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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
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。
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
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