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电池基础知识BatteryGeneralKnowledge电芯开发部李明R&DDepartmentLiMingWanxiangA123SystemAsiaCO.,LTD内容概要•电池及电动汽车发展简史•锂离子电池组成及原理•电池的一些基本概念•我司产品介绍内容概要Outline电池及电动汽车发展简史1.电池的分类电池一次电池：又叫原电池、干电池等，常见的有普通锌锰电池，碱性锌锰电池等。优点：廉价方便；缺点：资源浪费、不适合大电流、长时间连续工作。二次电池铅酸电池镉镍、氢镍电池锂离子电池燃料电池：研发阶段2.电池的发展历程由于资源有限、环境污染严重，电池朝着高能量密度、可重复使用、绿色环保方向发展。1800年意大利的伏特发明“伏打电堆”1859年法国普兰特发明铅酸电池1990年日本索尼公司宣布制成了锂离子电池并于1991年商品化1995年美国Bellcore公司宣布研制成功聚合物锂离子电池，1999年商品化1898年瑞典Jungner发明镉镍电池1951年实现了镉镍电池的密封化1988年氢镍电池发明1881年最早的电动汽车诞生，由法国工程师古斯塔夫·特鲁夫发明，是铅酸电池驱动的三轮车；（1859年，法国物理学家普兰特发明了铅酸电池；）1891年美国人莫里森研制出第一辆四轮电动汽车，使电动车向实用化迈出了重要一步。20世纪初，电动汽车进入发展的黄金时代，占据40%的市场份额，但内燃机车的突破性发展，使电动车进入了一个沉睡的年代。20世纪70年代，第四次中东战争导致世界范围的第一次石油危机，电动汽车重获生机；但70年代末，石油价格开始下跌，电动汽车商业化失去动力，电动汽车的发展又走入低谷。3.电动汽车发展历程20世纪90年代，随着锂离子电池的开发成熟，电池制造技术迅速发展，电动汽车的发展也进入了一个新的时代。组成：正极、负极、隔膜、电解液、外壳。锂离子电池的分类：包装—钢壳、铝壳、软包装形状—圆柱、方形工艺—卷绕、叠片电解液形态—液态、聚合物锂离子电池组成及原理1.锂离子电池工作原理2.锂离子电池内部结构3.锂离子电池材料（1）正极材料目前主要的负极类型有碳负极、锡基负极、硅基负极、钛酸锂等。碳负极技术较成熟、原料来源丰富等，应用最为广泛。（2）负极材料负极材料容量（mAh/g）电位（V/vsLi+/Li）密度（g/cm3）循环性能成本安全性MCMB320~3600.20~0.082.20较好高差天然石墨340~3800.20~0.082.25较好低差硬碳250~4501.50~01.80~2.10良较低较好人造石墨320~3400.20~0.082.20好高较好Li4Ti5O12150~1751.553.47非常好较高好锂离子电池隔膜是一种多孔的薄膜，隔离正负极、防止电池内部短路，但允许离子流快速通过。原材料是聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE），生产方法有干法和湿法。（3）隔膜电解液由锂盐和溶剂组成，目前最常规的锂盐就是LiPF6，溶剂有PC、EC、DMC、EMC、DEC等。电解液的作用是为锂离子的扩散提供条件，所以锂盐的质量很重要，之前LiPF6的生产技术主要为日本掌握，目前已逐步国产化。LiPF6极易水解，所以加注电解液应在手套箱中进行。（4）电解液电解液添加剂，阻燃、防过充、低温等。电压（V）：开路电压：指电池在没有连接外电路或者外负载时的电压。开路电压与电池的剩余能量有一定的联系，电量显示就是利用这个原理。工作电压：是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，必须克服内阻的阻力，故工作电压总是低于开路电压。V=V开—IR内阻：R=RΩ+Rf电池的内阻：是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。RΩ：电极材料、电解液、隔膜及各部分零件的接触内阻；Rf：正、负极活性物质进行电化学反应时所引起的内阻，包括电化学极化和浓差极化所引起的电阻之和；Rf与活性物质本身、电极结构、制造工艺、电池工作条件等因素相关。电池的一些基本概念电池容量（Ah）：电池容量是指电池获得电量的量或电池所能够储存的电量多少，容量是电池电性能的重要指标，它由电极的活性物质决定，若单电极的容量不等，电池的容量取决于容量小的那个电极，决不是正负极容量之和。1.容量用C表示，单位用Ah（安时）或mAh（毫安时）表示。2.公式：C=It,即电池容量（Ah）＝电流（A）x放电时间（h）。3.容量为10安时的电池，以5安培放电可放2小时，以10安培放电可放1小时。C2表示用2小时放完电后所测得电池的容量，C5表示用5小时放完电后所测得电池的容量。4.电池的实际容量主要取决于以下几个因素：活性物质的数量、质量；活性物质的利用率。电池能量（Wh）：1.定义：指电池储存的电量（能量）的多少，用Wh来表示2.公式：能量（Wh）＝额定电压（V）×工作电流（A）×工作时间（h)。3.意义：3.7V、20Ah单体电芯的能量为3.7×20=74Wh。电池能量是衡量电池带动设备做功的重要指标，但容量不能决定做功的多少。能量密度（Wh/Kg）：指单位体积或单位质量所释放的能量，通常用体积能量密度（Wh/L）或质量能量密度（Wh/kg）表示。如一只锂电池重500g，额定电压为3.7V，容量为20Ah，则其能量密度为148Wh/kg，放电倍率（A）：放电倍率是指在规定时间内放出其额定容量（C）时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。放电时率与放电倍率互为倒数。以20Ah电池举例：5小时放电＝C/5＝20Ah/5h＝4A＝0.2C0.5小时放电率＝C/0.5=20Ah/0.5h=40A=2C电池基本信息电池性能项目标准值额定容量20Ah能量密度160Wh/kg功率密度2500W/kg160Wh/kg的产品开发数据（PHEV用20Ah）NCMLMO05001000150020002500300035000102030405060708090100110RT1C/1C4.2-2.5VCC-CV/CC3000cyclecapacityretention80%Capacity/%Cyclenumber050010001500200025000102030405060708090100110RT2C/2C4.2-2.5VCC-CV/CC2000cyclecapacityretention80%Capacity/%Cyclenumber020040060080010001200010203040506070809010011045℃1C/1C4.2-2.5VCC-CV/CC1100cyclecapacityretention80%Capacity/%Cyclenumber02500500075001000012500150001750020000225002400260028003000320034003600380040004200Voltage(mV)Capacity(mAh)1C2C3C5C8C10C5C放电容量比99%0102030405060708090100500100015002000250030003500PowerDensity(W/Kg)ADischargeCharge功率密度2500W/kg020004000600080001000012000140001600018000200002200024002600280030003200340036003800400042004400Voltage(mV)Capacity(mAh)-2502555-20℃容量百分比84%0250050007500100001250015000175002000022500280030003200340036003800400042004400Voltage(mV)Capacity(mAh)1C2C3C5C3C充电恒流比71%我司产品介绍电池基本信息电池性能项目标准值额定容量38Ah能量密度170Wh/kg功率密度2000W/kg170Wh/kg的产品数据（EV用38Ah）NCM5C放电容量比96%功率密度2500W/kg-20℃容量百分比81%3C充电恒流比73%051015202530352.83.03.23.43.63.84.04.24.4CCCVCharge4.2VatRT1C2C3C5CVoltage(V)Capacity(Ah)05101520253035402.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.40.5CCCDischarge2.5V250C550C00C-200CVoltage(V)Capacity(Ah)05101520253035402.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4CCDischarge2.5VatRT1C2C3C5CVoltage(V)Capacity(Ah)0102030405060708090100500100015002000250030003500dischargechargePowerDensity(W.Kg-1)DOD(%)0100200300400500010203040506070809010011055℃1C/1C4.2-2.5VCC/CV-CC400cyclecapacityretention86.5%Capacity/%Cyclenumber-2000200400600800100012001400160018000102030405060708090100110RT1C/1C4.2-2.5VCC/CV-CC1700cyclecapacityretention86%Capacity/%Cyclenumber谢谢大家！