1、動力電池國內外開展現狀與趨勢曹際娜.開展機遇與政府規劃.由于世界各地汽車產業的蓬勃開展，石油資源曾經表現了供應缺乏、價錢高漲的景象，國際能源構造也因此發生了艱苦變化，能源需求大幅度添加。世界能源需求量不斷增大.減少對石油的依賴程度及環保要求目前我國原油消費60用于交通，如何降低交通用油有重要意義。2021年我國石油對外依存度提高2.5個百分點，已到達53%。開展鋰電池新能源運用勢在必行。燃油汽車污染嚴重，開展電動清潔汽車，是維護環境的必然要求中國石油總需求供需缺口污染全球變暖.開展中國家興隆國家 .交通開展戰略.動力電池.電池電池是一種能量轉化安裝，充電時，電能轉化為化學能儲存起來，放電時，化

2、學能轉化為電能。一次電池，電池的反響是不可逆的；二次電池，電池的反響可逆，可以多次反復充放電.水果電池組成電池的三種主要成分：正極、負極、電解液正負極不能直接接觸.電池開展史.最早的電池-巴格達土瓶約公元前250公元250年.高能量密度 - High energy density 高功率性能 - Hign power density高平安性能 - Hign safety characteristics低自放電率 - Low self-discharge rate長循環壽命 - Good cycle performance快速充電才干 - Quick charge acceptance較寬的高溫

3、性能 - Good performance in the wide of temperature環境友好 - Environment-friendly電池的性能要求水果電池不符合這些要求，所以不是真正的電池.電池分類 - 一次電池又稱原電池，或干電池，反響不可逆或者或者可逆反響很難進展，電池放電后不能反復充電運用。.電池分類 - 二次電池二次電池：可以充放電多次反復運用的電池.主流動力電池開展史第一代第二代第三代.第一代 鉛酸電池 正極：二氧化鉛 負極：海綿鉛 電解液：硫酸任務電壓：2V.優點：原料易得，價錢相對低廉；高倍率放電性能良好；溫度性能良好,可在-4060的環境下任務；適宜于浮充電運

4、用,運用壽命長,無記憶效應；廢舊電池容易回收,有利于維護環境.缺陷：比能量低,普通為3040Wh/kg；運用壽命不及Cd/Ni電池；制造過程容易污染環境,必需配備三廢處置設備.鉛酸電池的主要優缺陷.鉛酸電池的構造.第二代 鎳氫電池鎳氫電池以儲氫合金為負極資料，氫氧化鎳為正極資料，電解液是含氫氧化鋰LiOH的氫氧化鉀KOH水溶液。電池放電時，負極的金屬氫化物被氧化生成金屬合金，正極的羥基氧化鎳NiOOH被復原成氫氧化鎳，充電過程相反。規范電壓：1.2V.鎳氫電池的構造.優勢與鉛酸電池比，能量密度有大幅度高，分量能量密度65Wh/kg，體積能量密度都有所提高200Wh/L功率密度高，可大電流充放電

5、低溫放電特性好循環壽命提高到1000次環保，無污染技術比較鋰離子電池成熟缺陷正常任務溫度范圍-1540C，高溫性能較差任務電壓低，任務電壓范圍1.0V1.4V價錢比鉛酸電池、鎳鎘電池貴，但是性能比鋰離子電池差鎳氫電池的主要優缺陷.目前市場上銷售的混合動力汽車，主要以鎳氫電池作為動力電源。在HEV所用的動力電池中，鎳氫動力電池的技術仍是最成熟，綜合性能最高的。純電動方面，較小的比能量使得鎳氫電池續航才干較低，優勢不比鋰離子電池。鎳氫電池主要運用主要運用領域混合動力汽車.第三代 鋰離子電池比能量高電壓平臺高循環性能好無記憶效應環保，無污染鋰電池優點鋰離子電池在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返

6、嵌入和脫嵌，產生了電流，該反響具有高度的可逆性，被籠統地稱為“搖椅電池Rocking Chair Batteries。目前最有潛力的電動汽車動力電池.宏觀-微觀鋰離子電池的構造.鋰離子電池內部構造.鋰電池本錢解析正極資料電動汽車躍動的心.正極部分層狀構造資料(LiCoO2,NCM,NCA等 )尖晶石構造資料(LiMn2O4等)橄欖石構造資料(LiFePO4)一些新資料未來開展方向日韓等國家推崇三元和錳鋰資料中國，美國推崇鐵鋰資料.磷酸鐵鋰資料LiFePO4電池在充電時，正極中的鋰離子Li+經過聚合物隔膜向負極遷移；在放電過程中，負極中的鋰離子Li+經過隔膜向正極遷移。 .優點價錢低廉，降價空間

7、大熱穩定性高，平安性好循環性能好比容量高環保，無污染電導率低倍率性能差 低溫性能差資料制備技術難度高困難！固有缺陷體積能量比低電壓偏低3.2V，且電壓平臺太平.處理途徑-1.外表碳包覆，提高導電率 2.優化摻雜 3.低溫添加劑，改善低溫性能010203040506070120130140150160Capacity (mAh/g)Cycle Number0.1C0.5C1C2C5C10C復合碳源成膜催化劑優化摻雜020406080100110120140150160130未摻雜F 摻雜Nb 摻雜Nb+F 摻雜碳包覆磷酸鐵鋰，2C 充放電循環.尖晶石錳酸鋰資料優點：本錢低易合成任務電壓高平安性能

8、好對環境無污染.衰減的緣由：Mn3+的溶解，2Mn3+Mn2+Mn4+構造不穩定：Jahn-Teller反響立方相變成四方相LiPF6 + H2O POF3 + LiF 4H+ + 2 LiMn3+Mn4+O42- 3-MnO2 + Mn2+ + 2H2O 性能改善措施：元素摻雜 外表修飾 納米化高溫性能差容量偏低 (約120mAh/g).三元資料LiCoNiMnO2NCMCo，+3； Ni，+2； Mn，+4；Ni為資料容量的主要來源；+2+4Co在較高電位時才干發生反響，+3+4，因此起到了穩定構造的作用；Mn堅持+4價不變，但是Mn含量偏高時易出現價態變小的趨勢，出現+3價的Mn.負極部

9、分高功率硬碳資料最早運用傳統石墨負極資料目前普遍Li4Ti5O12負極東芝力推未來高容量負極資料Si系列，體積膨脹是致命問題，目前只巧妙的運用于某些高容量電池，還未在動力電池領域有所運用各類負極資料市場占有率.傳統石墨負極.其中國內行業前三甲是深圳貝特瑞，上海杉杉，長沙海容。深圳貝特瑞是中國寶安集團控股的子公司，是國內電池碳負極資料規范制定者，全球市場位居全球第四。石墨負極本錢低技術成熟國內已實現產業化全球負極廠家市場占有率.Li4Ti5O12最初作為超導資料被和正極資料被研討；1996年，加拿大K.Zaghib初次提出作為鋰電池負極資料運用能夠實際容量175mAh/g,1.5V vs. Li

10、/Li+零應變資料，循環性能及倍率性能好零應變資料.隔膜鋰離子電池隔膜特性要求電子絕緣；較小的離子阻抗；一定的機械強度；耐受電液，電極資料的腐蝕；阻止兩電極間的雜質的遷移；具有電液浸潤性；資料質量的穩定性.放電過程隔膜作用表示圖隔膜的shutdown功能表示圖不同材質隔膜的DSC測試數據隔膜PPPEPP/PE/PP.濕法干法.全球隔膜消費分布由于隔膜消費較高的技術門檻，全球鋰離子電池隔膜主要集中在日本和美國，其中日本旭化成Asahi Kasei E Materials、美國 Celgard 和日本東燃Tonen合計占據了 77市場份額。我國消費電池隔膜的厚度和孔徑的均勻度和國外還存在較大差距，

11、國內所需的隔膜 80仍由進口滿足，現有消費設備為低本錢的單層聚烯烴拉伸隔膜消費線，主要供應中、低端市場，.電解液能較好的溶解電解質鹽，即有較高的介電常數；應有較好的流動性，即低黏度對電池的其他組件應該是惰性的，尤其是充電形狀下的正負極外表；在很寬的溫度范圍內堅持液態，熔點要低，沸點要高平安性要好，即閃電要高，無毒鋰離子電池電解液特性要求.電解液組成表示圖.通常電解液溶劑為混合溶劑，碳酸乙烯酯EC憑仗優良的成膜作用，成為絕大多數電解液的主成分，目前鋰電池運用的主要溶劑為 EC 為根底的二元或者三元混合溶劑，如EC+DMC, EC+DEC, EC+DMC+EMC.LiPF6作為電解質，對純度要求特

12、別高，對金屬如 Na、K、Fe 等、酸根、氫氟酸HF及 H2O 含量要求在 10-5質量分數以下所以合成難度大，目前LiPF6的合成技術主要掌握在日本企業中。電解質.抽真空封裝后成為單體電池卷好的負正負極片電解液正極片隔膜負極片正極資料鋁箔負極資料銅箔涂覆涂覆卷繞注入電池外外殼里放入電池外外殼里鋰電芯cell消費流程圖電芯預化成化成老化分容配組串并聯接modulepackcellpack消費流程簡圖.鋰電芯cell全自動消費線圖.常用鋰電池分類層狀資料(LiCoO2,NCM,NCA等 ) 鈷鋰電池，三元電池等尖晶石資料(LiMn2O4等) 錳鋰電池橄欖石資料(LiFePO4等) 鐵鋰電池 按正

13、負極疊加方式來分卷繞電池疊片電池 .按外形來分圓形電池方形電池其他外形電池.按電解質形狀分.常用測試分析手段充放電循環高低溫沖擊高溫高濕實驗箱機械沖擊測試.過充短路針刺熱箱擠壓.跌落實驗機熄滅實驗機鹽噴霧重物沖擊測試其他測試：電池旋轉測試鹽水浸潤測試等靜電測試.其他動力與儲能電池超級電容器活性碳電極資料具有1200m2/g，電解液與多孔電極間的界面間隔不到1nm，超級電容器電容值可以非常大。大多數超級電容器可以做到法拉級，普通其電容值范圍為15000F!.優勢：優勢：能量密度太低，僅1-10Wh/kg功率密度高，充電時間短。超級電容的主要優缺陷大多作為輔助電源，主要作為快速啟動安裝和能量制動回

14、收安裝超級電容續航里程太短，不能作為電動汽車主流電源。運用領域.潛在動力與儲能電池燃料電池燃料電池 儲能本質-發電廠 將燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能。1堿性燃料電池AFC2磷酸型燃料電池PAFC3熔融碳酸鹽燃料電池MCFC4固體氧化物燃料電池SOFC5質子交換膜燃料電池PEMFC燃料電池分類按電解質不同. 能量轉換效率高； 環保，污染低燃料運用范圍廣； 規模及安裝地點靈敏負荷呼應快，運轉質量高.潛在動力與儲能電池鈉硫電池 正極：液態硫和多硫化鈉熔鹽液態 負極：熔融金屬鈉液態-填充在導電的多孔碳或石墨氈里 電解質兼隔膜：Al2O3陶瓷資料固態.鈉硫電池充放電機理.高比能量實際760wh/

15、kg；實踐390wh/kg高功率放電電流密度可達200300mA/cm2)充電速度快滿充30min長壽命15年；或2500 4500次無污染，可回收Na，S回收率近100%無自放電景象，能量轉化率高 優勢：缺乏：任務溫度高，其任務溫度在300350度，電池任務時需求一定的加熱保溫；啟動慢價錢昂貴，萬元/每度平安性差日本蓄電站9月21日-10月5日大火.鈉硫電池的運用運用范圍主要作為儲能電池電站負荷調平(即起削峰平谷作用UPS應急電源不延續電源儲能優勢電動汽車挪動電源優勢鈉硫電池有著高能量高功率的優勢，在儲能電源方面有很大優勢，但作為電動汽車用或其他挪動電源，因沒有完全處理平安可靠性問題，不能顯

16、示其優越性。.潛在動力與儲能電池液流電池釩電池液流電池普通稱為氧化復原液流電池，正負極全運用釩鹽溶液的稱為全釩液流電池,簡稱釩電池.開路電壓：1.5V荷電100%.主要運用在儲能領域.研發費用大資料要求高比能量低工程周期長運轉竅門多日本“新陽光方案美國“DOE工程方案歐洲“能源框架方案中國863方案.潛在動力與儲能電池鋰空氣電池負極：鋰正極：空氣電解液：LiOH溶液開路電壓：2.91V實際比能量為11140Wh/kg4Li+2H2O+O2 4LiOH負極采用金屬鋰條，負極的電解液采用含有鋰鹽的有機電解液。中間設有用于隔開正極和負極的鋰離子固體電解質膜。正極電解液運用堿性水溶性凝膠，與由微細化碳

17、和廉價氧化物催化劑構成的正極組合.致命缺陷固體反響生成物氧化鋰Li2O會在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導致放電停頓。在負極金屬鋰一側運用有機電解液，在正極空氣一側運用水性電解液。在兩種電解液之間設置只需鋰離子穿過的固體電解質膜，將兩者隔開。這樣便可防止電解液混合，并促進電池發生反響。科學家以為，鋰空氣電池的性能是鋰離子電池的10倍，可以提供與汽油同等的能量。鋰空氣電池從空氣中吸收氧氣充電，因此這種電池可以更小、更輕。全球不少實驗室都在研討這種技術，但假設沒有艱苦突破，要想實現商用能夠還需求10年. 鋰硫電池電池是一類極具開展前景的高容量儲能體系。以硫或含硫化合物為正極，鋰或儲鋰資料為負