在锂离子电池的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。这就像一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就在摇椅两端来回运动。人们把这种电化学储能体系形象地称为“摇椅式电池”(Rocking-chairCell)。Armand教授是锂离子电池的奠基人之一,是国际学术和产业界公认的、在电池领域具有原始创新成果的电池专家。Armand教授主要原创性学术贡献有:1.1977年,首次发现并提出石墨嵌锂化合物作为二次电池的电极材料。在此基础上,于1980年首次提出“摇椅式电池”(RockingChairBatteries)概念,成功解决了锂负极材料的安全性问题。2.1978年,首次提出了高分子固体电解质应用于锂电池。3.1996年,提出离子液体电解质材料应用于染料敏化太阳能电池。4.提出了碳包覆解决磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料的导电性问题,为动力电池及电动汽车的产业化奠定了基础。M.Armand锂离子电池的商品化1990年日本SONY公司正式推出LiCoO2/石墨这种锂离子电池,该电池成功的利用能可逆脱嵌锂的碳材料替代金属锂作为负极,克服了锂二次电池循环寿命低、安全性差的缺点,锂离子电池得以商品化。标志着电池工业的一次革命。锂离子电池特点与镍镉(Ni/Cd)、镍氢(Ni/MH)电池相比,锂离子电池的主要特点如下:镍镉电池镍氢电池铅酸电池锂离子电池聚合物锂离子电池重量能量密度(Wh/kg)45-8060-12030-50110-160100-130循环寿命(至初始容量80%)1500300-500200-300500-2000300-500单体额定电压(V)1.251.2523.63.6过充承受能力中等低高非常低低月自放电率(室温)20%30%5%10%~10%三、失效机理理想:除了锂离子在正负极之间嵌入和脱出外,不发生其他副反应,不出现锂离子的不可逆消耗。实际:每时每刻都有副反应存在,也有活性物质的不可逆消耗,如电解液分解、活性物质溶解、金属锂沉积等,只是程度不同。造成锂离子电池容量衰退的主要原因:(1)正极材料的溶解(2)正极材料的相变化(3)电解液的分解(4)过充电造成的容量损失(5)自放电(6)SEI界面膜的形成(7)集流体的腐蚀四电性能(1)两段式充电:第一阶段,恒流限压;第二阶段,恒压限流。(2)从电动汽车实际应用的角度看,恒流时间越长,充电时间越短,更有利于应用。(3)要防止电池过放电,避免对电池造成不可逆损害。1、充放电特性充电电流对充电特性的影响放电深度对充电特性的影响充电温度对充电特性的影响放电特性影响因素滥用情况:热冲击、过充电、过放电、短路等。危害:电池内部压力升高,可导致电池着火,甚至爆炸。2、安全性主要原因:(1)材料稳定性:正负电极、有机电解液相互作用的热稳定性是制约锂离子电池安全性的首要因素。(2)制造工艺:分为液态和聚合物锂离子电池消费类电子五典型应用消费类电子消费类电子消费类电子交通运输业交通运输业工业工具类电子新型电子产品仪器仪表产品仪器仪表产品仪器仪表产品医用设备仪器产品行政办公产品DC600V客车电池系统采用锂离子电池,由独立的25.6V/40A·h锂离子电池模块串并联组成110V/120A·h电池组。同容量锂离子电池的质量、体积只有镉镍电池的1/3左右;低温不同倍率放电性能,锂离子电池大大优于镉镍电池;锂离子电池充电不需要温度补偿等优点得到社会的关注和研究!(1)电池串联方式:通常用于满足高电压的工作需要。
(2)电池并联方式:通常用于满足大电流的工作需要。
(3)串并结合:就是要求满足电池组既提供高电压又要有大电流放电的工作条件。EV车的应用呼唤采用“绿色”电池为动力的EV车。为此,世界各先进国家如美国、日本、德国、法国等积极开展了EV车的研究试制工作。美国早在90年代初就成立了“先进电池联合会(US-ABC)”负责为EV车提供电池。为扶持EV车用电池(主要是锂离子电池)的研制,先后投资2.6亿美元,其中向美国SAFT公司投资1180万美元,用以开发锂离子电池,向加拿大魁北克公司投入8500万美元,用以开发锂离子电池和锂聚合物电池;另外,还向美国Duracell及其合作伙伴德国Varta公司投入了1450万美元,开发以LiMn2O4为正极的锂离子动力电池。日本政府投资了1亿美元,并制定了一项叫做LIBES的计划,开发用于EV车。德固赛正致力于开发新材料以应用于锂离子电池生产,从而使起动电池仅重2.5千克。目前,这一新型电