电池基础知识BYD培训教材.ppt
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1、电池基础知识,内容安排,电化学常识 电化学应用 电池的基础知识 锂电池基础知识,分类 历史 研究内容 基本理论 原电池原理,电池,第一部分 电化学基础知识,化学分类,无机化学 有机化学 物理化学 分析化学 高分子化学 核化学 生物化学,电化学 化学热力学 结构化学 量子化学 化学动力学 光化学 溶液、胶体和表面化学,电池 电解池,电化学名词1,电化学研究电现象与化学现象之间内 在联系的学科 电化学系统电极电解质,电化学名词2,电极学电极的平衡性质和通电后的极 化性质,即电极和电解质界面 上的电化学行为 电解质学电解质的导电性质、离子的 传输性质、参与反应离子的 平衡性质,电化学起源,1791年
2、意大利的伽伐尼发现以金属片接触青蛙腿部肌肉时,有收缩的现象发生。,伏打电池,上述现象1799年被意大利的伏打捕捉到并加以研究,发明了世界上第一个电池-伏打电池,即原电池。,原电池原理及应用,原电池的原理,较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属(负极)流向较不活泼的金属(正极) 化学能转变为电能的装置,组成原电池的条件,有两种活动性不同的金属(或一种是非金属导体)作电极 电极材料均插入电解质溶液中 两极相连形成闭合电路,正负极与阴阳极,阴极:发生还原反应的电极,得电子 阳极:发生氧化反应的电极,失电子 正极:电势较高的电极 负极:电势较低的电极 电池:正极阴极 负极阳极 电解池:正极阳极
3、负极阴极,电流与离子的流向,当电池中有电流通过时,电解质中的离子在电场的作用下作定向移动 阴离子总是移向阳极 阳离子总是移向阴极 整个电流在溶液中的传导是由阴、阳离子的移动共同承担的,电子流动,电流,电化学应用,化学电源 金属防腐蚀:大部分金属腐蚀是电化学腐蚀 机械工业:电镀、电抛光、电泳涂漆 环境保护:电渗析除去氰、铬离子等污染物 电解、电冶炼工业 生命科学:如肌肉运动、神经的信息传递都涉 及到电化学机理,第二部分 电池的基本知识,电池分类依据,电解质种类 电池所用正负极材料 工作特性和储存方式,以电解质种类分类:,碱性电池电解质以KOH溶液為主,如碱性 锌锰电池(俗称碱锰电池或碱性 电池)
4、、镍镉电池和镍氢电池等 酸性电池电解质以硫酸水溶液为主,如铅 酸电池 中性電池电解质为盐溶液,如锌锰电池和 海水电池 有机电解质电池电解质为有机溶液,如锂 电池、锂离子电池,以电池所用正负极材料分类:,锌系列电池锌锰电池和锌银电池等 镍系列電池镍镉电池和镍氢电池等 铅系列電池铅酸电池等 锂系列電池锂离子电池和锂锰电池等 二氧化锰系列電池锌锰电池和碱锰电池 空气(氧气)系列電池锌空气电池,以工作特性和储存方式分类:,一次电池又称原电池,即不能再次充电的电池,如锌锰电池和锂电池等 二次电池又称蓄电池,即可充电电池,如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等 燃料電池正、负极本身不包含活性物质,活
5、性材料连续不断从外部加入的电池 储备电池电池储备时不直接接触电解质,直到电池使用时,才加入电解液,如镁氯化银(海水电池)。,一次电池:,锌锰电池:Zn|NH4Cl,ZnCl2|MnO2(C) 碱性锌锰电池:Zn|KOH,K2Zn(OH)4|MnO2(C) 锌银电池:Zn|KOH|Ag2O 锂锰电池:Li|LiClO4(PC,DME)|MnO2(C) 锌空气电池: Zn(Hg)|NH4Cl,ZnO|O2(C),二次电池,蓄电池(二次电池):电极反应可逆 特点:可循环使用 例:铅酸电池 PbH2SO4PbO2 镉镍电池 CdKOHNiOOH 铁镍电池 FeKOHNiOOH 氢化物镍电池 MH/KO
6、HNiOOH,四种主要的二次电池,镍镉、镍氢、锂离子电池性能对比,技术参数 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池 工作电压(V) 1.2 1.2 3.6 重量比能量(Wh/Kg) 50 65 105-140 体积比能量(Wh/l) 150 200 300 充放电寿命(次) 500 500 1000 自放电率(%/月) 25-30 30-35 6-9 有无记忆效应 有 有 无 有无污染 有 无 无,电池组成1,1)电极:电池的核心部分,由活性物质添加剂和 导电骨架组成 活性物质要求: 比容量高; 电化学活性高; 在电解液中化学稳定性好; 导电骨架要求: 集流性能好,分布均匀,柔软性好,集电体,活性物质
7、,电池组成2,2)电解质:主要组成之一,传递正、负极之间电荷 稳定性强; 比电导高,欧姆压降小; 化学稳定性高。,电解液,电池组成3,3)隔膜:正、负电极之间,避免正、负极活性物质直接接触 在电解液中稳定性好; 电子缘绝体,离子导体; 常用PP、尼龙; 强度高,透气性好,耐氧化能力强,耐高、低温能力强,隔膜,电池组成4,4)外壳(case): 要求:机械强度、耐振动、耐冲击、能耐高、低温变化和电解液的腐蚀。,电池原理,例:镉镍电池工作原理 化学能 电能 成流反应 2NiOOH + Cd + 2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 NiOOH + 2H2O + e- Ni(OH)2 +
8、OH- Cd + 2OH- 2e- Cd(OH)2,放,充,放,充,放,充,充电,放电,电池基本概念1,短路:电流不经负载而由电源一端直接回到另一端,导致电路中电流猛烈加大,这就叫短路。 断路:电路中电流不通叫断路。 电流强度:单位时间内通过导体某一截面,电荷量的代数和,常用字母“A”表示。 电压:水要有水位差才能流动,同样的,要使电荷作有规则的移动,必须在电路两端有一个电势差,这个电势差叫电压。常用字母“V”表示。,电池基本概念2,电流:在电场力的作用下,自由电子或离子所发生的有规则地运动称为电流。 电阻:电子在物体内移动所遇到的阻力叫电阻。电阻单位是欧姆,常用字母“”表示。,电池的性能1,
9、1、电动势:两电极电势之差(平衡电极电法),电池的性能2,2、内阻:R=R + 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。 R: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。,电池性能3,3、开路电压、工作电压1 开路电压:是指电池在非工作状态下,即电路中无电流流过时,电池正负极之间的电势差。 工作电压:又称端电压,是指电池的工作状态下,即电路中有电流,流过时电池正负极之间的电势差。 V = V开 IR,电池
10、性能3,3、开路电压、工作电压 终点电压:电池在放电过程中,电压下降到不宜再继续放电的工作电压为终点电压。 如再继续使电池放电则称之为过放。过放对电池性能会产生破坏性影响,是导致电池零电压及综合性能下降的主要原因,在电池的检测和使用过程中,应尽量避免过放。 中点电压:是指电池以一定的倍率放电至终点电压的时间之中点的电池电压。,开路电压,标称电压,电池电压,放电终止电压,电池性能4,4、容量、比容量: 理论容量(Co)(活性物质100%利用): Co=26.8n=1/kmo(Ah) mo为活性物质的质量;M为活性物质分子量;n为成流反应得失电子数;26.8为常数1克当量活性物质反应时所放出电量;
11、 实际容量(C):C=0TIdT 恒流:IT 恒阻:0TVdT 额定容量(C额):设计和制造电池时,规定或保证电池在一定放电条件下应该放出的最低限度的容量。,容量,电池能量,放电深度,电池性能5,5、能量,比能量: 理论能量(a、活性物质100%利用;b、电极反应处于平衡状态): Wo = CoE 实际能量: W = 0TIVdT 比能量: 体积比能量: W体 = (Wh/L) 重量比能量: W重 = (Wh/l),电池性能6,6、贮存性能和循环寿命: 贮存性能:(自放电) 电池的贮存性能是衡量电池综合性能稳定程度的一个重要参数,电池经过一定时间的贮存后,允许电池的容量及内阻有一定程度的变化。
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