institute of metal research, chinese academy of sciences

Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences

锂离子电池简介

谢杰 2010 年 5月


基本内容

1. 锂离子电池的构成

2. 锂离子电池工作原理

3. 电池的记忆效应

4. 前三次充电是否需要充 12~14h

5. 使用中的安全问题


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锂离子电池与我们的生活息息相关


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好好好优工作电压 /V 2 1.2 1.2 3.7 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 300 300 500 >500 >500

工作温度 /℃ 20 ～ 60 20 ～ 60 20 ～ 60 0 ～ 60 0 ～ 60

记忆效应无有无无无自放电 <0 <10 <30 <5 <5

毒性有毒有毒轻毒轻毒无毒形状固定固定固定固定任意形状

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


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Nature,2001,414(6861): 359-367

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


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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锂离子混合动力汽车（ HEV ）市场的发展

Journal of Power Sources 195 (2010) 2419–2430


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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


锂离子电池工作原理

正极反应： LiMO2 Li1-xMO2+xLi++xe-

负极反应： nC+xLi++xe- LixCn

电池反应： LiMO2+nC Li1-xMO2+ LixCn

充电放电

充电放电

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


电池的记忆效应

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

镍镉电池记忆效应的形成原因：


锂离子电池前三次充放电

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

实验样品：波导 936 ，标称容量 900mAh

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。

＊延长充电时间对电池容量无明显影响

引自 http://bible.younet.com/files/2002/10/10/7765.shtml http://www.bjbdn.com/changshi/200810/477.html


使用中的安全问题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。

引自 http://www.bokee.net/bloggermodule/blog_viewblog.do?id=736469http://bible.younet.com/files/2003/12/03/77821.shtml

“ 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

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。

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