锂电池-My数位学习.ppt

鋰電池製程 製作:4A317029 蘇棓源 4A317020 翁晨凱 目錄 認識鋰電池 早期研發 鋰離子電池的原理 鋰電池的生產要素 各種鋰離子電池的優劣 認識鋰電池 　　鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。 　　鋰電池是一種將化學能轉換成電能的裝置，因具有可攜性、可視需要組合、高能量密度以及無排放噪音與廢氣的優點，所以在許多的領域受到普遍的應用，從微小的手表電池到汽車電池都使用到鋰電池。 　　由於鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著二十世紀末微電子技術的發展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進入了大規模的實用階段。 早期研發 　　最早得以應用於心臟起搏器中。鋰電池的自放電率極低，放電電壓平緩。使得起植入人體的搏器能夠長期運作而不用重新充電。二氧化錳電池，就廣泛用於計算機，計算器，數位相機、手錶中。 　　為了開發出性能更優異的品種，人們對各種材料進行了研究。從而製造出前所未有的產品。比如，鋰二氧化硫電池和鋰亞硫醯氯電池就非常有特點。它們的正極活性物質同時也是電解液的溶劑。 　　　 1992年Sony成功開發鋰離子電池。它的實用化，使人們的行動電話、筆記本電腦等攜帶型電子設備重量和體積大大減小。使用時間大大延長。由於鋰離子電池中不含有重金屬鎘，與鎳鎘電池相比，大大減少了對環境的污染。 鋰離子電池的原理 構成鋰電池的四個主要部分為： 電極（正極與負極） 電解液 隔離膜及 罐體 電解液（electrolyte）：在陰陽極發生了氧化還原反應後，電子透過外部線路傳遞而產生電流，在內部帶電離子則是透過電解液﹝electrolyte﹞在陰陽極之間傳遞。 隔離膜（separation film）：隔離膜是放置於兩極之間，作為隔離電極的裝置，藉以避免兩極上的活性物質直接接觸而造成電池內部的短路。但隔離膜仍需能讓帶電離子通過，以形成通路。 罐體（shell）：電池的外殼，主要用以保護內部結構，所以需要有良好的機械結構、耐熱、耐震動及耐腐蝕等性能，常見的罐體造型有圓筒型、方型、鈕扣型等，罐體材料則以鋁罐及鋼罐為主，其中又以鋁罐為最佳選擇。 　 電極(electrode)：電極是由活性物質與導電極板所構成，所謂活性物質是指在導電極板上可進行氧化還原的物質。電池的電極是將化學能轉換成電能的所在，而依其所發生的氧化或還原反應又有負極（－）與正極（＋）之分。 鋰電池的生產要素 技術要求：鋰離子電池的技術困難度遠高於其他電池，其專業及技術領域包括 材料配方的技術：主要是開發高性能且低成本的正、負極材料等，並達到配方的最佳化條件。 開發設計的技術:有研發各種電池規格的能力。 極板製程的技術:提昇電池良率及降低生產成本的主要技術。 電池封裝的技術:影響電池性能及安全性的主要因素。 活化測試的技術:新電池的活化使電池的品質達到最佳化，完成後的經測試流程再將電池分級。 安全儲存的技術：存放處所的環境要求及設計，關係到保存年限及安全問題。 五. 各種鋰離子電池的優劣 正極材料的選擇決定了電池的容量、安全性和老化特性。其中鈷特別提供了極佳的容量和老化特性，但與其他的材料相比，鈷的安全性就差了些。 鋰鎳鈷電池 　　　　鋰鎳鈷電池是鋰鎳電池和鋰鈷電池的固溶體（綜合體），兼具鋰鎳和鋰鈷的優點，一度被產業界認為是最有可能取代鋰鈷電池的新正極材料，但鈷正極電池在放電的過程中往往會形金屬鋰。因為金屬鋰具有易燃的特性，如果安全措施失效時，金屬鋰往往引發燃燒，所以安全性還是無法有更大突破。 　　　　因此，全球相關業者的主要發展集中在基於錳或磷酸鐵的正極：「LiNiO2」（鋰鎳電池）、「LiNi0.8Co0.2O2」（鋰鎳鈷電池）、「LiMn2O4」（鋰錳電池）、「」（鋰鎳鈷錳電池）和LFP（磷酸鋰鐵電池）以提昇其安全性，但提高安全性的代價是電池容量略有下降，且使電池的老化速度加快。 鋰錳電池 　　　鋰錳電池的成本低且安全性比鋰鈷好很多，但循環壽命欠佳，且高溫環境的循環壽命更差，高溫時甚至會出現錳離子溶出的現象，高溫造成自放電嚴重，以致儲能特性差。 鋰鎳電池 　　　鋰鎳電池的成本較低且電容量較高，不過，製作過程困難且材料性能的一致性和再現性差，最嚴重的是依然有安全性問題。 磷酸鋰鐵電池 　　　磷酸鋰鐵電池則同時擁有鋰鈷、鋰鎳和鋰錳的主要優點，但不含鈷等貴重元素，原料價格低且磷、鋰、鐵存在於地球的資源含量豐富，不會有供料問題，而且，工作電壓適中（3.2V）、電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環壽命長，在高溫與高