1、Company Logo Add Your Company Slogan 动力锂电池新能源材料及其应用技术 材料科学与工程学院 纳米光电材料实验室 朱归胜桂林电子科技大学材料科学与工程学院 目录 锂离子电池及材料概述 1 钛酸锂电池材料及应用技术 2 新能源汽车的发展现状和趋势 3桂林电子科技大学材料科学与工程学院 引言桂林电子科技大学材料科学与工程学院 引言桂林电子科技大学材料科学与工程学院 引言桂林电子科技大学材料科学与工程学院 1 锂离子电池概述 （1 ）锂电池的原理 锂离子电池是指锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。 常见的如以碳素材料为负极，含锂的化合物为正极。 摇椅电池桂林电子科
2、技大学材料科学与工程学院 1 锂离子电池概述 （2 ）锂电池的主要结构 正极材料：锂化合物Li x CoO 2 、Li x NiO 2 、LiFePO 4 、 Li x MnO 2 ，锰钴镍三元材料等； 负极材料：锂-碳层间化合物Li x C 6 、天然石墨、钛酸锂等； 电解质溶液：溶解有锂盐的LiPF 6 、LiAsF 6 等有机溶液； SEI（隔膜）：只允许锂离子通过，其它溶液剂分子不能通 过。桂林电子科技大学材料科学与工程学院 1 锂离子电池概述 （3 ）几种正极材料应用性能的比较 类别 安全 性能 比容量 mAh/ g 循环寿命 / 次 电压 平台 材料 成本 所占成 本比重 适合领域
3、 钴酸锂 差 145 500 3.6 高 40% 中小型移动电池 锰酸锂 较好 105 500 3.7 低 25% 对体积不敏感的中 型动力电池 三元材料 较好 160 800 3.6 较高 33% 中小型动力电池 磷酸铁锂 很好 150 1500 3.2 低廉 25% 对体积不敏感的大 型动力电池 目前，以磷酸铁锂+ 石墨负极材料的动力电池商业化最为成功，锰酸锂 和三元材料近两年来也发展十分迅速，表现出良好的商业化前景。桂林电子科技大学材料科学与工程学院 1 锂离子电池概述 （4 ）锂电池的应用桂林电子科技大学材料科学与工程学院 1 锂离子电池概述 （4 ）锂电池的应用桂林电子科技大学材料科
4、学与工程学院 1 锂离子电池概述 （5 ）动力锂电池 严格来说，动力锂离子电池是指容量在3Ah 以上的锂离子 电池，目前则泛指能够通过放电给设备、器械、模型、车辆 等驱动的锂离子电池； 动力锂离子电池又分为高容量和高功率两种类型，高容量电 池可用于电动工具、自行车、滑行车、矿灯、医疗器械等； 高功率电池主要用于混合动力汽车及其它需要大电流充放电 的场合；桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 特斯拉电动汽车碰撞后着火 2015 年4 月26 日，深圳五洲龙电动大巴充电时着火 为什么电池这么“火”！？桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 寿命
5、 充电慢 安全 石墨由于层状结 构，锂离子嵌入 嵌出过程引起较 大形变（10.3% ），导致循环性 能不足 石墨电位0.1V vs Li + /Li ，与电 解质形成在界面 形成一层膜，并 且容易形成锂支 晶 Li + 在石墨中的离子迁移速率较低，导致充放电较慢 （1 ）石墨负极的不足桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 安全性 长寿命 高倍率 零应变 无SEI 膜 离子扩散 速度快 （2 ）钛酸锂负极材料的特性桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用桂林电子科技大学材料科学与工
6、程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 序号 钛酸锂负极材料 碳负极材料 1 零应变，循环性能好 过充电时易析出锂枝晶，造成 电池短路，影响电池的安全性 2 放电电压平稳、电解液不致发生 分解，有效提高电池安全性 易形成SEI 膜而导致首次充放 电效率较低，不可逆容量较大 3 与碳负极材料相比，具有高的锂 离子扩散系数（210 -8 cm 2 /s, 倍率性能好 碳材料的平台电压较低( 接近于 金属锂) ，并且容易引起电解液 的分解, 从而带来安全隐患 4 电势比纯金属锂高，不易产生锂 晶枝，安全性能好 在锂离子嵌入、脱出过程中体 积变化较大，循环稳定性差 5 钛酸锂+ 锰酸锂，工作电压为 2.
7、4V ，钛酸锂负极锂电池可以 过充到5V ，过放到0V 不能过充过放 （3 ）钛酸锂与石墨负极的比较2 钛酸锂动力电池材料及应用 导电性 LTO 导电能力差，需要通过碳包覆或者 掺杂提高电子电导 LTO 导电能力差，需要通过碳包覆或者 掺杂提高电子电导 电位窗 LTO 的电位为1.55V vsLi + /Li ，与高 电位锰酸锂只能形成2.4V 电压，采用金 属取代部分Ti 降低LTO电位值 LTO 的电位为1.55V vsLi + /Li ，与高 电位锰酸锂只能形成2.4V 电压，采用金 属取代部分Ti 降低LTO电位值 大电流 充放 也主要通过减小颗粒(纳米化)和掺杂， 提高高倍率性能 也
8、主要通过减小颗粒(纳米化)和掺杂， 提高高倍率性能 （4 ）钛酸锂负极的改进 桂林电子科技大学材料科学与工程学院桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 （5 ）我们的工作 喷雾热分解法是一种能获得均匀纳米粉体的新型化学法，是 将配制好的真溶液雾化成液滴，然后在高温条件下使其热解 沉淀，直接合成粉体的方法。采用喷雾热解法，一步合成钛 酸锂，操作简单，可快速合成结晶度高，球形度极好的尖晶 石型钛酸锂Li 4 Ti 5 O 12 。桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 Xiuyun Zhang , HuaruiXu , YunyunZhao, G
9、uishengZhu , AibingYu, Materials Letters,129(2014)101103桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 Xiuyun Zhang , HuaruiXu , YunyunZhao, GuishengZhu , AibingYu, Materials Letters,129(2014)101103桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 制备的405070P 软包锂电池 指标 性能 容量 1000mAh 平台电压 2.42.5V 充电电流 2.5A3A 2.5A 充满电时间 约30 分钟 循环性能 1
10、000 次容量保持率 约为90%桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 解决的关键技术问题 锰酸锂（正极）+ 钛酸锂（负极）系锂离子电池，由于负极 材料的结构原因，吸水性强，因此制造的电池容易胀气，这 是制约锰钛系锂电池实际应用的关键问题。 充分利用前期材料制备优势，外加精确的制备工艺控制，有 效解决了电池胀气的问题，电池充放电循环1000 次后的体 积膨胀率小于5% 。 产气膨胀后的电池 封装并充满电放置 6 个月后未见产气 电池循环2000 次 后的产气情况2 钛酸锂动力电池材料及应用 电池开始循环的充放电曲线 电池循环到5000 次的充放电曲线 从第1 次循环到
11、第5000 次循环，其充放电曲线均较平滑，下降不 明显，电池的具有优良的循环性能。 桂林电子科技大学材料科学与工程学院桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 20Ah 软包锂电池 指标 性能 容量 20Ah 平台电压 2.4V 充电时间 约30 分钟 充电电流 2.5A 循环性能 5000 次容量保持率约 为85%桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 20Ah,48V 电动车用电池组 指标 性能 规格 48V 20Ah 重量 9.2Kg 电动车续航里程 60km 充电时间 40min 尺寸 300170110mm桂林电子科技大学材料科学与工
12、程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用 电池组性能指标对比 本项目 磷酸铁锂电池 铅酸电池 单电池电压 2.4V 3.3V 2V 48V 20A 组成 20 串 1516串（ 26 ）4 快充时间 45min 50min 4 小时 最大充电电流 15A 10A 1A 最大放电电流 7A 5A 3A 重量(Kg) 9.2 7.8 28 体积(mm) 300170110 280160100 300180180桂林电子科技大学材料科学与工程学院 2 钛酸锂动力电池材料及应用桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （1 ）我国动力汽车产业面临的挑战桂林电子科技大学材料科学与工
13、程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （2 ）我国汽车技术与汽车产业发展战略桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （3 ）混合动力汽车模块化原理桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （4 ）纯电动汽车与动力电池桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （5 ）国外典型纯电驱动中高级轿车桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （6 ）我国典型PHEV
14、乘用车桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （7 ）动力电池技术1 ：电化学与材料科学桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （7 ）动力电池技术1 ：电化学与材料科学桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （7 ）动力电池技术1 ：电化学与材料科学桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （8 ）动力电池技术2 ：充电基础设施工程应用桂林电子科技大学材
15、料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （8 ）动力电池技术2 ：充电基础设施工程应用桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （8 ）动力电池技术3 ：设计制造与系统集成桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （8 ）动力电池技术3 ：设计制造与系统集成桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （8 ）动力电池技术3 ：设计制造与系统集成桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （9 ）动力电池安全状态SOS 的
16、辩识桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （9 ）动力电池一致性与充电均衡控制桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 举例：特斯拉电动汽车桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （9 ）动力电池一致性与充电均衡控制桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （10 ）电动汽车的发展趋势：车身轻量化、绿色化桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （10 ）电动汽车的发展趋势：整车技术信息化、智能化桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （10 ）电动汽车的发展趋势：能源网络化、一体化桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （11 ）我国的优势 线：城际高速铁路方面，世界领先。 目前中国是世界上高铁规模最大、发展速度最快的国家，截 至2014 年，中国高铁运营里程达1.6 万公里，约占世界总里 程的60% 。桂林电子科技大学材料科学与工程学院 3 新能源汽车的发展现状和趋势 （11 ）我国的优势
