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学院名称

理学院

专业名称

光信息科学与技术

学生姓名

杨大华

学号

20072708

指导教师

施鹏程讲师

二〇一一年六月

锂离子电池的工作原理和应用分析

摘要：

锂离子电池是一种新型的电池，在很多领域中得到了广泛应用。

在各种新能源电池中，锂离子电池被认为是最有发展前途的新能源动力型电池之一。

本论文通过介绍锂离子电池的原材料与工作原理，提高了对锂离子电池的结构特性和工作机制的认识。

通过分析我国锂离子电池的研究动态,指出了我国在锂离子电池技术和产品上已经接近世界先进水平,并且向着更抗衰老，更低回收率，更耐受过充，更长寿命方向发展。

最后针对国内动力型锂离子电池发展中存在的主要的六大问题,提出了七个相应的解决方法。

关键词：

锂离子电池；

新能源；

工作原理；

应用

TheWorkPrincipleandApplicationAnalysisoftheLithium-ionBattery

Abstract:

Lithiumionbatteryisanewtypeofbattery.Itcanbewidelyusedinmanyfields.Inallkindsofnewenergybattery,lithiumionbatteryisconsideredasoneofthemostpromisingnewenergy.Toknowmoreaboutthestructureoflithium-ionbatterycharacteristicsandworkingmechanisms,thisthesisdescribestherawmaterialsandworkingprinciple.Throughanalyzingofthelithium-ionbatteryresearchingtrends,thetechnologyandproductsofthelithium-ionbatteryareinourcountryareclosingtotheworldadvancedlevel,andfacingtoamoreanti-aging,morelowrecovery,moretoleranceovercharge,longerlifedirection.Finally,accordingtosixproblemsinthedevelopmentoflithiumionbatteries,putforwardsevencorrespondingsolutions.

Keywords:

Lithium-ionbattery；

Newenergy；

Workingprinciple；

Apply

4.2.1国内锂离子电池的研究动态15

4.2.2历年国内锂离子电池的产量16

4.2.3历年我国锂离子电池的出口情况16

4.2.42010年我国各类电池出口情况17

第一章绪论

近年来，油价逐步攀升和城市大气污染日益加重，给人们的生产、生活带来了沉重的压力，传统的燃油汽车交通方式受到越来越多的人质疑，发展对传统化石能源依赖性低以及环境友好的新型交通工具，成为人们的共识。

在各种新型交通工具中，以新能源动力为核心的新能源汽车备受瞩目。

在各种新能源动力形式中，锂离子电池被认为是最有发展前途的新能源动力形式之一。

1.1锂离子电池的发展历史

锂离子电池是锂电池发展而来。

所以在介绍锂离子电池之前，先介绍锂电池。

举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。

锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。

电池组装完成后电池即有电压，不需充电。

这种电池也可以充电，但循环性能不好，在充放电循环过程中，容易形成锂枝晶，造成电池内部短路，所以一般情况下这种电池是禁止充电的。

1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池［1］。

1982年伊利诺伊理工大学的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆［2］。

与此同时，采用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。

首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。

后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂离子电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池［3］。

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。

而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。

同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。

回正极的锂离子越多，放电容量越高。

我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。

在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极运动到负极，再由负极运动到正极的状态。

锂离子电池就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就像运动员一样在摇椅来回奔跑。

所以锂离子电池又叫摇椅式电池。

1.2为何A股市场上有锂走遍天下

在能源与环保日益成为全球性热点的大环境下，新能源将是未来的发展方向。

作为一种新型的电池，动力型锂离子电池也将迎来爆发式增长。

但就目前而言，锂电产业还是一项新兴的产业，相关技术还不够成熟，其应用和推广也还需要一个过程。

当前A股市场上相关的上市公司，对锂离子电池及相关产业大多还处在研发等投入阶段，产出尚早。

不过，这些因素并不影响A股市场上的各路资金对"

锂离子电池概念"

的追棒。

锂离子电池概念的股票被炒得风生水起，诞生了成飞集成（002190）这样的大牛股。

图1-1成飞集成股价的K线图

成飞集成在A股市场上的表现，可谓疯狂。

如图1-1，从2010年7月6日到9月9日，一共35个交易日，成飞集成13次涨停，股价从6月28日的收盘价11.49元，一直涨到9月9日的最高价52.29元。

35个交易日，涨幅高达355%。

是什么原因使得成飞集成的股价涨幅如此之大呢?

正是锂离子电池这一概念。

2010年7月6日， 

四川成飞集成科技股份有限公司发布公告，将通过非公开增发股票1.06亿股，募集不超过10.2亿元。

募集资金将全部用于增资中航锂电（洛阳）有限公司， 

建设锂离子动力电池项目［4］。

增资完成后，四川成飞集成科技股份有限公司将持有中航锂电约60%的股权，从而实现对其的绝对控股。

今年以来，我国频繁推出对新能源产业的相关支持政策，众多企业也开始涉足锂离子电池这一热门新兴产业。

自二次电池进入使用以来，主要经历了铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池这几个阶段。

其中锂离子电池是目前最为先进的绿色二次电池，这是锂离子电池概念股受到关注的最主要原因。

市场看好锂离子电池的发展前景，认为锂离子电池的发展空间巨大，大力发展锂离子电池业务能给上市公司带来丰厚的利润。

中航锂电目前的大股东中国空空导弹研究院在锂离子电池领域已有多年的研究，可定制动力模块和储能模块，并且已有一定的规模，是国内大容量锂离子动力电池的领跑者。

市场众多投资机构和个人投资者认为，成飞集成通过增资后控股的中航锂电有了中国空空导弹研究院的技术支持，有望成为锂离子电池的龙头企业，业绩将大幅度提升，给控股股东四川成飞集成科技股份有限公司带来丰厚的利润。

正因为如此，才使得成飞集成35个交易日，股价涨幅355%。

成飞集成股价的大幅度上涨带动了A股市场上相关的锂离子电池概念股。

2010年7、8月份，A股市场上一些原本主营业务不是锂离子电池的公司，甚至有些毫不相关的公司也纷纷加入到锂离子电池概念中来，纷纷发布公告称进军锂离子电池，因为只要与锂离子电池沾上一点点边，股价立刻就会大幅上涨。

比如佛山照明（000541），虽然传出"

内幕交易"

和"

泄密"

丑闻，但这并没有阻止佛山照明向新能源领域高歌猛进，其也成为了8月份的明星股。

据了解，佛山照明目前大部分的主营业务收入仍来自照明器材及灯具。

8月17日，佛山照明发布公告称，将审议公司投资磷酸铁锂正极材料及锂离子电池生产等事项，当日停牌一天。

虽然佛山照明是投资整个锂离子电池产业链，但其锂离子电池生产基地项目仍为初始阶段， 

实际发展前景还有待时间检验。

然而公司股价18日复牌后立刻涨停，其后连续大涨。

更夸张的是主营业务为电子元器件的铜峰电子（600237）， 

在公司已经确认是集团公司做锂离子电池项目后，公司股价依旧"

肆无忌惮"

地涨停。

整个7、8月份，锂离子电池概念股全线上涨，横店东磁、江特电机涨幅超过100%；

德赛电池、佛山照明、金瑞科技、湘潭电化涨幅超过50%；

江苏国泰 

、路翔股份、西部矿业涨幅超过30%。

正因为锂离子电池的前景巨大，才使得锂离子电池概念股在A股市场上股价大幅上涨。

1.3锂离子电池的特点

正由于锂离子电池拥有以下八种无可比拟的优势特点，才会被市场如此看好。

1.超长寿命。

长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次。

同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1—1.5年，而磷酸铁锂离子电池在同样条件下使用，将达到７－８年。

综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的5倍以上［5］。

2.使用安全。

磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题。

钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸，对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂经过严格的安全测试，即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。

3.可大电流快速充放电。

在专用充电器下，1.5C（电池标称容量）充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C，而铅酸电池现在无此性能。

4.耐高温。

磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃，而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。

5.大容量。

天津斯特兰能生产的磷酸铁锂动力电池的续行里程是同等质量铅酸电池的3—4倍，其优点可使电动自行车在适中重量的前提下，充一次电可跑100多公里，对于上班族，充一次电能够使用一周左右的时间。

而铅酸电池配备的电动自行车在整车重量不超标的条件下，其电池容量最大为12Ah（铅酸电池重量此时已达13公斤，而同容量的磷酸铁锂离子电池的重量只有5公斤），充一次电最多能够行驶50km左右。

6.无记忆效应。

可充电池经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。

像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂离子电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。

7.体积小、重量轻。

同等规格容量的磷酸铁锂离子电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的1/3。

8.绿色环保。

磷酸铁锂材料无任何有毒有害物质，不会对环境构成任何污染，被世界公认为绿色环保电池。

该电池无论在生产及使用中，均无污染，因此该电池又列入了“十五”期间的“863”国家高科技发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。

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