锂离子电池基础知识.

锂离子电池基础知识品质部QA组2Contents提要锂离子电池的发展、分类锂离子电池的优缺点应用领域工作原理液态锂离子电池的正负极材料和电解液3锂离子电池的发展1980年，M.Armand等人首先提出用嵌锂化合物来代替二次锂电池中的金属锂负极，并提出“摇椅式电池”（rockingchairbattery）的概念,嵌锂化合物代替二次锂电池中的金属锂负极，电池的安全性大为改善，并且具有良好的循环寿命，同时电池的充放电效率也得到提高。1990年日本Sony公司研制出以石油焦为负极、LiCoO2为正极的锂离子二次电池。DendriteLimetal4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：C+xLi++xe-===CLix电池总反应：LiCoO2+C====Li1-xCoO2+CLix放电时发生上述反应的逆反应。5锂离子电池液态锂离子电池(LIB）聚合物锂离子电池(LIP)锂离子电池的分类液态锂离子电池与聚合物锂离子电池相比：聚合物锂离子电池中正极和电解质都可使用聚合物材料，通常所说的聚合物锂离子电池是指采用了聚合物电解质的锂离子电池。这类电池的正、负极活性物质及工作原理与液态锂离子电池基本相同，但采用的不是游离的电解液，而是固态或者是半固态的聚合物电解质。6锂离子电池特点高能量密度高工作电压长循环寿命电化学特性稳定荷电保持能力强无污染无记忆效应7应用领域Li-ionBattery8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)粘合剂、溶剂、基体隔膜（PE、PP/PE/PP）电解液（LiPF6+DMC/EC/EMC)外壳五金件（铝壳、盖板、极耳、绝缘片）9锂离子电池结构——正极正极基体：铝箔正极物质：钴酸锂+碳黑+PVDF正极集流体：铝带10锂离子电池结构——负极负极基体：铜箔负极物质：石墨+CMC+SBR负极集流体：镍带11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0.020～0.025mm12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／cm13液态锂离子电池生产工艺流程配料卷绕注液检测包装涂布制片化成激光焊分容出货14配料工艺流程泡胶正极筛浆料正极混干粉正极真空搅拌泡胶负极真空搅拌负极搅拌负极筛浆料正极拉浆负极拉浆正极负极15拉浆工艺流程送带上浆正、负极浆料正、负极裁片烘烤收带16裁片工艺流程正极裁大片正极压大片正极裁小片正极称重分档正极制片负极制片正极焊极耳负极裁大片负极压大片负极裁小片负极称重分档负极焊极耳正极片烘烤负极片烘烤17卷绕工艺流程卷绕贴底部胶纸压芯入壳正、负极片配片隔膜隔膜裁剪测短路套绝缘片并固定负、正极极耳点焊离心入壳测短路压盖帽激光焊底部超声焊铝镍复合带18激光焊工艺流程上夹具激光焊接注液全检内阻全检气密性撕保护膜19注液-化成工艺流程真空烘烤封口注液预处理化成清洗分容20检测包装工艺流程充电返充电放电客户装盒、包装全检电压全检内阻全检尺寸21液态锂离子电池生产所用设备真空搅拌机拉浆机（涂布机）裁切机辊压机卷绕机激光焊机真空注液机化成检测柜22液态锂离子电池性能常规性能：容量电压内阻可靠性性能：循环寿命放电平台自放电贮存性能高低温性能安全性能过充短路针刺跌落湿水低压振动23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。24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。25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。26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。27放电平台锂离子电池完全充电后，放电至3.6V时的容量记为C1，放电至3.0V时的容量记为C0，C1/C0称为该电池之放电平台行业标准1C放电平台为70%以上放电平台对手机电池使用效果影响最大，关系到手机通话的声音清晰度28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8%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29记忆效应记忆效应是针对镍镉电池而言的，由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台。电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池的容量变得更低。要消除这种效应，有两种方法，一是采用小电流深度放电（如用0.1C放至0V）一是采用大电流充放电（如1C）几次。镍氢电池和锂离子电池均无记忆效应。30锂离子电池质量认证31总结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大家可以根据自己工作岗位性质有针对性的进行研究、讨论32其他信息《锂离子电池》《化学电源》《理论电化学》《电池》《电源技术》网站：中国电池在线（）BYD（)电池网主页（）33