常用电池教学课件

常用电池教学课件第一章电池基础知识概述什么是电池？能量转换装置基本组成结构电流产生机制电池是将化学能转化为电能的精密装置，通每个电池都包含三个核心组件正极（电子过可控的化学反应释放电子，为外部电路提接收端）、负极（电子释放端）和电解质供持续的电能输出这一转换过程是现代便（离子传导介质），它们协调工作形成完整携式电子设备运行的基础的电化学系统电池的基本组成结构01正极（阴极）电子接受处，发生还原反应正极材料通常具有较高的电极电位，能够有效接收来自外电路的电子，常用材料包括二氧化锰、磷酸铁锂等02负极（阳极）电子释放处，发生氧化反应负极材料电极电位较低，容易失去电子，常见材料有锌、石墨、金属锂等，决定了电池的放电特性03电解质离子传导介质，完成电路闭合电解质允许离子在正负极间移动，维持电荷平衡，可以是液态、胶态或固态，影响电池的安全性和性能04隔膜防止正负极直接接触短路隔膜具有多孔结构，允许离子通过但阻止电子直接传导，确保电流只能通过外电路流动，保证电池安全运行电池内部结构示意图电池内部结构剖面图，清晰展示正极、负极、电解质和隔膜的相对位置与功能关系正极负极电解质隔膜电子接收端还原电子释放端氧化离子传导电荷平物理隔离安全保反应区反应区衡护电池的分类二次电池可充电电池，化学反应可逆•铅酸蓄电池一次电池•镍镉电池•镍氢电池不可充电电池，化学反应不可逆•锂离子电池•锌-碳电池•碱性电池特殊电池•纽扣电池新兴技术与特殊应用•锂原电池•燃料电池•太阳能电池•超级电容器•生物电池第二章常见一次电池类型一次电池是我们日常生活中最常接触的电池类型，虽然不能充电，但具有即用即取、储存时间长、成本低廉等优势，广泛应用于各种便携式设备中锌碳电池（干电池）-电极材料负极锌壳体，既作为负极活性材料，又充当电池外壳，设计简洁经济正极二氧化锰，具有良好的电化学活性和稳定性技术参数电解质氯化铵水溶液糊状，提供离子传导通道标准电压约

1.5V，适合大多数小功率设备典型应用遥控器、玩具、手电筒、收音机、钟表等低功耗设备，成本低廉，使用方便碱性电池负极材料锌粉采用锌粉而非锌片，大幅增加反应表面积，提高放电效率和容量密度正极材料二氧化锰高纯度电解二氧化锰，电化学性能优异，放电曲线平稳电解质氢氧化钾碱性电解质导电性强，内阻低，适合大电流放电，低温性能好应用领域数码相机、游戏机、无线鼠标、电动玩具、高功率手电筒等中高耗电设备碱性电池的能量密度比锌-碳电池高3-5倍，使用寿命更长纽扣电池精密计时设备便携计算设备手表、计时器等需要长期稳定供电的计算器、电子词典等小型电子产品，设备，要求电压稳定、漏电流极小功耗低但需要长期待机能力测量仪器电子秤、温度计、血糖仪等测量设备，要求电压稳定性高、使用寿命长纽扣电池类型多样化，包括碱性纽扣电池（LR系列）、银氧化物电池（SR系列）、锂纽扣电池（CR系列）等，根据不同应用需求选择合适类型各类一次电池实物对比电池类型电压V容量特点主要优势锌-碳电池

1.5低容量成本最低碱性电池

1.5高容量性能均衡纽扣电池

1.5-

3.0小体积长储存寿命第三章常见二次电池类型二次电池的最大特点是可以反复充放电使用，虽然初期投资较高，但长期使用成本更经济，并且对环境更友好随着技术发展，二次电池在容量、寿命、安全性方面都有了显著提升铅酸蓄电池1电极系统负极海绵状铅Pb，具有多孔结构，增加反应面积2电解质系统正极二氧化铅PbO₂，活性高，氧化性强电解质稀硫酸溶液（H₂SO₄），浓度通常为30-技术参数337%参与反应过程，影响电池容量和性能单体电压2V，汽车电池通常6个单体串联得到12V铅酸蓄电池是最成熟的二次电池技术，拥有160多年4应用领域充放电效率约85-90%，循环寿命的发展历史，至今仍在汽车工业中占据主导地位300-500次汽车启动电池、UPS不间断电源、电力储能、应急照明系统镍镉电池（）Ni-Cd电极材料体系技术性能优势环保局限性负极金属镉Cd，具有良好的电化学活循环寿命长达1000-1500次，远超早期其他含有毒重金属镉，对环境和人体健康造成性和循环稳定性二次电池技术潜在威胁正极镍氢氧化物NiOOH，在碱性环境中耐低温性能出色，在-20℃环境下仍能正常废弃处理成本高，需要专业回收处理，环表现出色的充放电性能工作，适合极端环境应用保压力大放电特性稳定，输出电压平台较为平坦，欧盟等地区已限制或禁止在消费电子产品适合对电压稳定性要求高的设备中使用镍氢电池（Ni-MH）01材料革新负极金属氢化物合金，通常为AB₅型或AB₂型稀土合金，可逆储氢能力强02性能提升能量密度比Ni-Cd电池高40-60%，相同体积下储存更多电能03环保优势不含镉、汞等有毒重金属，符合环保要求，可安全处置04市场应用数码相机、电动工具、混合动力汽车电池组等领域广泛应用镍氢电池在丰田普锐斯等混合动力汽车中得到大规模商业化应用，证明了其技术成熟度锂离子电池负极系统材料人造石墨，具有层状结构，锂离子可在层间可逆嵌入脱出特性理论容量372mAh/g，电压平台稳定在

0.1V左右正极系统三元材料镍钴锰酸锂NCM，平衡容量、功率和稳定性磷酸铁锂LiFePO₄，安全性高，循环寿命长，成本较低技术优势高能量密度150-250Wh/kg，是镍氢电池的2-3倍轻量化重量比传统电池轻40-50%，提升设备便携性广泛应用智能手机、笔记本电脑、平板电脑、电动汽车、储能系统等现代电子设备的首选各类二次电池结构对比电池类型负极材料正极材料电解质标称电压铅酸海绵铅Pb二氧化铅PbO₂稀硫酸

2.0V镍镉镉Cd镍氢氧化物氢氧化钾

1.2V镍氢金属氢化物镍氢氧化物氢氧化钾

1.2V锂离子石墨锂化合物有机电解液

3.6V第四章电池工作原理详解电池的工作原理基于电化学反应，通过氧化还原反应实现化学能与电能的相互转换理解这一过程有助于我们更好地使用和维护电池设备，提高使用效率和安全性电池放电过程负极氧化反应外电路导电负极活性物质失去电子，发生氧化反应，电子积累在负极表面，形成电电子通过外部导线从负极流向正极，形成电流，为外部负载提供电能子库电流方向与电子流动方向相反例如Zn→Zn²⁺+2e⁻正极还原反应离子迁移平衡正极活性物质接受来自外电路的电子，发生还原反应，消耗电子电解质中的离子在正负极间迁移，维持整个系统的电荷平衡，确保反应持续进行例如MnO₂+2e⁻→Mn₂O₃电池充电过程（二次电池）充电效率影响因素•充电电流大小•环境温度外部电源驱动•电池老化程度•充电控制策略充电器提供反向电压，强制电子从正极流向负极反应过程逆转充电效率通常在85-95%之间，部分能量以热能形式损失，这也是充电时电池发热的原因正负极化学反应方向完全逆转，放电产物重新转化为原始活性物质能量重新储存电池电压与容量电压决定因素容量影响要素性能影响因素电池电压主要由正负极材料的电极电电池容量由活性物质的数量和电池的温度、放电速率和电池老化都会显著位差决定，是材料固有属性锂离子物理结构决定活性物质越多，电极影响电池性能低温会降低离子传导电池电压高达

3.6V，而镍氢电池仅面积越大，可储存的电荷量就越多速率，高倍率放电会增加内阻损失，

1.2V，这直接影响了系统设计和应用这也是为什么大容量电池通常体积更而老化会减少可用活性物质，这些都场景大的原因需要在实际应用中加以考虑第五章磷酸铁锂电池与三元锂电池对比作为锂离子电池的两大主流技术路线，磷酸铁锂和三元锂电池各有特色磷酸铁锂注重安全和成本，三元锂追求高能量密度，两者在不同应用场景中发挥各自优势磷酸铁锂电池优势极高安全性超长循环寿命经济成本优势热稳定性出色磷酸铁锂材料热分解温度约循环次数标准测试条件下可达3500-5000原材料丰富铁、磷等元素储量丰富，价格800℃，远高于三元材料的200-300℃次充放电循环稳定且低廉不易起火爆炸即使在极端滥用条件下，也容量保持率3000次循环后容量保持率仍超无稀有金属不含钴、镍等昂贵稀有金属，不会释放氧气，大幅降低热失控风险过80%成本可控结构稳定橄榄石结构稳定性好，不会因过日历寿命正常使用条件下可服役10-15制造工艺成熟生产工艺相对简单，规模化充过放导致结构崩塌年，大幅降低更换成本生产成本低三元锂电池优势卓越能量密度1重量能量密度可达200-250Wh/kg，比磷酸铁锂高40-60%2优异低温性能体积能量密度同样体积下储能更多，有利于设备小型化工作温度范围可在-30℃至60℃范围内稳定工作低温容量保持-20℃下容量保持率仍可达70%以上强劲续航能力3电动汽车应用单次充电续航里程更长，满足长途出行需求消费电子手机、笔记本等设备使用时间更长市场趋势与应用比亚迪刀片电池革命宁德时代双路线战略特斯拉成本优化策略比亚迪刀片电池采用磷酸铁锂材料，通过创新的作为全球最大的动力电池制造商，宁德时代同时特斯拉在Model3/Y标准续航版本中采用磷酸铁结构设计实现了空间利用率的最大化，推动磷酸发展磷酸铁锂和三元锂技术路线，针对不同市场锂电池，在保证性能的前提下显著降低成本，这铁锂电池市场份额从30%提升至55%以上，重新需求提供差异化产品，麒麟电池技术进一步提升一策略被全球多家电动车企业效仿，推动了磷酸定义了电池安全标准了两种技术的性能边界铁锂技术的快速发展磷酸铁锂与三元锂电池性能对比温度℃磷酸铁锂容量保持率%三元锂容量保持率%第六章电池安全与维护电池安全是使用过程中的首要考虑因素，正确的使用和维护方法不仅能延长电池寿命，更能避免安全事故的发生掌握电池安全知识，是每个用户的必修课电池安全注意事项123防止电路故障环境条件控制物理损伤防护短路预防避免金属物品同时接触正负极，温度管理避免高温环境，正常使用温度范机械保护避免跌落、挤压、穿刺等机械损使用绝缘材料包装存储围0-45℃伤过充保护使用带保护电路的充电器，避免湿度控制保持干燥环境，防止湿气侵入导外壳检查定期检查电池外壳是否有破损、长时间过度充电导致电池发热膨胀致电池腐蚀膨胀等异常过放避免及时充电，防止电池电压过低造通风良好充电时保持良好通风，及时散发正确搬运大型电池搬运时使用专用工具，成不可逆损伤产生的热量和气体避免人为损坏紧急处理如发现电池冒烟、发热、膨胀等异常情况，应立即停止使用，将电池移至安全区域，必要时联系专业人员处理电池维护要点定期检测铅酸电池专项维护充放电管理电压监测使用万用表定期检查电池电压电解液补充定期检查电解液液面，及时规范操作遵循制造商推荐的充放电规程是否正常补充蒸馏水避免深度放电及时充电，避免电池完全容量测试通过放电测试了解电池实际容比重测量用密度计检测电解液比重，判耗尽量衰减情况断充电状态均衡充电电池组要定期进行均衡充电内阻检查内阻增加是电池老化的重要指清洁保养清理电池表面和接线端子的腐标蚀物正确的维护不仅能延长电池使用寿命，还能保持电池性能稳定，降低故障风险对于不同类型的电池，应采用相应的专业维护方法第七章未来电池技术展望电池技术正站在新的历史起点上，固态电池、钠离子电池、新型锂电池等革命性技术即将改变我们对储能的认知未来的电池将更安全、更高效、更环保新兴电池技术钠离子电池固态电池技术成本优势钠资源极其丰富，成本仅为锂的1/10革命性安全采用固体电解质替代液体电解液，从根本上消除漏液和起火风险低温性能-40℃环境下仍能正常工作，适合极地应用能量密度突破理论能量密度可达400-500Wh/kg，是快充能力15分钟可充电80%，满足快节奏生活需求现有锂电池的2倍以上富锂锰基电池产业化进程丰田、宁德时代等厂商计划2025-2027年实现量产超高容量理论容量达300mAh/g，远超现有正极材料兼顾安全锰基材料热稳定性好，安全性优于三元材料石墨烯电池成本控制减少钴用量，降低对稀有金属的依赖极速充电几秒钟内完成充电，颠覆传统概念铝-空气电池超长寿命循环次数可达数万次，几乎永不损耗超长续航理论能量密度达8100Wh/kg，潜力巨大技术挑战成本和工艺仍需要重大突破环保材料铝可完全回收，对环境友好应用前景适合长途运输和分布式储能结语技术日新月异电池技术以前所未有的速度发展，从最初的伏打电池到现代的锂离子电池，再到即将到来的固态电池，每一次技术革命都深刻改变着人类社会应用前景广阔从微小的助听器电池到大型储能电站，从深海探测器到太空飞船，电池技术的应用领域不断拓展，为人类探索未知世界提供可靠动力科学选型使用安全规范操作拥抱美好未来理解不同电池的原理与性能特点，能够帮助掌握电池安全知识和维护技能，不仅能够延随着固态电池、钠离子电池等新技术的成我们在实际应用中做出最佳选择，既满足性长设备使用寿命，降低使用成本，更能避免熟，未来的储能解决方案将更加高效、安能需求，又确保使用安全，实现经济效益最安全事故的发生，保护人身和财产安全全、环保，让我们共同期待这个绿色能源的大化美好时代。