第2章電池原理與結構鋰電池制造工藝及裝備鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內(nèi)容介紹課程講解—知識點1231.工程思維的方法---自我發(fā)現(xiàn)探求高效的方法，貫穿學習、工作和生活的過程科學邏輯積累改善目標愿景效率原則方法總結制造業(yè)基礎標準材料裝備智能化教學，不是注滿一桶水，而是點亮一把火—葉圣陶1.工程化思維的四個原則—工程哲學產(chǎn)業(yè)標準化可積累的改善可持續(xù)的發(fā)展綜合最優(yōu)化產(chǎn)業(yè)的基礎原理工程及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律，科學原理的綜合。積累：經(jīng)驗、方法、習慣、人脈、財富。高效、省力、節(jié)能、環(huán)保，產(chǎn)業(yè)發(fā)展定位基準錢學森《工程控制論》1954年。思考的方法。尋優(yōu)：沒有最好，只有更好。1.工作方法---自我總結和激勵工作方法相信自己能夠改變世界，高效工作，工具箱永不上鎖，隨時為我所用；懂得何時獨立工作，何時相互協(xié)作，不僅分享工具，更要分享思想；信任自己的伙伴，時刻求助，拒絕空想，拒絕官僚，因為，這里拒絕所有荒謬；自身能力無限，只要精益求精，挑戰(zhàn)不可能，制造世界就屬于我們；工作的優(yōu)劣，讓用戶判斷，新奇的想法并非都是壞想法；要不斷嘗試新的高效工作方式，每天都必須做出貢獻，否則，平凡將永遠是平凡，相信事在人為，只需用心協(xié)力，不斷地創(chuàng)造。

鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內(nèi)容介紹課程講解—知識點1232.課程內(nèi)容介紹3.1電池的分類、特點3.2鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池鋰電制造工藝及裝備工程思維的方法課程內(nèi)容介紹課程講解—知識點1233.1電池的分類、特點學科分類：化學電池、物理電池和生物電池三大類；電解液種類：堿性電池、酸性電池、有機電解液電池、中性電池、非水無機電解質(zhì)電池、固體電解質(zhì)電池工作性質(zhì)及儲存方式劃分：一次電池、二次電池電池所用的正負極材料劃：鋅系列電池、鎳系列電池、鉛系列電池、鋰離子電池、鋰錳電池、空氣系列電池。電池特性:高容量電池、密封電池、高功率電池、免維護電池、防爆電池。蓄電池，常說的電池是一種化學電源，即能將電能轉(zhuǎn)化為化學能儲存，也能通過其內(nèi)部的化學反應向用電設備供電。一次電池（不可充電電池）?金屬鋰電池：鋰錳電池、鋰亞電池、鋰鐵電池?干電池：鋅錳干電池、堿性鋅錳電池貯備電池：銀鋅電池二次電池（可充電電池）?可充電電池：鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋅空氣電池、液態(tài)鋰離子電池、聚合物鋰離子電池其它電池（只能發(fā)電，不能儲電）?燃料電池：氫燃料電池、直接甲醇燃料電池?太陽能電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、光敏化學太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池。3.1電池的分類、特點3.1課程講解--電池的分類、特點電池種類：化學電池、物理電池和生物電池三大類1．化學電池：化學電池是利用物質(zhì)的化學反應發(fā)電，

按工作性質(zhì)分為原電池、蓄電池、燃料電池和儲備電池。原電池蓄電池燃料電池儲備電池3.12．物理電池：物理電池是利用光、熱、物理吸附等物理能量發(fā)電的電池，如太陽能電池、超級電容器、飛輪電池等。車用動力蓄電池：鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。物理電池：超級電容器用在電動汽車。生物燃料電池：氫燃料電池和氧化物燃料電池。電池的分類、特點3．生物電池：生物電池是利用生物化學反應發(fā)電的電池，如微生物電池、酶電池、生物太陽電池等。3.1電池的分類、特點1．電壓:V,mV

2．容量：Ah,mAh3．內(nèi)阻:歐姆，4.能量：Wh或kWh

質(zhì)量比能量：Wh/Kg體積比能量：Wh/L5．功率：W,KW

質(zhì)量比功率，W/kg

體積比功率，W/L或kW/L6．輸出效率:輸入與輸出之百分比能量效率

容量效率7.放電深度(DOD)8．放電倍率：放電倍率等于放電電流與額定容量之比9．使用壽命：循環(huán)次數(shù)電池的性能指標

電動汽車對動力電池的要求1．比能量高：2．安全性好:3．比功率大:4．充放電效率高:5．相對穩(wěn)定性好:6．使用成本低:3.1電池的分類、特點3.1電池發(fā)展的歷史課程內(nèi)容3.1電池的分類、特點3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池鉛酸電池及干電池3.2常用干電池3.2鉛酸電池鉛酸電池（VRLA），電極：鉛及其氧化物，電解液：硫酸溶液。鉛酸放電態(tài)：正極為二氧化鉛，負極主鉛；充電態(tài)：正負極均為硫酸鉛。鉛酸的標稱電壓：2.0V，電壓范圍1.5V-2.4V；6個單格鉛酸電池串聯(lián)是12V的鉛酸電池，還有24V、36V、48V等。3.2鋰電與鋰電發(fā)展的歷史鉛酸電池的特點：能量密度：30-60WH/Kg;壽命：500次；鉛碳：1500次；安全性好!鉛是重金屬，污染環(huán)境；課程內(nèi)容3.1電池的分類、特點3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池3.3鋰電池及其分類鋰電池是一類由鋰化合物或鋰金屬為正/負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M.S.Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。導致鋰離子電池率先產(chǎn)業(yè)化。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。1991年索尼正式量產(chǎn)現(xiàn)代鋰離子電池。3.3鋰電池及其分類鋰離子電池：鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。充電正極上發(fā)生的反應為：LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(電子)充電負極上發(fā)生的反應為：6C+xLi++xe-

=LixC6充電電池總反應：LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6鋰金屬電池：鋰金屬電池一般是使用二氧化錳（硫）為正極材料、金屬鋰或其合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。放電反應：Li+MnO2=LiMnO2鋰電池與其他二次電池的對比3.3二次電池分類鋰離子電池鎳氫電池鎳鎘電池鉛酸電池正極體系鋰過渡金屬氧化物氫氧化亞鎳氫氧化亞鎳二氧化鉛負極體系石墨等層狀物儲氫合金氧化鎘海綿鉛隔膜體系PP/PEPP或PEPP尼龍玻璃纖維棉電解液體系有機鋰鹽電解液KOH水溶液KOH水溶液稀硫酸標稱電壓3.0~3.71.21.22.0體積能量密度350~600wh/l320~350wh/l160~180wh/l65~wh/l重量能量密度180~300wh/kg60~65wh/kg40~45wh/kg25~30wh/kg電池原理離子遷移氧化還原氧化還原氧化還原充放電方法恒流恒壓充電恒流充電恒流充電恒流充電充電終點控制恒流/限壓恒流限時恒流限時恒流穩(wěn)壓安全性有一定隱患安全安全安全環(huán)保環(huán)保環(huán)保鎘污染鉛污染最佳工作溫度0℃~45℃-20℃~45℃-20℃~60℃-40℃~70℃價格（元/wh）0.7~0.8/wh3.5~4.0/wh2.2~2.8/wh0.7~1.0/wh充電器成本高（恒流恒壓）一般（控制恒流源）一般（控制恒流源）低（穩(wěn)壓源）高能量密度：質(zhì)量比能量，150～300Wh/kg～500Wh/kg；

體積比能量，250～790Wh/L～1300Wh/L。?開路電壓高：可達3.2～4.2V。?

輸出功率大：可達300～5000W/kg(@20秒)。?無記憶效應:無記憶效應，可隨時充放電，使用維護簡便。

不要每次把電用完才充電！！！低自放電：<5％～10％/月。工作溫度范圍寬：可在-20℃～60℃之間正常工作。充、放電速度快；0.2C～5C。--但需謹慎！鋰離子電池的優(yōu)點3.3課程內(nèi)容3.1電池的分類、特點3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池鋰離子電池的原理

正極：鋰化合物LiXCoO2、LiXNiO2或LiXMnO2，負極：鋰-碳層間化合物LiXC6。電解質(zhì)：溶解有鋰鹽LiPF6、LiAsF6等有機溶液。隔膜為帶孔的塑料。3.4在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱為:“搖椅電池”。充放電過程：是一個漫長過程，嵌出、遷出，移動，進入，嵌入。電子轉(zhuǎn)移與離子遷移。電池充放電是物質(zhì)轉(zhuǎn)移過程。鋰離子電池結構正極活性物質(zhì)（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2)

導電劑、溶劑、粘合劑、基體(鋁箔)負極活性物質(zhì)（石墨、MCMB)

粘合劑、溶劑、基體（銅箔）隔膜（PE、PP/PE/PP）電解液（LiPF6+DMCECEMC)五金和輔材（鋁殼、蓋板、極耳、膠紙、隔圈片）523450AR52表示厚度為：5.2mm34表示寬度為：34mm50表示高度為：50mmA表示為鋁殼R表示大圓角r表示小圓角3.43.4鋰離子電池原理與結構鋁殼電池結構軟包鋁塑膜電池結構3.4鋰離子電池原理與結構3.4鋰電池及其分類1—隔膜，2,3—負極及極耳，4,5—正極及極耳疊片電池的結構課程內(nèi)容3.1電池的分類、特點3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池3.5鋰電池的發(fā)展趨勢—規(guī)律鋰電發(fā)展的趨勢規(guī)律半固態(tài)電池與固態(tài)電池鋰硫、鋰空電池一般制造業(yè)發(fā)展的規(guī)律---西奧多-萊特定律IT摩爾定律LED海滋定律光伏行業(yè)SWANSON定律電池行業(yè)發(fā)展的規(guī)律是什么？微處理器芯片的電路密度每兩年將翻番，價格減半。LED的價格每十年降為原來的10%，性能則提高20倍。全球太陽能光伏電池的制造能力每增加一倍，成本下降20%。能量密度？價格？周期？幅度？

美國MBA教授：1936年，西奧多-萊特在研究生產(chǎn)成本時，發(fā)現(xiàn)飛機生產(chǎn)數(shù)量每累計增加一倍，制造商就會實現(xiàn)成本按百分比持續(xù)下降，比如生產(chǎn)第2000架飛機的成本比生產(chǎn)第1000架飛機的成本低15%，生產(chǎn)第4000架飛機的成本，比生產(chǎn)第2000架飛機的成本低15%。3.5集成電路周期發(fā)展規(guī)律---經(jīng)濟規(guī)律集成電路發(fā)展規(guī)律---十年為周期，依賴技術創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)需求。3.5鋰電能量密度發(fā)展規(guī)律---技術推動電芯能量密度每10年翻翻，每年增長7-8%;資料來源：《鋰離子電池過往與未來》，新時代證券研究所3.5鋰電產(chǎn)業(yè)周期發(fā)展規(guī)律---輸出產(chǎn)能及經(jīng)濟規(guī)律鋰電產(chǎn)業(yè)市場+技術驅(qū)動影響：產(chǎn)能增長周期為5年；復合增長率45%。五年五年五年輸出產(chǎn)能增長規(guī)律：每年45%鋰電產(chǎn)業(yè)輸出產(chǎn)能變化的周期。3.5電池價格每年下降18%左右，產(chǎn)能每年增長45-50%中國電池產(chǎn)業(yè)的價格走勢數(shù)據(jù)來源：國泰君安證券研究所2019年12月25日新材料在線3.5年均成本減少率（annualdecreaseratioADR）學習率（learningrateLR）是成本的下降量與市場規(guī)模增量的比值，或者看作是市場規(guī)模每增加一倍，成本的下降程度.自1991年鋰電商業(yè)化至2020年，成本下降了多少？全類型電池及圓柱形電池的價格年下降率ADR:17.1%和17.4%；全類型電池及圓柱形電池的學習率LR:26.6%和30.9%。全球鋰電池價格規(guī)律97％3.5鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律---剪刀叉規(guī)律杜克大學環(huán)境與地球?qū)W院，蓋世汽車資訊SourceGlobalEVOutlook20173.5鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律---四大規(guī)律CATL的剪刀叉發(fā)展規(guī)律3.5受政策、技術進步、需求影響：能量密度、價格成剪刀交叉規(guī)律發(fā)展;市場產(chǎn)能周期為5年;復合增長率為45-50%；能量密度每年增長7-8%,10年能量密度翻倍;價格每年下降18%。鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律影響的因素:材料、電池技術不斷升級；國家政策、國家宏觀規(guī)劃；使用模式、商業(yè)模式驅(qū)動；制造技術、方法日新月異；電動化無處不在。影響鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律的因素3.53.5鋰電池的發(fā)展趨勢及未來3.5鋰電池的發(fā)展趨勢及未來3.5鋰電池的發(fā)展趨勢及未來3.5鋰電池的發(fā)展趨勢及未來課程內(nèi)容3.1電池的分類、特點3.2干電池與鉛酸電池3.3鋰電池及其分類3.4鋰離子電池原理與結構3.5鋰電池發(fā)展趨勢及未來3.6鈉離子電池鈉離子電池研究背景雖然是作為最先進的儲能二次電池的鋰離子電池，已廣泛應用于小型電子產(chǎn)品并有可能成為未來新能源汽車的動力電池以及大規(guī)模儲能工程的配套電源。但是鋰離子電池又有其存在的問題：1安全性問題—在鋰離子電池中，除了正常的充放電外，還存在很多放熱副反應，電池溫度過高或充電電壓過高時，放熱副反應就可能會被引發(fā)從而引起一系列安全問題。2成本問題—高昂的成本是制約鋰離子電池普及使用的一個重要因素。LiCoO2是研究最早且技術最成熟的鋰離子電池正極材料，在鋰離子電池正極材料市場占主導地位，但是鈷資源匱乏，價格昂貴，直接導致電池成本高。3鋰資源短缺—我國