锂离子电池知识培训

1锂离子电池知识培训品管部培训大纲-钟志文战略创新、管理创新、技术创新、制度创新3一.电池的基本知识4电池的定义1.电池的定义：指正负极之间的反应将化学能转化为电能的装置。电池是一种能量转化与储存的装置，它通过反应将化学能或物理能转化为电能；电池是一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供能量。5一.（2）锂离子电池定义及原理图锂离子电池是一种充电电池，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：充电池时，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。锂离子电池容易与下面两种电池混淆：（1）锂电池：存在锂单质。（2）锂离子聚合物电池：用多聚物取代液态有机溶剂。6一.（3）电池的分类从电池的使用上分：一次电池：是只能一次性使用的电池，如：碱性电池、碳性电池、钮扣电池。二次电池：是可反复使用的电池。如：镍镉（Nicd）、镍氢（Nimh）、铅酸、锂离子可充电池（Li-ion）。7一.（3）电池的分类按电解液种类划分包括：碱性电池，电解质主要以氢氧化钾水溶液为主的电池，如：碱性锌锰电池（俗称碱锰电池或碱性电池）、镉镍电池、氢镍电池等；酸性电池，主要以硫酸水溶液为介质，如铅酸蓄电池；中性电池，以盐溶液为介质，如锌锰干电池、海水激活电池等；有机电解液电池，主要以有机溶液为介质的电池，如锂电池、锂离子电池等。8一.（3）电池的分类从锂离子电池与手机配合来分：一般分为外置电池：就是直接装在手机背面,如:MOTOROLA191,SAMSUNG系列等；（外置电池的封装形式有：超声波焊接和卡扣两种）内置电池：就是装入手机后还另有一个外壳把其扣在手机电池内，如:MOTOROLA998,8088,NOKIA的大部分机型。9锂离子电池分液态锂离子电池和聚合物锂离子电池（Li-ionPolymer）聚合物锂离子根据电解液不同又分固体和胶体状电解液。10一.（4）锂离子电池的优越性能（1）能量大（2）工作电压高（3）循环寿命长（4）自放电率低（5）无记忆效应（6）无污染11①能量密度高：相同容量的锂离子电池重量仅为镍氢镍镉电池重量的1/2左右；相同容量的锂离子电池体积要比镍镉电池体积小40～50%，比镍氢电池体积小20～30%。②电压高：单片锂离子电池电压为3.6V，等于3支镍镉或镍氢电池的串联电压。③不污染环境：锂离子电池中不会有任何污染环境的物质。如：镉、铅等。④输出容量大：锂离子电池具有1.5C连续放电的能力。⑤寿命长。正常工作条件下，锂离子电池充/放循环寿命次数≥500次。⑥无记忆效应。锂离子不存在镍镉电池中所谓的记忆效应。所以锂离子电池充电前不需放电。⑦可快速充电：锂离子电池通常可采用≥0.5C电流快速充电，使充电过程缩短在1～2h内完成。⑧成本高：与其它二次电池相比，锂离子电池成本较高，价格贵。12一.（5）锂离子电池的应用范围摄像机移动电话笔记本电脑Personaldigitalassistants(PDA)各种便携电子设备太阳能发电等蓄电系统和电动汽车13二.锂离子电池的构成14二.（1）各类电池图片15镍氢电池16镍镉电池17碱锰电池18锂离子电池（圆柱形）19锂离子电池（铝壳方块形圆角）20扣式电池21锂离子电池（钢壳方块形）22铅酸电池23聚合物电池24锂离子成品电池25二.（2）电芯的构成组成锂离子电芯的构件（1）电池壳（2）正极----活性物质为氧化钴锂（3）隔膜----一种特殊的复合膜（4）负极----活性物质为碳（5）有机电解液（6）电池盖26电芯内外分开后的图片电池壳有铝、壳钢壳电池芯27电芯上盖图片负极铆钉绝缘纸垫铝镍复合带钢珠正极耳与盖板连接负极耳与铆钉连接绝缘胶壳28电芯内部展开后图片隔膜纸负极材料正极材料正极耳负极耳29电解液一般由电解质锂盐（六氟磷酸锂）高纯度有机溶剂、必要添加剂在一定条件下按一定比例配制而成对电池比容量、工作温度范围、循环效率和安全性至关重要。30隔膜隔膜在电池材料中主要的功能为隔绝正负极以防止电池自我放电及两极短路等问题，主要材质使用多孔质的高分子膜，包括聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP），因此又称聚乙稀薄膜、PE膜。具有电绝缘性保证正负极机械隔离；对离子有很好的电导率；有足够的化学和电化学稳定性，吸液保湿能力；有足够的力学性能；热稳定性自动关断保护性能。31正负极电芯的正极是LiCoO2（LiNiO2、LiMn2O2）加导电剂和粘合剂，涂在铝箔上形成正极板，负极是层状石墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上，目前比较先进的负极层状石墨颗粒已采用纳米碳。32电芯喷码比克：1000mAhBAK/523450AR/1310DIG10E03L/17EJH57第一行：1000mAh：1000是容量，mAh是容量单位第二行：BAK比克，523450电芯规格，A铝壳R圆角，1310是客户编码（雷鸣达）第三行：DIG10E03生产批次，17表示日，E是5月份，J代表2010年，H57西可代码（H是该电芯用于一级市场如龙旗69，海尔25；首信22）33二.（2）电池的组成主要有以下几部分构成：A:电芯B:保护板C:外壳（铝壳、塑壳）D:辅料（镍片、胶纸等）E:标签34保护板由于锂电池的化学特性，在正常使用过程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应,该副反应加剧后，会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题，因此所有的锂电池都需要一个保护电路，用于对电池的充、放电状态进行有效监测，并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电池发生损害，电池IC保护线路提供过充电过放电、和短路保护（过电流、过电压和低电压）。35保护板的保护功能一过充电保护:过充电保护IC的原理为：当外部充电器对锂电池充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升，需终止充电状态。此时，保护IC需检测电池电压，当到达4.25V时（假设电池过充点为4.25V）即启动过充电保护，将功率MOS由开转为切断，进而截止充电。36保护板的保护功能二过放电保护:过放电保护IC原理：为了防止锂电池的过放电，假设锂电池接上负载，当锂电池电压低于其过放电电压检测点（假定为2.4V）时将启动过放电保护，使功率MOSFET由开转变为切断而截止放电，以避免电池过放电现象产生。37保护板的保护功能三过电流及短路：当放电过程中主回路电流很大（具体多少要参考保护板设计参数），由于MOS饱和导通也存在内阻，所以电流在流经MOS两端会产生压降，保护IC会随时检测MOS两端的电压，当电压上升到IC保护门限（一般为0.15V，称为放电过流检测电压）时，检测IC将启动过电流及短路保护，使功率MOSFET由开转变为切断而截止放电。38保护板的主要供应商、构成、参数凌鑫、兴开泰、超思维、新三维等。保护板的主要构成：控制IC、MOSTF(开关元件）、识别电阻、热敏电阻、码片、电阻、电容（滤波）。保护板的主要参数：过充电检测电压、过放电检测电压、过电流保护、短路保护速度，自耗电，内阻、识别电阻、码片。识别电阻是一个热敏电阻在电路中起保护作用。码片：码片其实就相当于电池的身份证，是手机用于辨别电池的证据，它内部记录了电池的容量，标称电压，充电方式等。当码值不对时，手机就无法正常显示电量，或显示无效电池，甚至关机。39胶壳的种类有全胶框五面框三面框前后盖+冷注塑分体式404142辅料：青稞纸、3M双面胶、胶粒、镍片、标签43商标贴商标是对已检测过的电池在规定位置贴上规定的商标。贴商标时注意商标上内容标识清楚、正确与BOM单相符。操作要求：无破损、气泡、起皱、折痕、错贴、错位、漏贴。44三.锂离子电池的性能45三（1）锂离子电池几个物理定义充电限制电压：电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值。4.2V额定容量：电池在环境温度20±5℃条件下，以5h率放电至终止电压时所应提供的电量，用C5表示。mAh标称电压：用以表示电压的近似值，3.7V终止电压：规定放电终止时电池的负载电压。开路电压：电池不放电时，电池两极之间的电位差被称为开路电压。中点电压：电池放电到50﹪容量时的电池电压。内阻：阻碍电池充放电的阻抗。mΩ平台：电池充满电后以1C5A电流恒放电到3.6V的时间。充电方式：先恒流充电，电压上升到4.2V再转为恒压充电，电流降低到0.01C截止。循环寿命：电池进行充放电循环的次数。国标规定循环寿命≥300次，容量大于原电池容量的70％。46Important１电池充电：(1)充电电压锂离子电池单只电池最高充电电压为4.2V。(2)充电电流锂离子电池充电电流应为1C或更低。3)充电温度锂离子电池应在0°C至45°C温度范围内进行充电。4)反极充电不要对电池进行反极充电。47Important2电池放电：(1)放电电流锂离子电池放电电流应为1CmA或更小．(2)放电温度锂离子电池应在-20°C至60°C温度范围内进行放电。(3)放电终止电压应避免单只锂离子电池放电电压低于2.75V，过放电会损坏电池性能。48Important3电池贮存：锂离子电池应充电30%至50%容量后在室温下贮存。49三（2）锂离子电池重要性能充放电性能高低温性能环境适应性能（恒定湿热性能、振动、碰撞、自由跌落）荷电保持能力安全保护性能（过充电保护、过放电保护，过电流短路保护）电池安全要求循环寿命外观、贮存50充电与放电性能充电性能：a)环境温度20±5℃条件下，以0.2C5A充电，当电池端电压达到充电限制电压时改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01C5A，最长充电时间不大于8h，无异常发生。b)环境温度20±5℃条件下，以1C5A充电，当电池端电压达到充电限制电压时改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01C5A，最长充电时间不大于8h，无异常发生。放电性能：电池按上述方法之一充电完成后，搁置0.5~1h,在环境温度20±5℃条件下以1C5A放电到终止电压2.75V，电池的放电时间不低于51min;以0.2C5A放电到终止电压2.75V，电池的放电时间不低于5h。放电时间的长短与电池的容量与放电电流的大小有关。51荷电保持能力电池以0.2C5A或以1C5A充电结束后，在环境温度20±5℃条件下，电池开路搁置28天后再以0.2C5A放电至终止电压2.75V，放电时间不低于4.25h.52循环寿命在环境温度20±5℃条件下，以1C5A充电，当电池端电压达到充电限制电压的时，改为恒压充电至到充电电流小于或等于20mA停止充电，搁置0.5～1h，然后以1C5A电流放电至终止电压，结束。搁置0.5～1h后进行下一个充放电循环，直至连续两次放电时间小于36min,寿命终止，循环次数不低于300次。53四.锂离子电池安全注意事项54电芯膨胀原因电芯的安全性与电芯的设计、材料及生产工艺生产过程的控制等因素密切相关，其主要有以下二方面原因：1.锂离子嵌入带来的厚度变化；2.工艺控制不力引起的膨胀，如浆料分散、温度、湿度控制、水所产生的激烈的化学反应。55电池膨胀、漏液、爆炸的原因电池膨胀的几个原因：1）电芯内部、外部短路;2）循环;3)受热；4）满度充电（过充电)电池漏液的几个原因：1）压力、重力；2）热冲击；3）短路；4）过充电电池爆炸的几个原因：1）电芯内短路、外短路；2）撞击；3）重压；4）高温、掷火；5）针刺；6）过充电56四.安全注意事项（电芯）不要承受过重的机器冲击不要暴露在极热或带火星的环境中不要将电芯正负极短路不要将电芯放入海水或水中不要自行拆卸电池或电芯不要撞击、投掷、针刺、锤打电芯不要将电芯放在阳光直射的地方不要将电芯倒置放于金属表面上不要直接焊接电芯、短路电芯不要将电芯与插座连接，或用于其它设