池的容量设计Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited锂离子电池的容量设计 几个物理参数 原子量的定义 e-=1.60217733*10-19C 1C=1A.s=1A.h/3600=1000mA.h/3600=0.2778mAh L=6.0221367*1023/mol 1mol电子的电量F=e-*L=96485.309C=96485.309/3600Ah=26.80174Ah=26802mAhUnauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited锂离子电池的容量设计 几个物理量的单位 电能=UIt（电压*电流*时间） J,Wh,°(kWh) 电能=UI*t（电压电流*时间） W*s、W*h 电能=U*It（电压*电流时间） V*As,V*Ah,V*mAh 电流*时间 mAh---容量 C的定义 700mAh的电池 1C放电---指1小时正好恒流放完电所需电流，即700mA 2C---即1400mA 0.5C---即350mA Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited锂离子电池的容量设计 负极石墨的克容量 满充到满放时石墨的反应方程 LiC66C+Li++e- 6个C原子能放出1个电子 6molC原子能放出1mol电子 6molC原子的质量=6*12=72g 1mol电子电量=1.60217733*10-19C*6.0221367*1023=96485.309C=96485.309/3600Ah=26.80174Ah=26802mAh 石墨的克容量=26802mAh/72g=372mAh/g 实际材料容量280~370mAh/gUnauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited锂离子电池的容量设计 正极的LiCoO2克容量 满充到满放时LiCoO2的反应方程 Li1-yCoO2+yLi++ye-LiCoO2 如y=1则LiCoO2的克容量=274mAh/g 如y=0.5,LiCoO2的克容量=137mAh/g 实际LiCoO2的克容量»140mAh/g y>0.5时(电池电压>4.2V)LiCoO2结构开始不稳定，循环明显变差；接近0时会和电解液发生剧烈放热化学反应。电池电压>4.2V称为被过充Unauthorizedreproductionprohibited*Unauthorizedreproductionprohibited锂离子电池的容量设计 如何精确知道正、负极材料的容量密度 半电池法测试材料的真实容量 正、负极材料分别与金属锂片组装成电池 横轴为锂的电位Unauthorizedreproductionprohibited图表1 3.0990917683 3.4052224159 0.3061306477 3.3441050053 3.6415476799 0.2974426746 3.449616909 3.7410850525 0.2914681435 3.5196897984 3.8003189564 0.280629158 3.5738151073 3.8390958309 0.2652807236 3.6165030003 3.8662700653 0.249767065 3.6525864601 3.8855059147 0.2329194546 3.6831929684 3.899856329 0.2166633606 3.7091281414 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