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锂电池设计基础知识培训课件

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目录

01

锂电池概述

02

锂电池材料

03

锂电池设计要点

04

锂电池制造工艺

05

锂电池性能测试

06

锂电池应用领域

锂电池概述

PART01

锂电池的定义

锂电池通过锂离子在正负极之间的移动来储存和释放能量,实现电能与化学能的转换。

锂电池的工作原理

01

锂电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成,这些部分共同作用以实现电池功能。

锂电池的组成结构

02

锂电池相较于传统电池如镍镉电池和镍氢电池,具有更高的能量密度、更长的使用寿命和更低的自放电率。

锂电池与传统电池的区别

03

锂电池的工作原理

在充电时,锂离子从正极移动到负极;放电时则反向移动,产生电流。

锂离子的迁移过程

正极通常使用锂钴氧化物等材料,负极则多为石墨,它们决定了电池的性能和安全性。

正负极材料的选择

电解液在电池内部传导锂离子,同时保持电池的化学稳定性。

电解液的作用

锂电池的种类

广泛应用于手机、笔记本电脑等便携式电子设备,以其高能量密度和长寿命著称。

锂离子电池

具有可塑性,可制成各种形状,常用于薄型电子设备,如智能手表和卡片式设备。

锂聚合物电池

使用锂金属作为负极材料,具有高能量密度,但存在安全隐患,目前应用较少。

锂金属电池

锂电池材料

PART02

正极材料

LCO是最早商业化的正极材料之一,广泛应用于手机和笔记本电脑电池中。

锂钴氧化物(LCO)

NCM材料因其高能量密度和较长循环寿命,在电动汽车电池中得到广泛应用。

锂镍钴锰氧化物(NCM)

LFP材料具有良好的热稳定性和较长的循环寿命,常用于储能系统和电动工具电池。

锂铁磷(LFP)

负极材料

石墨是目前最常用的锂电池负极材料,因其良好的导电性和循环稳定性。

石墨材料

硅基负极材料具有高能量密度,但存在体积膨胀问题,研究人员正致力于改善其性能。

硅基材料

锂金属负极具有极高的理论比容量,但存在枝晶生长和安全风险,目前仍处于研究阶段。

锂金属材料

电解液和隔膜

电解液是锂离子传输的介质,通常由锂盐和有机溶剂混合而成,如六氟磷酸锂和碳酸乙烯酯。

电解液的作用与组成

电解液在隔膜中流动,隔膜的孔隙结构对电解液的渗透性和离子传导性有重要影响。

电解液与隔膜的相互作用

隔膜是电池内部的物理屏障,防止正负极直接接触,常用材料有聚乙烯和聚丙烯。

隔膜的材料与功能

电解液需具备良好的化学稳定性,以防止在电池充放电过程中发生分解反应。

电解液的稳定性要求

隔膜的热稳定性对电池的安全性至关重要,高温下不熔化、不收缩是基本要求。

隔膜的热稳定性与安全性

锂电池设计要点

PART03

电池容量设计

选择合适的正负极材料和电解液,以确保电池具有高能量密度,满足特定应用的能量需求。

确定电池能量密度

设计时考虑电池在过充、过放、短路等极端情况下的安全保护措施,以防止热失控和爆炸风险。

评估电池安全性能

根据预期使用场景,计算电池的充放电周期,确保电池在设计寿命内提供稳定的能量输出。

计算电池工作周期

01

02

03

电池安全设计

01

电池管理系统(BMS)

BMS是锂电池安全的关键,负责监控电池状态,防止过充、过放和过热,确保电池稳定运行。

02

热管理系统设计

良好的热管理系统可以有效控制电池温度,预防热失控,延长电池寿命,提高安全性。

03

物理防护措施

电池包设计中应包含防爆阀、绝缘材料等物理防护措施,以防止短路和外部冲击导致的安全事故。

电池循环寿命设计

选择高稳定性的正负极材料,如磷酸铁锂和石墨,可显著提高电池的循环寿命。

选择合适的正负极材料

通过添加稳定剂和优化溶剂比例,可以减少电解液分解,延长电池的使用寿命。

优化电解液配方

采用智能充电算法,如限制充电电压和电流,可以减缓电池老化,提升循环稳定性。

控制充电策略

锂电池制造工艺

PART04

电极制造

通过湿法或干法工艺制备正极材料,如锂钴氧化物,确保电极活性和稳定性。

正极材料的制备

将石墨等负极材料均匀涂覆在铜箔上,形成负极片,以提高电池的充放电性能。

负极材料的涂覆

将涂覆好的电极片进行精确切割和分条,以适应不同型号电池的设计要求。

电极片的切割与分条

组装过程

将多个电芯按照设计要求组装成电池模组,确保电芯间电气连接的稳定性和安全性。

电芯的正负极引出后,通过激光焊接等技术与外部电路连接,并进行密封封装。

在组装过程中,将正负极材料、隔膜按照特定顺序卷绕或叠片,形成电芯。

电芯的卷绕或叠片

电芯的焊接与封装

电池模组的组装

注液与封口

在电池组装完成后,精确控制电解液的注入量,确保电池性能和安全。

电解液注入

采用激光焊接或超声波焊接技术密封电池,防止电解液泄漏,延长电池寿命。

封口技术

锂电池性能测试

PART05

常规性能测试

循环寿命测试

通过反复充

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