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新能源汽车锂离子电池课程教学设计

新能源汽车锂离子电池课程教学设计

一、任务引入（时间：5分钟）

【知识回顾】

1.镍氢电池的结构原理及特点

2.镍氢电池的充放电特性。

【任务分析】

本次课学习内容包括锂离子电池的结构、原理和主要材料及充放电特性和优缺点。

【目标要求】

1.了解锂电池的类

2.掌握锂电池的结构和工作原理

3.了解锂电池正负极材料

【教学活动设计】

教师活动：创设情境，展示教具；学生活动：体会场景，感知实物。

二、知识准备（时间：40分钟）

【相关知识】

新能源汽车锂离子电池课程教学设计全文共1页，当前为第1页。1.导入新课

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锂离子电池是1990年由日本索尼公司首先推向市场的新型高能蓄电池，是目前世界上必威体育精装版一代的充电电池。与其他蓄电池相比，锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低、工作温度范围宽和安全可靠等优点，它已成为未来电动汽车较为理想的动力电池。下面我们起进入锂离子电池的学习。

讲授新知识

引导问题：锂离子电池的结构特点及使用情况？

教学开展：设置问题引导学生自学，并答疑提问和学生一起总结。

一、锂电池简介

锂离子电池:是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态;放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。

二、锂离子电池的分类

（1）按照锂离子电池外形形状，可以分为方形锂离子电池和圆柱形锂离子电池。

新能源汽车锂离子电池课程教学设计全文共2页，当前为第2页。（2）按照锂离子电池所用电解质材料不同，可以分为聚合物锂离子电池和液态锂离子电池。

新能源汽车锂离子电池课程教学设计全文共2页，当前为第2页。

（3）按照锂离子电池正极的材料不同，可以分为锰酸锂离子电池、磷酸铁锂离子电池、镍钴锂离子电池或镍钴锰锂离子电池。

第一代车用锂离子电池是锰酸锂离子电池，成本低，安全性较好，但循环寿命欠佳，在高温环境下循环寿命更短，高温时会出现锰离子溶出的现象。第二代是具有美国专利的磷酸铁锂离子电池，是锂离子电池的发展方向，由于原材料价格低且磷、铁、锂的资源丰富，且工作电压适中，充放电特性好，高放电功率，可快速充电且循环寿命长，高温和高热稳定性好，储能特性强，完全无毒。

三、锂离子电池的结构

锂离子电池由正极、负极、隔板、电解液和安全阀等组成。圆柱形锂离子电池结构如图P96所示。

四、锂离子电池的工作原理

新能源汽车锂离子电池课程教学设计全文共3页，当前为第3页。锂离子电池正极材料采用锂化合物LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，负极采用锂-碳层间化合物LixC6，电解液为有机溶液。锂离子电池的工作原理，电池在充电时，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到负极中；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解质溶液和隔膜，嵌入到正极材料晶格中。在整个充放电过程中，锂离子往返于±极之间。

新能源汽车锂离子电池课程教学设计全文共3页，当前为第3页。

充电时:xLi+xe+6C→LixC6

放电时:LixC6→xLi+xe+6C

新能源汽车锂离子电池课程教学设计全文共4页，当前为第4页。锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为摇椅电池。

新能源汽车锂离子电池课程教学设计全文共4页，当前为第4页。

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。

一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池