锂离子电池基础知识

锂离子电池基础知识力神电池什么叫锂离子电池？锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2或LiXMnO2负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。电解质为溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等有机溶液。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的称为“摇椅电池”。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。锂离子电池电化学反应机理正极反应：LiCoO2====Li1-xCoO2+xLi++xe-负极反应：6C+xLi++xe-===LixC6电池总反应：LiCoO2+C6====Li1-xCoO2+LixC6放电时发生上述反应的逆反应。充电放电充电放电充电放电锂离子电池结构正极活性物质（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2)导电剂、溶剂、粘合剂、基体负极活性物质（石墨、MCMB)粘合剂、溶剂、基体隔膜（PP+PE）电解液（LiPF6+DMC/EC/EMC)外壳五金件（铝壳、盖板、极耳、绝缘片）方（角）形锂离子电池结构图正极帽安全阀绝缘件盖板垫圈正极极耳隔膜圆柱形锂离子电池结构图密封圈限流开关隔膜绝缘垫绝缘圈正极极耳软包装锂离子电池结构图绝缘圈锂离子电池结构——正极正极基体：铝箔（约0.015mm厚)正极物质：钴酸锂+导电剂+PVDF正极极耳：铝带（约0.1mm厚）作用：提供锂源锂离子电池结构——负极负极基体：铜箔（约0.010mm厚)负极物质：石墨+CMC+SBR/石墨+PVDF负极极耳：镍带（约0.07mm厚）作用：接受容纳锂离子锂离子电池结构——隔膜材质：单层PE（聚乙烯）或者三层复合PP（聚丙烯）+PE+PP厚度：单层一般为0.016～0.020mm三层一般为0.020～0.025mm作用：将正负极完全隔开，防止正负极直接短路锂离子电池结构——电解液性质：无色透明液体，具有较强吸湿性。应用：主要用于可充电锂离子电池的电解液，只能在干燥环境下使用操作（如环境水分小于20ppm的手套箱内）。规格：溶剂组成DMC:EMC:EC=1:1:1（重量比）LiPF6浓度1mol/l质量指标：密度（25℃）g/cm31.23±0.03水分（卡尔费休法）≤20ppm游离酸（以HF计）≤50ppm电导率（25℃）10.4±0.5ms／cm液态锂离子电池生产工艺流程配料卷绕注液检测包装匀浆化成激光焊裁片涂膜碾压装配液态锂离子电池性能常规性能：容量电压内阻可靠性性能：循环寿命自放电贮存性能高低温性能跌落震动安全性能过充短路针刺挤压逆充热箱冲击容量电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安时（Ah）或毫安时（mAh）。电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，单位为Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah，其值小于理论容量。额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。电压开路电压电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池的正极的还原电极电势与负极电极电势之差。工作电压工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示的电压，又称放电电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电位的存在，电池的工作电压低于开路电压。内阻电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低，此阻力称为电池的内阻。电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化，因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。欧姆电阻遵守欧姆定律；极化电阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系，常随电流密度的对数增大而线性增大。循环寿命电池在完全充电后完全放电，循环进行，直到容量衰减为初始容量的75%，此时循环次数即为该电池之循环寿命循环寿命与电池充放电条件有关锂离子电池室温下1C充放电循环寿命可达300-500次（行业标准），最高可达800-1000次。循环寿命自放电电池完全充电后，放置一个月。然后用1C放电至3.0V，其容量记为C2；电池初始容量记为C0；1-C2/C0即为该电池之月自放电率行业标准锂离子电池月自放电率小于12%，电池自放电与电池的放置性能有关，其大小和电池内阻结构和材料性能有关过充热箱挤压短路逆充影响电池安全的因素正极材料：结构、粒径，比表面积，纯度等负极材料：结构、粒径，比表面积，纯度等电解液：电解液的成分，配比，添加剂的种类和添加量等隔膜：材质，厚度，收缩率，熔点等结构及工艺等影响电池循环寿命的因素正极材料：结构，粒径，比表面积，纯度负极材料：结构，粒径，比表面积，纯度正负极比例电解液：电解液的成分，配比，添加剂的种类和添加量，电解液量方形锂离子电池部分设计原则根据性能要求选择正负极材料、隔膜、电解液等负极包住正极正负极的N/P比大于1隔膜要将正负极完全隔开敏感部位的保护极组与电池壳之间有一定的间隙新产品投产流程初样设计初样鉴定设计定型试制设计定型评审试生产准备生产定型审批生产定型试制生产定型评审生产开始许可书批准NONONONONONOYesYesYesYesYesYesYes立项停止YesNO立项正式生产初样鉴定设计定型试生产准备试生产阶段停止Yes新产品评审委员会裁决停止新产品评审委员会裁决停止新产品评审委员会裁决停止锂离子电池生产过程需严格控制的因素水分粉尘及异物毛刺总结锂离子电池是个比较复杂的电化学体系，涉及到电化学、材料、机械、物理等学科锂离子电池生产流程较长，每个质量控制点都非常重要