《2011年高远电池锂离子电池基础知识培训教材》(38页)

-本资料来自锂离子电池基础知识主讲：舒新春时间：2011-5-24地点：食堂二楼-本资料来自•电池的定义•电池分类•锂离子电池之电化学反应机理•锂离子电池之应用领域•锂离子电池之结构•液态锂离子电池之工艺流程•液态锂离子电池之生产设备•锂离子电池之性能指标•手机锂离子电池的使用-本资料来自电池的定义•什么叫电池？•电池是一种能够将化学能转化为电能的一种装置。-本资料来自按电池所用正、负极材料划分4.按用途分5.其它分类（使用领域、性能）-本资料来自按工作性质分•一次电池（原电池）•二次电池（可充电池）-本资料来自按电解液分•碱性电池（锌锰电池、镉镍电池，镍氢电池等）•酸性电池（锌锰电池、铅酸电池）•有机电解液电池（锂离子电池）-本资料来自按电池所用正、负极材料划分•锌系：锌锰电池、锌银电池等•镍系：镉镍电池、氢镍电池、镍锌电池等•锂系：锂锰、锂铁、锂镍钴锰电池等•其它体系-本资料来自按电池用途分•数码电池：手机、电脑、MP3、MP4等•动力电池：汽车动力、自行车动力等•仪器仪表电池：万用表、电子称等•储能电池：蓄电池（备用电源）-本资料来自什么叫锂离子电池？•锂离子电池是指以锂离子为反应活性物质的可充式电池，当电池放电到终止电压后能够再充电，以恢复到放电前的状态。•正极采用锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2、LiFePO4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。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。-本资料来自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。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-本资料来自锂离子电池结构•正极活性物质（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2、LiFePO4)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+DMCECEMC)•外壳五金件（铝壳、盖板、极耳、绝缘片）-本资料来自方（角）形锂离子电池结构图-本资料来自锂离子电池结构——正极•正极物质：钴酸锂+碳黑+PVDF-本资料来自锂离子电池结构——负极负极集流体：镍带（约0.07mm厚）-本资料来自锂离子电池结构——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-本资料来自锂离子电池结构——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-本资料来自锂离子电池生产工艺流程负极配料正极涂布负极涂布正极制片负极制片正极焊片负极焊片裁隔膜正极配料正极+隔膜+负极全检、吸尘一测短路压芯包底、放绝缘片、包顶入壳二测短路激光焊烘烤脱气高温老化注电解液预充压钢珠清洗常温搁置分容出货检验贴面垫包装测内阻测厚度出货客户-本资料来自锂离子电池性能•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-本资料来自容量•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）。-本资料来自容量的几种表达方式•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。-本资料来自内阻•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。•容量的几种表达方式-本资料来自循环寿命•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80%，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1000次以上。-本资料来自放电平台（1C）（手机电池）•时间平台•电压平台•容量平台-本资料来自放电平台时间平台•1.标称平台：根据客户要求或国家（国外、国际）、行业标准要求，电池在1C倍率下的最低放电时间。表达方式为分钟。（标准、要求）•2.实际平台：在1C倍率下，3.6V的放电时间与截止3V时的放电时间的比值。表达方式为百分比。（测试）•3.使用平台：在1C倍率下，以60min为标准放电平台，实际放至3.6V的时间与60分钟的比值。表达方式为百分比。（出货）-本资料来自放电平台•电压平台：按表达方式分。•1.电压值：包括中值电压和平台电压，表达方式为电压值，如3.73V。（材料评估）•中值电压：放电至3V的时间中点对应的电压值。（材料测试、性能评估）•平台电压：电池电压平稳下降的电压段的中点。（材料评估）•2.电压范围：电池电压平稳下降的范围。其表达方式为范围值，如3.63～3.85V。（材料性能评估）-本资料来自企业管理资源网企业管理资源网企业管理资源网本资料来自放电平台•容量平台•1.标称平台。根据国家（国外、国际）、行业标准要求，放电至3.6V的最小要求容量。•2.实际平台。实际放电至3.6V的容量。•3.百分比平台。包括测试平台和出货平台。•测试平台：电池放电至3.6V的容量与放电至3.0V的容量比。•出货平台。电池放电至3.6V的容量与标称容量的比值。-本资料来自放电平台实例：标称800mAh，实际825mAhM047第二次实验A组11号电池第二周曲线2.93.13.33.53.73.94.14.3020406080100120140160时间.(min)电压.(V)恒流49.3min恒压52.27min平台41.07min4.1V3.5V3.6V-本资料来自自放电•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15%，我们可以做到6%-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-本资料来自记忆效应记忆效应是针对镍镉电池而言，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，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-本资料来自电池不良项目及成因:•1.容量低产生原因：a.附料量偏少；b.极片两面附料量相差较大；c.极片断裂；d.电解液少e.电解液电导率低；f.正极与负极配片未配好（偏轻）；g.隔膜孔隙率小；h.胶粘剂老化（高温）→附料脱落；i.卷芯超厚（极片压片厚度过大、未烘干或电解液未渗透）j.分容时未充满电；k.正负极材料比容量小。•2.内阻高产生原因：a.负极片与极耳虚焊/假焊；b.正极片与极耳虚焊/假焊；c.正极耳与盖帽虚焊/假焊；d.负极耳与壳虚焊/假焊;e.铆钉与压板接触内阻大；f.正极未加导电剂；g.电解液锂盐分解；h.电池曾经发生短路；i.隔膜纸孔隙率小。•3.电压低产生原因：a.副反应（电解液分解；正极有杂质；有水）；b.未化成好（SEI膜未形成安全）；c.客户的线路板漏电（指客户加工后送回的电芯）；d.客户未按要求点焊（客户加工后的电芯）；e.毛刺，粉尘；f.微短路；g.负极界面产生枝晶。-本资料来自电池不良项目及成因:•4.变形量过大的原因有以下几点:a.焊缝漏气;b.电解液过少;c.未烘干水分;d.盖帽密封性差;e.壳壁太厚;f.壳太厚;g.卷芯太厚(附料太多；极片未压实；隔膜太厚)。5.起鼓成因有以下几点a.未化成好（SEI膜不完整、致密）；b.烘烤温度过高→粘合剂老化→脱料；c.负极比容量低；d.正极附料多而负极附料少；e.盖帽漏气，焊缝漏气；f.电解液分解，电导率降低。g电池制作过程吸水-本资料来自电池不良项目及成因:•6.爆炸a.分容柜有故障（造成过充）；b.隔膜闭合效应差;c.内部短路;d.外部短路；•7.短路a.料尘；b.装壳时装破；c.卷绕不齐（隔膜纸太小或未垫好）；d.包胶不良；e.隔膜有洞;f.毛刺8.断路a、极耳与铆钉未焊好，或者有效焊点面积小，完成脱落。b、连接片断裂（连接片太短或与极片点焊时焊得太靠下）-本资料来自总结•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,其中最重要的是控制水分、粉尘和安全性能！•大家可以根据自己