电池知识概述

电池知识概述，包含电池的基础知识，锂离子的知识、电池生产过程、电池的检测。希望对你有帮助。

电池知识概述

• 分类
  • 化学电池
    • 一次电池
      • 锌锰电池
      • 锂电池
      • 原电池，不可充电电池
    • 二次电池
      • 镍镉电池
      • 镍氢电池
      • 铅酸电池
      • 锂离子电池
      • 三元锂电池NCA、NCM
      • 蓄电池，可充电电池
    • 燃料电池
  • 物理电池
    • 太阳能电池
    • 热电池
    • 双层电气电容
  • 生物电池
    • 酶解电池
    • 微生物电池
• 基础
  • 原电池&电解池
    • 相同点
      • 都涉及电能和化学能的转换
      • 都有电子的转移
      • 装置中均有导电溶液的存在
      • 均发生氧化还原反应
    • 不同点
      • 能量转换不同
        • 原电池：化学能→电能（放电）
        • 电解池：电能→化学能（充电）
      • 原理相反
        • 原电池
          • 负极：还原剂失电子，发生氧化反应
          • 正极：氧化剂得电子，发生还原反应
        • 电解池
          • 阴极：发生还原反应，得电子
          • 阳极：发生氧化反应，失电子
      • 电子流向不同
        • 原电池
          • 负极→正极
        • 电解池
          • 电源负极→阴极，阳极→电源正极
      • 电流方向不同
        • 原电池
          • 正极→负极
        • 电解池
          • 电源正极→阳极，阴极→电源负极
    • 氧化还原反应，电子的转移产生电流
  • 组成
    • 电极
      • 正极：电势较高的电极
      • 负极：电势较低的电极
      • 活性物质添加剂和导电骨架组成
    • 电解质
      • 传递正负极之间的电荷
        • 碱性
          • KOH溶液为主
            • 镍镉电池
            • 镍氢电池
            • 碱性锌锰电池
        • 酸性
          • 硫酸水溶液
            • 铅酸电池
        • 中性
          • 盐溶液
            • 锌锰电池
            • 海水电池
        • 有机电解质
          • 有机溶液
            • 锂电池
            • 锂离子电池
    • 隔膜
      • 避免正负极活性物质直接接触
        • 常用PP、尼龙
    • 外壳
      • 强度高、耐腐蚀、耐冲击、耐振动、耐高低温变化
    • 动力电池成本：正极40%、负及20%、电解质10%、隔膜8%、其他22%
  • 概念
    • 电动势
    • 容量&比容量
      • 电池容量C=It（Ah/mAh）
    • 能量密度
    • 负载能力
    • 内阻
    • 内压
    • 充放电效率&充放电倍率
    • 开路电压&工作电压
    • 循环寿命
      • 容量衰减到一定值的完全充放电次数
        • 温度、温差影响电池寿命最重要因素，对电池电芯进行热管理控制非常重要
          • 高功率应用车型
            • 加冷却系统（降温度）
          • 纯电动车型
            • 加热均衡组件（减温差）
    • 自放电率
      • 电量自然衰减现象，SD%=C损失/(C初始*t)
    • 记忆效应
      • 镍镉电池
    • 过放电&过充电
    • SOC
      • 当前容量占可用容量百分比
  • 充电方式
    • 超高速充电
      • 充电电流大于0.8C
    • 快速充电
      • 0.2-0.8C
    • 慢速充电
      • 0.1-0.2C
    • 涓流充电
      • 小于0.1C
    • 恒流充电
      • 保持充电电流不变
    • 脉冲式充电
      • 脉冲电流充电
    • 快速自动充电
      • 电流余弦法充电，缓解热量聚集
• 锂离子电池
  • 定义
    • 锂离子嵌入化合物为正、负极的二次电池
  • 原理
  • 特点
    • 体积及质量的能量密度高
    • 自放电率小，可实现快速充放电，可做成大容量电池组
    • 寿命长（大于1200次）
    • 单电池的输出电压高（4.2V）
    • 可使用温度高（可达60℃）
    • 无记忆效应
    • 安全性高
    • 不含有毒物质，绿色环保
  • 成分
    • 正极材料
      • 要求
        • 比能量高、比功率大
        • 自放电率小
        • 价格低廉
        • 使用寿命长
        • 安全性好
      • 材料（金属复合氧化物）
        • 钴酸锂LiCoO2(LCO)
        • 锰酸锂LiMn2O4(LMO)
        • 磷酸铁锂LiFePO4（LFP)
        • 镍酸锂LiNiO2
        • 三元锂材料（NCM、NCA）
      • 发展方向
        • 动力电池
          • 磷酸铁锂、锰酸锂
        • 通讯电池
          • 三元、镍酸锂
      • 三元能量密度大，磷酸铁锂安全性更高
    • 负及材料
      • 要求
        • Li+可快速、可逆嵌入和脱出，以得到高容量密度
        • 良好表面结构，相稳定
        • 锂离子在电极中扩散系数大
        • 锂离子嵌入、脱出过程中电极电位变化小
        • 锂离子嵌入、脱出过程中主体结构变化小
      • 材料
        • 碳材料
          • 石墨&改性石墨
        • 钛酸锂
        • 硅基
        • 锡基
        • 钛酸锂（LTO)
      • 发展方向
        • 碳材料存在安全隐患，钛酸锂为新方向
          • 目前主要为碳材料
    • 电解质
      • 要求
        • 电导率高
        • 化学稳定性好，不以电极材料反应
        • 反应速率高
        • 无毒、蒸气压低，使用安全
        • 热稳定性好
        • 对离子有较好的溶剂化性能
        • 成本低、易制备
      • 材料
        • 主溶剂+添加剂
          • 有机溶剂
            • 为改善性能，常使用混合有机溶剂，如DMC+EMC+EC
          • 电解质锂盐
        • 常用：LiPF6溶于DMC
          • BYD使用
    • 隔膜
      • 作用
        • 隔离正、负极，使电池内部电子不能自由穿过
        • 能够让电解质液中的离子在正负极间自由移动
      • 性能及影响
      • 材料
        • 多孔聚合物薄膜
          • 聚丙烯PP
          • 聚乙烯PE
          • 复合膜PP/PE/PP
            • BYD: PP/PE膜
        • 无纺布
        • 高空隙纳米纤维膜
        • Separion 隔膜
        • 聚合物电解质
• 生产流程
  • 配料
    • 将活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂按比例混合均匀，配制成溶浆料
  • 拉浆
    • 将浆料均匀粘附在集流体上
  • 制片
    • 将拉浆制成的大片做成满足工艺要求的极片
  • 卷绕
    • 将极片、隔膜纸按一定顺序卷绕一起，并放入外壳内
  • 焊接
    • 将电池盖板与壳体焊接起来
  • 注液
    • 电解液注入电池壳体
  • 成化
    • 通过一定充放电方式激活正负极活性物质，以改善其综合性能
      • 电池经成化后才能体现其真实性能
  • 封口
    • 将注液空密封起来
  • 分容
    • 因工艺原因，电池实际容量不完全一致，经过一定充放电制度检测，并将电池按容量分容
  • 检测包装
• 强制性国家标准（安全要求）
  • 标准更新
    • 2020/5/12，国家标准委批准发布，2021/1/1正式实施
  • GB 18384-2020《电动汽车安全要求》
  • GB 38032-2020《电动客车安全要求》
    • 整体框架
    • 重点试验项目
  • GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》
    • 整体框架
    • 重点试验项目