鋰離子電池制造材料匯報人：2024-01-29目錄CONTENTS鋰離子電池概述正極材料負(fù)極材料電解液與隔膜電池制造工藝與設(shè)備材料性能評價與測試方法未來發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)01鋰離子電池概述正極材料負(fù)極材料電解質(zhì)鋰離子電池工作原理在充電過程中，鋰離子從正極材料中脫出，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負(fù)極材料中；放電時則相反。負(fù)極材料一般為碳材料，能夠與鋰離子形成插層化合物，實現(xiàn)鋰離子的嵌入和脫出。電解質(zhì)在正負(fù)極之間起到傳遞鋰離子的作用，一般要求具有良好的離子導(dǎo)電性和電子絕緣性。

鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域消費電子鋰離子電池廣泛應(yīng)用于手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等消費電子產(chǎn)品中。電動汽車隨著新能源汽車的快速發(fā)展，鋰離子電池已成為電動汽車的主要動力來源。儲能領(lǐng)域鋰離子電池還可用于電網(wǎng)儲能、家庭儲能等領(lǐng)域，實現(xiàn)能量的高效利用。發(fā)展歷史鋰離子電池的研究始于20世紀(jì)70年代，90年代開始商業(yè)化應(yīng)用，并逐漸取代了傳統(tǒng)的鎳鎘電池和鎳氫電池?，F(xiàn)狀目前，鋰離子電池技術(shù)仍在不斷發(fā)展和完善中，主要研究方向包括提高能量密度、降低成本、提高安全性等。同時，新型電池技術(shù)如固態(tài)電池、鋰硫電池等也在不斷發(fā)展中，有望在未來取代傳統(tǒng)的鋰離子電池。鋰離子電池發(fā)展歷史與現(xiàn)狀02正極材料01020304高能量密度良好的循環(huán)性能高成本安全性問題鈷酸鋰鈷酸鋰具有較高的比容量和工作電壓，使得鋰離子電池具有較高的能量密度。鈷酸鋰在充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有良好的循環(huán)性能和較長的使用壽命。鈷酸鋰在高溫甚至600度下仍能保持穩(wěn)定，從而提高電池的熱穩(wěn)定性，但也可能導(dǎo)致電池在過熱時產(chǎn)生安全隱患。鈷資源稀缺，價格昂貴，導(dǎo)致鈷酸鋰電池成本較高。資源豐富高安全性循環(huán)性能一般能量密度較低錳酸鋰錳酸鋰具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐過充性能，提高了電池的安全性。錳元素在地球上儲量豐富，價格相對較低，使得錳酸鋰電池成本較低。與鈷酸鋰相比，錳酸鋰的比容量和工作電壓較低，使得鋰離子電池的能量密度相對較低。錳酸鋰在充放電過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致循環(huán)性能相對較差。1234高能量密度成本適中良好的循環(huán)性能安全性問題三元材料三元材料具有較高的比容量和工作電壓，使得鋰離子電池具有較高的能量密度。三元材料在充放電過程中結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，具有良好的循環(huán)性能和較長的使用壽命。三元材料中的鎳、鈷、錳等元素價格相對合理，使得三元鋰電池成本適中。三元材料在高溫下容易發(fā)生熱失控，導(dǎo)致電池安全性降低。01020304高安全性長循環(huán)壽命能量密度較低成本適中磷酸鐵鋰磷酸鐵鋰具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐高溫性能，使得鋰離子電池在高溫甚至600度下仍能保持穩(wěn)定，從而提高電池的安全性。磷酸鐵鋰在充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有良好的循環(huán)性能和較長的使用壽命。與鈷酸鋰和三元材料相比，磷酸鐵鋰的比容量和工作電壓較低，使得鋰離子電池的能量密度相對較低。磷酸鐵鋰原料來源廣泛，價格相對較低，使得磷酸鐵鋰電池成本適中。03負(fù)極材料具有層狀晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性好，結(jié)晶度高，嵌鋰容量高。天然石墨人造石墨石墨烯通過高溫處理石油焦、針狀焦等原料制得，結(jié)構(gòu)可控，循環(huán)性能好。由單層碳原子組成的二維晶體，具有高導(dǎo)電性、高強度和優(yōu)異的柔韌性。030201石墨類負(fù)極材料具有三維鋰離子擴散通道，倍率性能好，安全性高。尖晶石型鈦酸鋰晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，循環(huán)壽命長，但電子導(dǎo)電性較差。金紅石型鈦酸鋰鈦酸鋰負(fù)極材料理論比容量高，但體積膨脹嚴(yán)重，循環(huán)性能差。硅單質(zhì)通過合金化改善硅的體積效應(yīng)，提高循環(huán)穩(wěn)定性。硅合金具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，但首次庫倫效率低。硅氧化物硅基負(fù)極材料03多元復(fù)合負(fù)極材料通過設(shè)計多元復(fù)合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)負(fù)極材料的多功能化和高性能化。01碳/硅復(fù)合材料結(jié)合碳材料的穩(wěn)定性和硅的高比容量，提高循環(huán)性能和倍率性能。02碳/金屬氧化物復(fù)合材料利用金屬氧化物的電化學(xué)活性和碳材料的導(dǎo)電性，提高負(fù)極材料的綜合性能。復(fù)合負(fù)極材料04電解液與隔膜常用有機溶劑如碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）等，提供離子傳輸?shù)拿浇椤Ｈ軇┤缌姿徜嚕↙iPF6）等，作為鋰離子的來源，在充放電過程中實現(xiàn)鋰離子的嵌入和脫出。鋰鹽用于改善電解液的某些性能，如提高導(dǎo)電性、降低粘度、增強穩(wěn)定性等。添加劑電解液組成及作用聚乙烯（PE）隔膜聚丙烯（PP）隔膜復(fù)合隔膜性能要求隔膜類型及性能要求具有較高的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性，但熱穩(wěn)定性較差。由PE和PP等多層材料復(fù)合而成，兼具多種性能優(yōu)勢。具有較高的熱穩(wěn)定性和機械強度，但化學(xué)穩(wěn)定性相對較差。隔膜應(yīng)具有優(yōu)異的離子透過性、電子絕緣性、機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。電解液影響隔膜影響電解液與隔膜對電池性能影響隔膜的性能對電池的內(nèi)阻、循環(huán)壽命和安全性能具有重要影響。優(yōu)質(zhì)的隔膜應(yīng)具有低內(nèi)阻、高離子透過性、良好的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性，以及優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，以確保電池在高溫甚至極端條件下的安全性能。電解液的組成和性質(zhì)直接影響電池的電壓、容量、循環(huán)壽命和安全性能。例如，電解液的電導(dǎo)率影響電池的倍率性能，而電解液的穩(wěn)定性則關(guān)乎電池的安全性能。05電池制造工藝與設(shè)備電極制備工藝及設(shè)備介紹將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等按一定比例混合均勻，形成電極漿料。將電極漿料均勻涂布在金屬箔材上，形成電極片。通過加熱或真空干燥等方式，去除電極片中的水分和有機溶劑。對干燥后的電極片進行壓實，提高其密度和機械強度?；炝瞎に囃坎脊に嚫稍锕に噳浩に囯姌O片裁切隔膜裁切疊片工藝電池殼封裝電池組裝工藝及設(shè)備介紹01020304將電極片裁切成規(guī)定尺寸，以便后續(xù)的組裝。將隔膜裁切成與電極片相匹配的尺寸。將正負(fù)極電極片和隔膜按順序疊放在一起，形成電池芯。將電池芯放入電池殼中，并進行密封封裝?；晒に嚪秩莨に嚮稍O(shè)備分容設(shè)備電池化成與分容工藝及設(shè)備介紹對組裝好的電池進行首次充電，激活電池中的活性物質(zhì)，使其具備電化學(xué)性能。對化成后的電池進行容量測試，根據(jù)測試結(jié)果對電池進行分選和分類。包括充放電設(shè)備、溫度控制設(shè)備等，用于實現(xiàn)電池的化成過程。包括容量測試設(shè)備、數(shù)據(jù)記錄設(shè)備等，用于實現(xiàn)電池的分容過程。06材料性能評價與測試方法密度測試通過測量材料的質(zhì)量和體積，計算其密度，以評估材料的緊實程度和一致性。粒度分析使用粒度分析儀對材料進行粒度分布測試，以了解材料的顆粒大小和分布情況。比表面積測試通過比表面積測試儀測量材料的比表面積，以評估材料與電解液的接觸面積和反應(yīng)活性。材料物理性能測試方法交流阻抗譜（EIS）在特定頻率范圍內(nèi)施加交流信號，測量材料的阻抗響應(yīng)，以了解材料的導(dǎo)電性能和界面反應(yīng)。充放電性能測試對電池進行充放電實驗，記錄其充放電曲線、容量、庫侖效率等參數(shù)，以評估材料的電化學(xué)性能。循環(huán)伏安法（CV）通過在不同電位下測量電流的變化，研究材料的電化學(xué)反應(yīng)機理和動力學(xué)過程。材料電化學(xué)性能測試方法熱穩(wěn)定性測試通過熱分析儀等設(shè)備對材料進行熱穩(wěn)定性測試，了解其熱分解溫度、熱穩(wěn)定性等參數(shù)，以評估材料的安全性。穿刺實驗?zāi)M電池內(nèi)部短路情況，對材料進行穿刺實驗，觀察其熱行為和安全性能。過充過放實驗對電池進行過充和過放實驗，觀察其電壓、溫度等參數(shù)的變化，以評估材料在極端條件下的安全性能。材料安全性能測試方法07未來發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)通過提高鎳含量，降低鈷、錳含量，實現(xiàn)高能量密度，同時降低成本。高鎳三元材料硅具有極高的理論比容量，是下一代高能量密度鋰離子電池負(fù)極材料的首選。硅基負(fù)極材料固態(tài)電解質(zhì)具有高安全性、高能量密度等優(yōu)點，是未來鋰離子電池發(fā)展的重要方向。固態(tài)電解質(zhì)高能量密度鋰離子電池材料發(fā)展趨勢鈦酸鋰具有優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，是長壽命鋰離子電池的理想負(fù)極材料。鈦酸鋰負(fù)極材料通過改進正極材料的晶體結(jié)構(gòu)、表面包覆等技術(shù)手段，提高正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。長壽命正極材料研發(fā)新型電解液添加劑，改善電極/電解液界面性能，提高電池循環(huán)