鋰離子電池的基本知識(shí)

1、 鋰離子電池的基本知識(shí)一般而言,鋰離子電池有三部分構(gòu)成:1.鋰離子電芯2.保護(hù)電路(PCM)3.外殼即膠殼分類從鋰離子電池與手機(jī)配合情況來看,一般分為外置電池和內(nèi)置電池,這種叫法很容易理解,外置電池就是直接裝在手上背面,如: MOTOROLA 191,SAMSUNG 系列等;而內(nèi)置電池就是裝入手機(jī)后,還另有一個(gè)外殼把其扣在手機(jī)電池內(nèi),如:MOTOROLA998,8088,NOKIA的大部分機(jī)型1.外置電池外置電池的封裝形式有超聲波焊接和卡扣兩種:1.1超聲波焊接外殼這種封裝形式的電池外殼均有底面殼之分,材料一般為ABS+PC料,面殼一般噴油處理,代表型號(hào)有 :MOTOROLA 191,SAMS

2、UNG 系列,原裝電池的外殼經(jīng)噴油處理后長(zhǎng)期使用一般不會(huì)磨花,而一些品牌電池或水貨電池用上幾天外殼噴油就開始脫落了.其原因?yàn)?手機(jī)電池的外殼較便宜,而噴油處理的成本一般為外殼的幾倍(好一點(diǎn)的),這樣處理一般有三道工序:噴光油(打底),噴油(形成顏色),再噴亮油(順序應(yīng)該是這樣的,如果我沒記錯(cuò)的話),而一些廠商為了降低成本就省去了第一和第三道工序,這樣成本就很低了.超聲波焊塑機(jī)焊接有了好的超聲波焊塑機(jī)不夠的,是否能夠焊接OK,還與外殼的材料和焊塑機(jī)參數(shù)設(shè)置有很大關(guān)系,外殼方面主要與生產(chǎn)廠家的水口料摻雜情況有關(guān),而參數(shù)設(shè)置則需自己摸索,由于涉及到公司一些技術(shù)資料,在這里不便多講.1.2卡扣式卡扣式

3、電池的原理為底面殼設(shè)計(jì)時(shí)形成卡扣式,其一般為一次性,如果卡好后用戶強(qiáng)行折開的話,就無法復(fù)原,不過這對(duì)于生產(chǎn)廠家來講不是很大的難度(卡好后再折開),其代表型號(hào)有:愛立信788,MOTOROLA V66.2.內(nèi)置電池內(nèi)置電池的封形式也有兩種,超聲波焊接和包標(biāo)(使用商標(biāo)將電池全部包起)超聲波焊接的電池主要有:NOKIA 8210,8250,8310,7210等.包標(biāo)的電池就很多了,如前兩年很滸的MOTO998 ,8088了.鋰離子電池原理及工藝流程一、 原理1.0 正極構(gòu)造LiCoO2(鈷酸鋰)+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+粘合劑(PVDF)+集流體（鋁箔）正極2.0 負(fù)極構(gòu)造石墨+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+增稠劑(

4、CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+ 集流體（銅箔）負(fù)極電芯的構(gòu)造電芯的正極是LiCoO2加導(dǎo)電劑和粘合劑，涂在鋁箔上形成正極板，負(fù)極是層狀石墨加導(dǎo)電劑及粘合劑涂在銅箔基帶上，目前比較先進(jìn)的負(fù)極層狀石墨顆粒已采用納米碳。根據(jù)上述的反應(yīng)機(jī)理，正極采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2，其中LiCoO2本是一種層結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定的晶型，但當(dāng)從LiCoO2拿走XLi后，其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，但是否發(fā)生變化取決于X的大小。通過研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)X>0.5時(shí)Li1-XCoO2的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為極其不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生晶型癱塌，其外部表現(xiàn)為電芯的壓倒終結(jié)。所以電芯在使用過程中應(yīng)通過限制充電電壓來控制Li1-XCoO2中的X值，

5、一般充電電壓不大于4.2V那么X小于0.5 ，這時(shí)Li1-XCoO2的晶型仍是穩(wěn)定的。負(fù)極C6其本身有自己的特點(diǎn)，當(dāng)?shù)谝淮位珊?，正極LiCoO2中的Li被充到負(fù)極C6中，當(dāng)放電時(shí)Li回到正極LiCoO2中，但化成之后必須有一部分Li留在負(fù)極C6中，心以保證下次充放電Li的正常嵌入，否則電芯的壓倒很短，為了保證有一部分Li留在負(fù)極C6中，一般通過限制放電下限電壓來實(shí)現(xiàn)。所以鋰電芯的安全充電上限電壓4 .2V，放電下限電壓2.5V。3.0工作原理鋰離子電池內(nèi)部成螺旋型結(jié)構(gòu)，正極與負(fù)極之間由一層具有許多細(xì)微小孔的薄膜紙隔開。鋰離子電芯是一種新型的電池能源，它不含金屬鋰，在充放電過程中，只有鋰離子在

6、正負(fù)極間往來運(yùn)動(dòng)，電極和電解質(zhì)不參與反應(yīng)。鋰離子電芯的能量容量密度可以達(dá)到300Wh/L，重量容量密度可以達(dá)到125Wh/L。鋰離子電芯的反應(yīng)機(jī)理是隨著充放電的進(jìn)行，鋰離子在正負(fù)極之間嵌入脫出，往返穿梭電芯內(nèi)部而沒有金屬鋰的存在，因此鋰離子電芯更加安全穩(wěn)定。鋰離子電池的正極采用鈷酸鋰，正極集流體是鋁箔；負(fù)極采用碳，負(fù)極集流體是銅箔，鋰離子電池的電解液是溶解了LiPF6的有機(jī)體。 鋰離子電池的正極材料是氧化鈷鋰，負(fù)極是碳。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生茶鞥的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越

7、多，充電容量越高。同樣道理，黨對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，有運(yùn)動(dòng)回到正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。鋰離子電池蓋帽上有防爆孔，在內(nèi)部壓力過大的情況下，防爆孔會(huì)自動(dòng)打開泄壓，以防止出現(xiàn)爆炸的現(xiàn)象。鋰離子電池的性能、高能量密度與同等容量的或電池相比，鋰離子電池的重量輕，其體積比能量是這兩類電池的.倍。、高電壓鋰離子電池使用高電負(fù)性的含元素鋰電極，使其端電壓高達(dá).，這一電壓是或電池電壓的倍。、無污染，環(huán)保型、循環(huán)壽命長(zhǎng)壽命超過次、高負(fù)載能力鋰離子電池可以大電流連續(xù)放電，從而使這種電池可被應(yīng)用于攝象機(jī)、手提電腦

8、等大功率用電器上。、優(yōu)良的安全性由于使用優(yōu)良的負(fù)極材料，克服了電池充電過程中鋰枝晶的生長(zhǎng)問題，使得鋰離子電池的安全性大大提高。同時(shí)采用特殊的可恢復(fù)配件，保證了電池在使用過程中的安全性。在生產(chǎn)加工中如何保證設(shè)計(jì)好的C/A比成了生產(chǎn)加工中的關(guān)鍵。所以在生產(chǎn)中應(yīng)就以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制：1.負(fù)極材料的處理1)將大粒徑及超細(xì)粉與所要求的粒徑進(jìn)行徹底分離，避免了局部電化學(xué)反應(yīng)過度激烈而產(chǎn)生負(fù)反應(yīng)的情況，提高了電芯的安全性。2）提高材料表面孔隙率，這樣可以提高10%以上的容量，同時(shí)在C/A 比不變的情況下，安全性大大提高。處理的結(jié)果使負(fù)極材料表面與電解液有了更好的相容性，促進(jìn)了SEI膜的形成及穩(wěn)定上。2.制

9、漿工藝的控制1)制漿過程采用先進(jìn)的工藝方法及特殊的化學(xué)試劑，使正負(fù)極漿料各組之間的表面張力降到了最低。提高了各組之間的相容性，阻止了材料在攪拌過程“團(tuán)聚”的現(xiàn)象。2)涂布時(shí)基材料與噴頭的間隙應(yīng)控制在0.2mm以下，這樣涂出的極板表面光滑無顆粒、凹陷、劃痕等缺陷。3)漿料應(yīng)儲(chǔ)存6小時(shí)以上，漿料粘度保持穩(wěn)定，漿料內(nèi)部無自聚成團(tuán)現(xiàn)象。均勻的漿料保證了正負(fù)極在基材上分布的均勻性，從而提高了電芯的一致性、安全性。3.采用先進(jìn)的極片制造設(shè)備1)可以保證極片質(zhì)量的穩(wěn)定和一致性，大大提高電芯極片均一性，降低了不安全電芯的出現(xiàn)機(jī)率。2)涂布機(jī)單片極板上面密度誤差值應(yīng)小于±2%，極板長(zhǎng)度及間隙尺寸誤差應(yīng)

10、小于2mm。3)輥壓機(jī)的輥軸錐度和徑向跳動(dòng)應(yīng)不大于4m，這樣才能保證極板厚度的一致性。設(shè)備應(yīng)配有完善的吸塵系統(tǒng)，避免因浮塵顆粒而導(dǎo)致的電芯內(nèi)部微短路，從而保證了電芯的自放電性能。4)分切機(jī)應(yīng)采用切刀為輥刀型的連續(xù)分切設(shè)備，這樣切出的極片不存在荷葉邊，毛刺等缺陷。同樣設(shè)備應(yīng)配有完善的吸塵系統(tǒng)，從而保證了電芯的自放電性能。4.先進(jìn)的封口技術(shù)目前國(guó)內(nèi)外方形鋰離子電芯的封口均采用激光（LASER）熔接封口技術(shù)，它是利用YAG棒（釔鋁石榴石）激光諧振腔中受強(qiáng)光源（一般為氮燈）的激勵(lì)下發(fā)出一束單一頻率的光（=1.06mm）經(jīng)過諧振折射聚焦成一束，再把聚焦的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)電芯的筒體和蓋板之間，使其熔化后親合為一體

11、，以達(dá)到蓋板與筒體的密封熔合的目的。為了達(dá)到密封焊，必須掌握以下幾個(gè)要素：1)必須有能量大、頻率高、聚焦性能好、跟蹤精度高的激光焊機(jī)。2)必須有配合精度高的適用于激光焊的電芯外殼及蓋板。3)必須有高統(tǒng)一純度的氮?dú)獗Ｗo(hù)，特別是鋁殼電芯要求氮?dú)饧兌雀撸駝t鋁殼表面就會(huì)產(chǎn)生難以熔化的Al2O3（其熔點(diǎn)為2400）。3.1 充電過程 如上圖一個(gè)電源給電池充電,此時(shí)正極上的電子e從通過外部電路跑到負(fù)極上,正鋰離子Li+從正極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。正極上發(fā)生的反應(yīng)為L(zhǎng)iCoO2=充電=Li1-xCoO2+Xli+Xe(電子)負(fù)極上發(fā)

12、生的反應(yīng)為6C+XLi+Xe=LixC63.2 電池放電過程 放電有恒流放電和恒阻放電，恒流放電其實(shí)是在外電路加一個(gè)可以隨電壓變化而變化的可變電阻，恒阻放電的實(shí)質(zhì)都是在電池正負(fù)極加一個(gè)電阻讓電子通過。由此可知，只要負(fù)極上的電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會(huì)放電。電子和Li+都是同時(shí)行動(dòng)的，方向相同但路不同，放電時(shí)，電子從負(fù)極經(jīng)過電子導(dǎo)體跑到正極，鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。二、 工藝流程鋰離子電池的工藝技術(shù)非常嚴(yán)格、復(fù)雜，這里只能簡(jiǎn)單介紹一下其中的幾個(gè)主要工序。1、制漿：用專門的溶劑和粘結(jié)劑分別與粉末狀的正負(fù)

13、極活性物質(zhì)混合，經(jīng)高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負(fù)極物質(zhì)。2涂膜：將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面，烘干，分別制成正負(fù)極極片。3、裝配：按正極片隔膜負(fù)極片隔膜自上而下的順序放好，經(jīng)卷繞支持呢個(gè)電池極芯，再經(jīng)注入電解液、封口等工藝過程，即完成電池的裝配過程，制成成品電池。4、化成：用專用的電池充放電設(shè)備對(duì)成品電池進(jìn)行充放電測(cè)試，對(duì)每一只電池都進(jìn)行檢測(cè)，篩選出合格的成品電池，待出廠。鋰離子電池配料的基本知識(shí)一、電極的組成：1、 正極組成：a、 鈷酸鋰：正極活性物質(zhì)，鋰離子源，為電池提高鋰源。b、 導(dǎo)電劑：提高正極片的導(dǎo)電性，補(bǔ)償正極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。提高正極片的電解液的吸液量，增加反應(yīng)界面，

14、減少極化。c、 PVDF粘合劑：將鈷酸鋰、導(dǎo)電劑和鋁箔或鋁網(wǎng)粘合在一起。d、 正極引線：由鋁箔或鋁帶制成。2、 負(fù)極組成：a、 石墨：負(fù)極活性物質(zhì)，構(gòu)成負(fù)極反應(yīng)的主要物質(zhì)；主要分為天然石墨和人造石墨兩大類。b、 導(dǎo)電劑：提高負(fù)極片的導(dǎo)電性，補(bǔ)償負(fù)極活性物質(zhì)的電子導(dǎo)電性。提高反應(yīng)深度及利用率。防止枝晶的產(chǎn)生。利用導(dǎo)電材料的吸液能力，提高反應(yīng)界面，減少極化。（可根據(jù)石墨粒度分布選擇加或不加）。c、 添加劑：降低不可逆反應(yīng)，提高粘附力，提高漿料黏度，防止?jié){料沉淀。d、 水性粘合劑：將石墨、導(dǎo)電劑、添加劑和銅箔或銅網(wǎng)粘合在一起。e、 負(fù)極引線：由銅箔或鎳帶制成。二、配料目的：配料過程實(shí)際上是將漿料中的

15、各種組成按標(biāo)準(zhǔn)比例混合在一起，調(diào)制成漿料，以利于均勻涂布，保證極片的一致性。配料大致包括五個(gè)過程，即：原料的預(yù)處理、摻和、浸濕、分散和絮凝。三、 配料原理：（一） 、正極配料原理1、 原料的理化性能。（1） 鈷酸鋰：非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為6-8 m，含水量0.2%，通常為堿性，PH值為10-11左右。錳酸鋰：非極性物質(zhì)，不規(guī)則形狀，粒徑D50一般為5-7 m，含水量0.2%，通常為弱堿性，PH值為8左右。（2） 導(dǎo)電劑：非極性物質(zhì)，葡萄鏈狀物，含水量3-6%，吸油值300，粒徑一般為 2-5 m；主要有普通碳黑、超導(dǎo)碳黑、石墨乳等，在大批量應(yīng)用時(shí)一般選擇超導(dǎo)碳黑和石墨乳復(fù)配；

16、通常為中性。（3） PVDF粘合劑：非極性物質(zhì)，鏈狀物，分子量從300，000到3，000，000不等；吸水后分子量下降，粘性變差。（4） NMP：弱極性液體，用來溶解/溶脹PVDF，同時(shí)用來稀釋漿料。2、 原料的預(yù)處理（1） 鈷酸鋰：脫水。一般用120 oC常壓烘烤2小時(shí)左右。（2） 導(dǎo)電劑：脫水。一般用200 oC常壓烘烤2小時(shí)左右。（3） 粘合劑：脫水。一般用120-140 oC常壓烘烤2小時(shí)左右，烘烤溫度視分子量的大小決定。（4） NMP：脫水。使用干燥分子篩脫水或采用特殊取料設(shè)施，直接使用。3、 原料的摻和：（1） 粘合劑的溶解（按標(biāo)準(zhǔn)濃度）及熱處理。（2）鈷酸鋰和導(dǎo)電劑球磨：使粉料

17、初步混合，鈷酸鋰和導(dǎo)電劑粘合在一起，提高團(tuán)聚作用和的導(dǎo)電性。配成漿料后不會(huì)單獨(dú)分布于粘合劑中，球磨時(shí)間一般為2小時(shí)左右；為避免混入雜質(zhì)，通常使用瑪瑙球作為球磨介子。4、 干粉的分散、浸濕：（1）原理：固體粉末放置在空氣中，隨著時(shí)間的推移，將會(huì)吸附部分空氣在固體的表面上，液體粘合劑加入后，液體與氣體開始爭(zhēng)奪固體表面；如果固體與氣體吸附力比與液體的吸附力強(qiáng)，液體不能浸濕固體；如果固體與液體吸附力比與氣體的吸附力強(qiáng)，液體可以浸濕固體，將氣體擠出。當(dāng)潤(rùn)濕角90度，固體浸濕。當(dāng)潤(rùn)濕角90度，固體不浸濕。正極材料中的所有組員都能被粘合劑溶液浸濕，所以正極粉料分散相對(duì)容易。（2） 分散方法對(duì)分散的影響：A、

18、 靜置法（時(shí)間長(zhǎng)，效果差，但不損傷材料的原有結(jié)構(gòu)）；B、 攪拌法；自轉(zhuǎn)或自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)（時(shí)間短，效果佳，但有可能損傷個(gè)別材料的自身結(jié)構(gòu)）。1、攪拌槳對(duì)分散速度的影響。攪拌槳大致包括蛇形、蝶形、球形、槳形、齒輪形等。一般蛇形、蝶形、槳型攪拌槳用來對(duì)付分散難度大的材料或配料的初始階段；球形、齒輪形用于分散難度較低的狀態(tài)，效果佳。2、攪拌速度對(duì)分散速度的影響。一般說來攪拌速度越高，分散速度越快，但對(duì)材料自身結(jié)構(gòu)和對(duì)設(shè)備的損傷就越大。3、濃度對(duì)分散速度的影響。通常情況下漿料濃度越小，分散速度越快，但太稀將導(dǎo)致材料的浪費(fèi)和漿料沉淀的加重。4、濃度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響。濃度越大，柔制強(qiáng)度越大，粘接強(qiáng)度越大；濃度越

19、低，粘接強(qiáng)度越小。5、真空度對(duì)分散速度的影響。高真空度有利于材料縫隙和表面的氣體排出，降低液體吸附難度；材料在完全失重或重力減小的情況下分散均勻的難度將大大降低。6、溫度對(duì)分散速度的影響。適宜的溫度下，漿料流動(dòng)性好、易分散。太熱漿料容易結(jié)皮，太冷漿料的流動(dòng)性將大打折扣。5、 稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。（二）、負(fù)極配料原理（大致與正極配料原理相同）1、 原料的理化性能。（1）石墨：非極性物質(zhì)，易被非極性物質(zhì)污染，易在非極性物質(zhì)中分散；不易吸水，也不易在水中分散。被污染的石墨，在水中分散后，容易重新團(tuán)聚。一般粒徑D50為20m左右。顆粒形狀多樣且多不規(guī)則，主要有球形、片狀、纖維狀等。

20、（2） 水性粘合劑（SBR）：小分子線性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。（3） 防沉淀劑（CMC）：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。（4）異丙醇：弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性；具有強(qiáng)烈的消泡作用；易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度。乙醇：弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性；具有強(qiáng)烈的消泡作用；易催化粘合劑線*鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度（異丙醇和乙醇的作用從本質(zhì)上講是一樣的，大批量生產(chǎn)時(shí)可考慮成本因素然后選擇添加哪種）。（5）去離子水（或蒸餾水）：稀釋劑，酌量添加，改變漿料的流動(dòng)性。2、 原料的預(yù)處理：（1）石墨：A、混合，使

21、原料均勻化，提高一致性。B、300400常壓烘烤，除去表面油性物質(zhì)，提高與水性粘合劑的相容能力，修圓石墨表面棱角（有些材料為保持表面特性，不允許烘烤，否則效能降低）。（2） 水性粘合劑：適當(dāng)稀釋，提高分散能力。3、 摻和、浸濕和分散：（1） 石墨與粘合劑溶液極性不同，不易分散。（2） 可先用醇水溶液將石墨初步潤(rùn)濕，再與粘合劑溶液混合。（3） 應(yīng)適當(dāng)降低攪拌濃度，提高分散性。（4）分散過程為減少極性物與非極性物距離，提高勢(shì)能或表面能，所以為吸熱反應(yīng)，攪拌時(shí)總體溫度有所下降。如條件允許應(yīng)該適當(dāng)升高攪拌溫度，使吸熱變得容易，同時(shí)提高流動(dòng)性，降低分散難度。（5） 攪拌過程如加入真空脫氣過程，排除氣體，

22、促進(jìn)固-液吸附，效果更佳。（6） 分散原理、分散方法同正極配料中的相關(guān)內(nèi)容，在三、（一）、4中有詳細(xì)論述，在此不予詳細(xì)解釋。4、 稀釋。將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。四、 配料注意事項(xiàng)：1、 防止混入其它雜質(zhì)；2、 防止?jié){料飛濺；3、 漿料的濃度（固含量）應(yīng)從高往低逐漸調(diào)整，以免增加麻煩；4、 在攪拌的間歇過程中要注意刮邊和刮底，確保分散均勻；5、 漿料不宜長(zhǎng)時(shí)間擱置，以免沉淀或均勻性降低；6、 需烘烤的物料必須密封冷卻之后方可以加入，以免組分材料性質(zhì)變化；7、攪拌時(shí)間的長(zhǎng)短以設(shè)備性能、材料加入量為主；攪拌槳的使用以漿料分散難度進(jìn)行更換，無法更換的可將轉(zhuǎn)速由慢到快進(jìn)行調(diào)整，以免損傷設(shè)備；8

23、、 出料前對(duì)漿料進(jìn)行過篩，除去大顆粒以防涂布時(shí)造成斷帶；9、 對(duì)配料人員要加強(qiáng)培訓(xùn)，確保其掌握專業(yè)知識(shí)，以免釀成大禍；10、 配料的關(guān)鍵在于分散均勻，掌握該中心，其它方式可自行調(diào)整。 五、總論：隨著電池制程的日益透明，鋰離子電池生產(chǎn)廠家越來越將配料列為核心機(jī)密，因?yàn)閺牟牧系奶暨x、處理到合理搭配包含了太多技術(shù)人員的心血，同樣的材料，有的廠家用起來特別順利，有的廠家就麻煩百出；有的廠家用中檔的材料可以做出高端的電池，而有的廠家卻使用最好的材料做成的電池慘不忍睹；本人在此發(fā)表配料的基礎(chǔ)知識(shí)，旨在讓大家對(duì)配料的了解多一些，少走一些彎路；但因本人水平有限，難免有疏漏之處，希望大家多多批評(píng)指正。我也期望大

24、家在工作中認(rèn)真研究，真誠(chéng)交流，大膽創(chuàng)新，團(tuán)結(jié)起來，共同促進(jìn)中國(guó)鋰離子電池生產(chǎn)水平的提高。鋰離子電池制片過程掉粉的分析與討論。極片掉粉目前鈷酸鋰的生產(chǎn)工藝，基本上不會(huì)掉粉，掉粉的可能性在生產(chǎn)過程中影響的因素有：1、配方比例不當(dāng)，如粘接劑太少，容劑少致使攪拌不均勻。2、粘接劑烘烤溫度過高，使粘接劑結(jié)構(gòu)受到破壞，。3、漿料攪拌時(shí)間不夠，沒有完全攪拌開，4、涂布時(shí)溫度太低，極片未烘干。5、涂布量不均勻，厚度差異太大。6、極片在輥壓前未烘烤，在空氣中大量吸收水份。7、輥壓時(shí)壓力過大，使極粉與集流體剝離。8、輥壓時(shí)極片的放送方式不對(duì)，造成極片受力不均。9、用油性正極，水性負(fù)極，不掉粉的？三、 電池不良項(xiàng)目

25、及成因：1.容量低產(chǎn)生原因：a. 附料量偏少； b. 極片兩面附料量相差較大； c. 極片斷裂；d. 電解液少e. 電解液電導(dǎo)率低；f. 正極與負(fù)極配片未配好；g. 隔膜孔隙率??；h. 膠粘劑老化附料脫落； i.卷芯超厚（未烘干或電解液未滲透）j. 分容時(shí)未充滿電； k. 正負(fù)極材料比容量小。2.內(nèi)阻高產(chǎn)生原因：a. 負(fù)極片與極耳虛焊； b. 正極片與極耳虛焊； c. 正極耳與蓋帽虛焊；d. 負(fù)極耳與殼虛焊; e. 鉚釘與壓板接觸內(nèi)阻大； f. 正極未加導(dǎo)電劑；g. 電解液沒有鋰鹽； h. 電池曾經(jīng)發(fā)生短路； i. 隔膜紙孔隙率小。3.電壓低產(chǎn)生原因：a. 副反應(yīng)（電解液分解；正極有雜質(zhì)；有水

26、）； b. 未化成好（SEI膜未形成安全）；c. 客戶的線路板漏電（指客戶加工后送回的電芯）； d. 客戶未按要求點(diǎn)焊（客戶加工后的電芯）；e. 毛刺； f. 微短路； g. 負(fù)極產(chǎn)生枝晶。4.超厚產(chǎn)生超厚的原因有以下幾點(diǎn):a. 焊縫漏氣; b. 電解液分解; c. 未烘干水分;d. 蓋帽密封性差; e. 殼壁太厚; f. 殼太厚;g. 卷芯太厚(附料太多；極片未壓實(shí)；隔膜太厚)。5.成因有以下幾點(diǎn) a. 未化成好（SEI膜不完整、致密）； b. 烘烤溫度過高粘合劑老化脫料； c. 負(fù)極比容量低；d. 正極附料多而負(fù)極附料少； e. 蓋帽漏氣，焊縫漏氣； f. 電解液分解，電導(dǎo)率降低。 6.爆

27、炸a. 分容柜有故障（造成過充）；b. 隔膜閉合效應(yīng)差; c. 內(nèi)部短路7.短路 a. 料塵； b. 裝殼時(shí)裝破； c. 尺刮（小隔膜紙?zhí)』蛭磯|好）;d. 卷繞不齊； e. 沒包好； f. 隔膜有洞; g. 毛刺8.斷路 a) 極耳與鉚釘未焊好，或者有效焊點(diǎn)面積小；b) 連接片斷裂（連接片太短或與極片點(diǎn)焊時(shí)焊得太靠下） 四鋰離子電池的安全特性鋰離子電池已非常廣泛的應(yīng)用于人們的日常生活中，所以它的安全性能絕對(duì)應(yīng)該是鋰離子電池的第一項(xiàng)考核指標(biāo)。對(duì)于鋰離子電池安全性能的考核指標(biāo)，國(guó)際上規(guī)定了非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，一只合格的鋰離子電池在安全性能上應(yīng)該滿足一下條件。1）短路：不起火，不爆炸；2）過充電：不起

28、火，不爆炸；3）熱箱試驗(yàn)：不起火，不爆炸（150恒溫10min）4）針刺：不爆炸（用3mm釘穿透電池）；5）平板沖擊：不起火，不爆炸；（10kg重物自1米高處砸向電池）；6）焚燒：不爆炸（煤氣火焰燒考電池）為了確保鋰離子電池安全可靠的使用，專家們進(jìn)行了非常嚴(yán)格、周密的電池安全設(shè)計(jì)，以達(dá)到電池安全考核指標(biāo)。1、隔膜135自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)：采用國(guó)際先進(jìn)的Celgard2300PE-PP-PE三層復(fù)合膜。在電池升溫達(dá)到120的情況下，復(fù)合膜兩側(cè)的PE膜孔閉合，電池內(nèi)阻增大，電池內(nèi)部形成大面積斷路，電池不再升溫。3、電池蓋復(fù)合結(jié)構(gòu)：電池蓋采用刻痕防爆結(jié)構(gòu)，當(dāng)電池升溫，壓力達(dá)到一定程度刻痕破裂、放氣。4、各

29、種環(huán)境濫用試驗(yàn)：進(jìn)行各項(xiàng)濫用試驗(yàn)，如外部短路、過充、針刺、平板沖擊、焚燒等，考察電池的安全性能。同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)和振動(dòng)、跌落、沖擊等力學(xué)性能試驗(yàn)，考察電池在實(shí)際使用環(huán)境下的性能情況。鋰離子電池保護(hù)線路(PCM)鋰離子電池至少需要三重保護(hù)-過充電保護(hù),過放電保護(hù),短路保護(hù),那么就應(yīng)而產(chǎn)生了其保護(hù)線路,那么這個(gè)保護(hù)線路針對(duì)以上三個(gè)保護(hù)要求而言:過充電保護(hù): 過充電保護(hù) IC 的原理為：當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。此時(shí)，保護(hù) IC 需檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá) 4.25V 時(shí)（假設(shè)電池過充點(diǎn)為 4.25V）即啟動(dòng)過度充電保護(hù)，將功率 MOS 由開

30、轉(zhuǎn)為切斷，進(jìn)而截止充電。過放電保護(hù): 過放電保護(hù) IC 原理：為了防止鋰電池的過放電，假設(shè)鋰電池接上負(fù)載，當(dāng)鋰電池電壓低于其過放電電壓檢測(cè)點(diǎn)（假定為 2.5V）時(shí)將啟動(dòng)過放電保護(hù)，使功率 MOSFET 由開轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛喽刂狗烹姡员苊怆姵剡^放電現(xiàn)象產(chǎn)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機(jī)模式，此時(shí)的電流僅 0.1uA。當(dāng)鋰電池接上充電器，且此時(shí)鋰電池電壓高于過度放電電壓時(shí)，過度放電保護(hù)功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過放電檢測(cè)電路設(shè)有延遲時(shí)間以避免產(chǎn)生誤極片漿料涂布工藝路線的選擇1.1涂布方法的選擇成功解決極片漿料涂布的關(guān)鍵之一是選擇合適的涂布方法。大約有20多種涂布方法可以用于將液體料

31、液涂布于支持體上，而每一種技術(shù)有許多專門的配置，所以有許多種涂布型式可供選擇。在研制鋰離子電池實(shí)驗(yàn)室研究階段，有用刮棒、刮刀或擠壓等自制簡(jiǎn)單的涂布實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行極片涂布試驗(yàn)，只能涂布出少量樣品供實(shí)驗(yàn)研究，效果并不太理想，并存在各種各樣的問題。一般選擇涂布方法需要從下面幾個(gè)方面考慮，包括：涂布的層數(shù)，濕涂層的厚度，涂布液的流變特性，要求的涂布精度，涂布支持體或基材，涂布的速度等。如何選擇適合極片漿料的涂布方法?除上述因素外，還必須結(jié)合極片涂布的具體情況和特點(diǎn)。鋰離子電池極片涂布特點(diǎn)是：雙面單層涂布；漿料濕涂層較厚(100300m)；漿料為非牛頓型高粘度流體；相對(duì)于一般涂布產(chǎn)品而言，極片涂布精度要求

32、高，和膠片涂布精度相近；涂布支持體為厚度為1020m的鋁箔和銅箔；和膠片涂布速度相比，極片涂布速度不高。我們首先從涂布層數(shù)來考慮選擇涂布的技術(shù)路線。極片需要在金屬箔兩面都涂漿料。目前有同時(shí)在支持體兩面進(jìn)行涂布的技術(shù)，但如果選用同時(shí)雙面涂布方法，就會(huì)使涂布后的干燥和極片傳送設(shè)備變成極為復(fù)雜和難于操作。因此我們的涂布技術(shù)路線決定選用單層涂布，另一面在干燥后再進(jìn)行一次涂布?？紤]到極片涂布屬于厚涂層涂布。刮棒、刮刀和氣刀涂布只適用于較薄涂層的涂布，不適用于極片漿料涂布。在余下的幾種涂布方法中，浸涂最為簡(jiǎn)單，但其涂布厚度受涂布漿料粘度和涂布速度影響，難于進(jìn)行高精度涂布。綜合考慮極片漿料涂布的各項(xiàng)特殊要求

33、，擠壓涂布或輥涂可供選擇。1.2條縫擠壓涂布及其涂布窗口擠壓涂布技術(shù)是較為先進(jìn)的技術(shù)，可以用于較高粘度流體涂布，能獲得較高精度的涂層。采用條縫擠壓涂布，如何獲得均勻的涂層?必須使擠壓嘴的設(shè)計(jì)及操作參數(shù)在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，也就是進(jìn)入在涂布技術(shù)中稱為“涂布窗口”的臨界條件范圍內(nèi)，才能進(jìn)行正常涂布。擠壓嘴的設(shè)計(jì)對(duì)涂布精度有極為重要的影響。因此設(shè)計(jì)時(shí)需要有涂布漿料流變特性的詳細(xì)數(shù)據(jù)。而一旦按提供的流變數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)加工出的擠壓嘴，在涂布漿料流變性質(zhì)有較大改變時(shí)，就有可能影響涂布精度，擠壓涂布設(shè)備比較復(fù)雜，運(yùn)行操作需要專門的技術(shù)。1.3輥涂工藝的涂布窗口輥涂是比較成熟的涂布工藝，如果有高精度涂布輥和精密軸承，

34、有可能得到均勻度較好的涂層。輥涂可以應(yīng)用于極片漿料的涂布。輥涂有多種型式，按輥的轉(zhuǎn)動(dòng)方向區(qū)分就有順轉(zhuǎn)輥和逆轉(zhuǎn)輥涂布兩種。此外還有配置3輥、4輥等多達(dá)10多種輥涂型式。究竟用哪一種輥涂型式比較好呢?這要根據(jù)各種漿料的流變性質(zhì)進(jìn)行選擇。也就是所設(shè)計(jì)的輥涂型式，結(jié)構(gòu)尺寸，操作條件，涂液的物理性質(zhì)等各種條件必須在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，也就是操作條件進(jìn)入涂布窗口，才能涂布出無弊病的涂層。2極片涂布中的關(guān)鍵技術(shù)在所有涂布產(chǎn)品中膠片所要求的涂布精度是最高的一種，因此膠片涂布中的許多技術(shù)是解決極片涂布的基礎(chǔ)。但極片涂布所特有的要求必須有特殊的技術(shù)才能解決。2.1高粘度極片漿料的涂布極片漿料粘度極高，超出一般涂布液

35、的粘度，而且所要求的涂量大，用現(xiàn)有常規(guī)涂布方法無法進(jìn)行均勻涂布。我們比較分析了各種涂布方法，依據(jù)其流動(dòng)機(jī)理，結(jié)合極片漿料的流變特性和涂布要求，設(shè)計(jì)了各種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證，找到了幾種可用于極片漿料的涂布方法，成功地解決了高粘度極片漿料連續(xù)穩(wěn)定、均勻涂布難題。2.2極片定長(zhǎng)分段和雙面疊合涂布技術(shù)無論是膠片涂布，還是其他涂布產(chǎn)品，絕大多數(shù)都是在片幅上進(jìn)行連續(xù)涂布。而鋰離子電池極片是分段涂布，生產(chǎn)不同型號(hào)鋰離子電池，所需要的每段極片長(zhǎng)度也是不同的。如果采用連續(xù)涂布，再進(jìn)行定長(zhǎng)分切生產(chǎn)極片，在組裝電池時(shí)需要在每段極片一端刮除漿料涂層，露出金屬箔片。用連續(xù)涂布定長(zhǎng)分切的工藝路線，效率低，不能滿足最終進(jìn)行規(guī)

36、模生產(chǎn)的需要。因此我們考慮采用定長(zhǎng)分段涂布方法，在涂布時(shí)按電池規(guī)格需要的涂布及空白長(zhǎng)度進(jìn)行分段涂布。采用單純的機(jī)械裝置很難實(shí)現(xiàn)不同電池規(guī)格所需要長(zhǎng)度分段涂布。我們?cè)谕坎碱^的設(shè)計(jì)中采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將極片涂布頭設(shè)計(jì)成光、機(jī)、電一體化智能化控制的涂布裝置。涂布前將操作參數(shù)用鍵盤輸入計(jì)算機(jī)，在涂布過程中由計(jì)算機(jī)控制，自動(dòng)進(jìn)行定長(zhǎng)分段和雙面疊合涂布。因此涂布機(jī)可以任意設(shè)定涂布和空白長(zhǎng)度進(jìn)行分段涂布，能滿足各種型號(hào)鋰離子電池極片涂布的需要。2.3極片漿料厚涂層高效干燥技術(shù)極片漿料涂層比較厚，涂布量大，干燥負(fù)荷大。采用普通熱風(fēng)對(duì)流干燥法或烘缸熱傳導(dǎo)干燥法等干燥效率低。我們將膠片干燥中的高效干燥技術(shù)應(yīng)用于極片

37、干燥器設(shè)計(jì)，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的熱風(fēng)沖擊干燥技術(shù)，提高了干燥效率，可以進(jìn)行均勻快速干燥，干燥后的涂層無外干內(nèi)濕或表面皸裂等弊病。2.4極片涂布生產(chǎn)流水線基片(極片)傳輸技術(shù)在極片涂布生產(chǎn)流水線中從放卷到收卷，中間包含有涂布、干燥等許多環(huán)節(jié)，極片(基片)有多個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)拖動(dòng)。這和膠片涂布干燥生產(chǎn)流水線是相似的。我們成功地將膠片涂布機(jī)傳輸技術(shù)應(yīng)用于極片涂布，又針對(duì)基片是極薄的鋁箔銅箔，剛性差，易于撕裂和產(chǎn)生折皺等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中采取特殊技術(shù)裝置，在涂布區(qū)使極片保持平展，嚴(yán)格控制片路張力梯度，使整個(gè)片路張力都處于安全極限內(nèi)。在涂布流水線的傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，我們采用了直流電機(jī)智能調(diào)速控制技術(shù)，使涂布點(diǎn)片路速度保持穩(wěn)定，

38、從而確保了涂布的縱向均勻度。在涂布機(jī)傳輸片路設(shè)計(jì)中，在涂布、收卷等關(guān)鍵部位，都設(shè)計(jì)有自動(dòng)糾偏裝置，在涂布時(shí)使?jié){料準(zhǔn)確地涂布于基片上，兩邊留有均勻的片邊，在極片收卷時(shí)能得到邊緣整齊的片卷，為極片生產(chǎn)的下一道工序創(chuàng)造了有利條件。3極片涂布工藝流程極片涂布的一般工藝流程如下：放卷接片拉片張力控制自動(dòng)糾偏涂布干燥自動(dòng)糾偏張力控制自動(dòng)糾偏收卷涂布基片(金屬箔)由放卷裝置放出供入涂布機(jī)。基片的首尾在接片臺(tái)連接成連續(xù)帶后由拉片裝置送入張力調(diào)整裝置和自動(dòng)糾偏裝置，經(jīng)過調(diào)整片路張力和片路位置后進(jìn)入涂布裝置。極片漿料在涂布裝置按預(yù)定涂布量和空白長(zhǎng)度分段進(jìn)行涂布。在雙面涂布時(shí)，自動(dòng)跟蹤正面涂布和空白長(zhǎng)度進(jìn)行涂布。涂

39、布后的濕極片送入干燥道進(jìn)行干燥，干燥溫度根據(jù)涂布速度和涂布厚度設(shè)定。干燥后的極片經(jīng)張力調(diào)整和自動(dòng)糾偏后進(jìn)行收卷，供下一步工序進(jìn)行加工。4設(shè)備安裝調(diào)試及涂布情況研制的設(shè)備由機(jī)械設(shè)備，電氣控制，干燥通風(fēng)等系統(tǒng)組成，安裝后先后進(jìn)行了機(jī)械試車，機(jī)電聯(lián)試和聯(lián)動(dòng)試車，均達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求。按鋰離子電池的技術(shù)要求和設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)投料涂布。涂布條件：涂布基片厚度為20m的鋁箔，涂布基片寬度為350mm，涂布速度5m/min。在上述條件下用漿料進(jìn)行單面定長(zhǎng)涂布，雙面疊合涂布，同時(shí)進(jìn)行干燥。整條生產(chǎn)線運(yùn)行平穩(wěn)，涂布干燥均勻。5樣品測(cè)試結(jié)果5.1涂布均勻度涂布量相對(duì)偏差范圍為2.22%-1.85%，絕對(duì)誤差為4.07

40、%。6 拉漿正負(fù)極極片出現(xiàn)麻點(diǎn)顆?，F(xiàn)象,特別表現(xiàn)在負(fù)極拉漿,在涂布那刻表現(xiàn)最明顯,到出烤箱后比較難觀察到,但是取了片對(duì)輥后就明顯的顆粒.原因:(本現(xiàn)象排除箔材氧化及外觀不良的可能)1.漿料放置時(shí)間過久,一般超出12H以上問題會(huì)比較嚴(yán)重,請(qǐng)關(guān)注是否有此問題,如果有請(qǐng)控制時(shí)間2.漿料粘度過低(放久了粘度也會(huì)低),建議控制粘度在2500mpa.s以上3.漿料存貯溫度過高,我遇到過一次,溫度>35度時(shí)就出現(xiàn)麻點(diǎn).建議控制溫度在25度左右4.無導(dǎo)電碳的配方很容易出現(xiàn)此問題,暫時(shí)無很好的辦法,建議參考以下三條5.攪拌轉(zhuǎn)速度過快,可以適當(dāng)根據(jù)你們的工藝降些轉(zhuǎn)速,只要能攪拌均勻,分散好.涂布時(shí)沒有堵網(wǎng)現(xiàn)

41、象就不是問題.中轉(zhuǎn)暫存罐的轉(zhuǎn)速也要低些6.對(duì)于已出現(xiàn)麻點(diǎn)的漿料建議處理如下A.攪拌幾罐粘度高的新鮮漿料混合使用掉B.在涂第二面時(shí)用無塵紙?jiān)诘诙婊纳仙晕⒋蛐┧?此方法很容易造成拖尾/尺寸異常等問題,不好掌握,不太建議使用) 7.正極很少出現(xiàn)類是現(xiàn)象.負(fù)極倒是經(jīng)常有這種現(xiàn)象,顆?，F(xiàn)象.把漿料退回抽真空攪拌后會(huì)有改善,如果是正極片出現(xiàn)麻點(diǎn)現(xiàn)象就要考慮烘烤的溫度了,可以降溫減速會(huì)有改善7鋰離子電池低容原因分析近期在收集關(guān)于鋰離子電池低容量的原因，個(gè)人收集原因如下，發(fā)上來大家看看有什么補(bǔ)充的沒有，希望大家多多指教：1、壓實(shí)密度大，2、極片附粉少，3、斷片，4、電解液量少，5、化成不完全，6、檢測(cè)容量

42、充放電不完全，7、潮濕度高（吸水），8、電池儲(chǔ)存久9、材料的比容量低10、極片虛焊,極耳虛焊11、制成過程中的環(huán)境控制如.溫度、濕度、露點(diǎn).12、完善中.8.電芯膨脹原因及控制鋰離子電芯在制造和使用過程中往往會(huì)有腫脹現(xiàn)象，經(jīng)過分析與研究，發(fā)現(xiàn)主要有以下兩方面原因：1鋰離子嵌入帶來的厚度變化電芯充電時(shí)鋰離子從正極脫出嵌入負(fù)極，引起負(fù)極層間距增大，而出現(xiàn)膨脹，一般而言，電芯越厚，其膨脹量越大。2 工藝控制不力引起的膨脹在制造過程中，如漿料分散、C/A比離散性、溫度控制都會(huì)直接影響電芯電芯的膨脹程度。特別是水，因?yàn)槌潆娦纬傻母呋钚凿囂蓟衔飳?duì)水非常敏感，從而發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)生的氣體造成電芯

43、內(nèi)壓升高，增加了電芯的膨脹行為。所以在生產(chǎn)中，除了應(yīng)對(duì)極板嚴(yán)格除濕外，在注液過程中更應(yīng)采用除濕設(shè)備，保證空氣的干燥度為HR2%，露點(diǎn)（大氣中的濕空氣由于溫度下降,使所含的水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)而開始凝結(jié)時(shí)的溫度）小于-40。在非常干燥的條件下，并采取真空注液，極大地降低了極板和電解液的吸水機(jī)率。關(guān)于電池鼓殼和爆炸的原因分析:一、鋰離子電池特性鋰是化學(xué)周期表上直徑最小也最活潑的金屬。體積小所以容量密度高，廣受消費(fèi)者與工程師歡迎。但是，化學(xué)特性太活潑，則帶來了極高的危險(xiǎn)性。鋰金屬暴露在空氣中時(shí)，會(huì)與氧氣產(chǎn)生激烈的氧化反應(yīng)而爆炸。為了提升安全性及電壓，科學(xué)家們發(fā)明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲(chǔ)存鋰原子。這些

44、材料的分子結(jié)構(gòu)，形成了奈米等級(jí)的細(xì)小儲(chǔ)存格子，可用來儲(chǔ)存鋰原子。這樣一來，即使是電池外殼破裂，氧氣進(jìn)入，也會(huì)因氧分子太大，進(jìn)不了這些細(xì)小的儲(chǔ)存格，使得鋰原子不會(huì)與氧氣接觸而避免爆炸。鋰離子電池的這種原理，使得人們?cè)讷@得它高容量密度的同時(shí)，也達(dá)到安全的目的。鋰離子電池充電時(shí)，正極的鋰原子會(huì)喪失電子，氧化為鋰離子。鋰離子經(jīng)由電解液游到負(fù)極去，進(jìn)入負(fù)極的儲(chǔ)存格，并獲得一個(gè)電子，還原為鋰原子。放電時(shí)，整個(gè)程序倒過來。為了防止電池的正負(fù)極直接碰觸而短路，電池內(nèi)會(huì)再加上一種擁有眾多細(xì)孔的隔膜紙，來防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過高時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉細(xì)孔，讓鋰離子無法穿越，以自廢武功，防止危險(xiǎn)發(fā)生。 保護(hù)措

45、施鋰電池芯過充到電壓高于4.2V后，會(huì)開始產(chǎn)生副作用。過充電壓愈高，危險(xiǎn)性也跟著愈高。鋰電芯電壓高于4.2V后，正極材料內(nèi)剩下的鋰原子數(shù)量不到一半，此時(shí)儲(chǔ)存格常會(huì)垮掉，讓電池容量產(chǎn)生永久性的下降。如果繼續(xù)充電，由于負(fù)極的儲(chǔ)存格已經(jīng)裝滿了鋰原子，后續(xù)的鋰金屬會(huì)堆積于負(fù)極材料表面。這些鋰原子會(huì)由負(fù)極表面往鋰離子來的方向長(zhǎng)出樹枝狀結(jié)晶。這些鋰金屬結(jié)晶會(huì)穿過隔膜紙，使正負(fù)極短路。有時(shí)在短路發(fā)生前電池就先爆炸，這是因?yàn)樵谶^充過程，電解液等材料會(huì)裂解產(chǎn)生氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲破裂，讓氧氣進(jìn)去與堆積在負(fù)極表面的鋰原子反應(yīng)，進(jìn)而爆炸。因此，鋰電池充電時(shí)，一定要設(shè)定電壓上限，才可以同時(shí)兼顧到電池的壽命、

46、容量、和安全性。最理想的充電電壓上限為4.2V。鋰電芯放電時(shí)也要有電壓下限。當(dāng)電芯電壓低于2.4V時(shí)，部分材料會(huì)開始被破壞。又由于電池會(huì)自放電，放愈久電壓會(huì)愈低，因此，放電時(shí)最好不要放到2.4V才停止。鋰電池從3.0V放電到2.4V這段期間，所釋放的能量只占電池容量的3%左右。因此，3.0V是一個(gè)理想的放電截止電壓。充放電時(shí)，除了電壓的限制，電流的限制也有其必要。電流過大時(shí)，鋰離子來不及進(jìn)入儲(chǔ)存格，會(huì)聚集于材料表面。這些鋰離子獲得電子后，會(huì)在材料表面產(chǎn)生鋰原子結(jié)晶，這與過充一樣，會(huì)造成危險(xiǎn)性。萬一電池外殼破裂，就會(huì)爆炸。因此，對(duì)鋰離子電池的保護(hù)，至少要包含：充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上

47、限三項(xiàng)。一般鋰電池組內(nèi)，除了鋰電池芯外，都會(huì)有一片保護(hù)板，這片保護(hù)板主要就是提供這三項(xiàng)保護(hù)。但是，保護(hù)板的這三項(xiàng)保護(hù)顯然是不夠的，全球鋰電池爆炸事件還是頻傳。要確保電池系統(tǒng)的安全性，必須對(duì)電池爆炸的原因，進(jìn)行更仔細(xì)的分析。二、電池爆炸原因:1: 內(nèi)部極化較大！2:極片吸水,與電解液發(fā)生反應(yīng)氣鼓.3:電解液本身的質(zhì)量,性能問題.4:注液時(shí)候注液量達(dá)不到工藝要求.5:裝配制程中激光焊焊接密封性能差,漏氣.測(cè)漏氣漏測(cè).6:粉塵,極片粉塵首先易導(dǎo)致微短路,.具體原因未知7:正負(fù)極片較工藝范圍偏厚,入殼難.8:注液封口問題,鋼珠密封性能不好導(dǎo)致氣鼓.9:殼體來料存在殼壁偏厚,殼體變形影響厚度.三、爆炸類

48、型分析電池芯爆炸的類形可歸納為外部短路、內(nèi)部短路、及過充三種。此處的外部系指電芯的外部，包含了電池組內(nèi)部絕緣設(shè)計(jì)不良等所引起的短路。當(dāng)電芯外部發(fā)生短路，電子組件又未能切斷回路時(shí)，電芯內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生高熱，造成部分電解液汽化，將電池外殼撐大。當(dāng)電池內(nèi)部溫度高到135攝氏度時(shí)，質(zhì)量好的隔膜紙，會(huì)將細(xì)孔關(guān)閉，電化學(xué)反應(yīng)終止或近乎終止，電流驟降，溫度也慢慢下降，進(jìn)而避免了爆炸發(fā)生。但是，細(xì)孔關(guān)閉率太差，或是細(xì)孔根本不會(huì)關(guān)閉的隔膜紙，會(huì)讓電池溫度繼續(xù)升高，更多的電解液汽化，最后將電池外殼撐破，甚至將電池溫度提高到使材料燃燒并爆炸。內(nèi)部短路主要是因?yàn)殂~箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜，或是鋰原子的樹枝狀結(jié)晶穿破膈膜所造成

49、。這些細(xì)小的針狀金屬，會(huì)造成微短路。由于，針很細(xì)有一定的電阻值，因此，電流不見得會(huì)很大。銅鋁箔毛刺系在生產(chǎn)過程造成，可觀察到的現(xiàn)象是電池漏電太快，多數(shù)可被電芯廠或是組裝廠篩檢出來。而且，由于毛刺細(xì)小，有時(shí)會(huì)被燒斷，使得電池又恢復(fù)正常。因此，因毛刺微短路引發(fā)爆炸的機(jī)率不高。這樣的說法，可以從各電芯廠內(nèi)部都常有充電后不久，電壓就偏低的不良電池，但是卻鮮少發(fā)生爆炸事件，得到統(tǒng)計(jì)上的支持。因此，內(nèi)部短路引發(fā)的爆炸，主要還是因?yàn)檫^充造成的。因?yàn)?，過充后極片上到處都是針狀鋰金屬結(jié)晶，刺穿點(diǎn)到處都是，到處都在發(fā)生微短路。因此，電池溫度會(huì)逐漸升高，最后高溫將電解液氣體。這種情形，不論是溫度過高使材料燃燒爆炸，

50、還是外殼先被撐破，使空氣進(jìn)去與鋰金屬發(fā)生激烈氧化，都是爆炸收?qǐng)?。但是過充引發(fā)內(nèi)部短路造成的這種爆炸，并不一定發(fā)生在充電的當(dāng)時(shí)。有可能電池溫度還未高到讓材料燃燒、產(chǎn)生的氣體也未足以撐破電池外殼時(shí)，消費(fèi)者就終止充電，帶手機(jī)出門。這時(shí)眾多的微短路所產(chǎn)生的熱，慢慢的將電池溫度提高，經(jīng)過一段時(shí)間后，才發(fā)生爆炸。消費(fèi)者共同的描述都是拿起手機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)手機(jī)很燙，扔掉后就爆炸。綜合以上爆炸的類型，我們可以將防爆重點(diǎn)放在過充的防止、外部短路的防止、及提升電芯安全性三方面。其中過充防止及外部短路防止屬于電子防護(hù)，與電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)及電池組裝有較大關(guān)系。電芯安全性提升之重點(diǎn)為化學(xué)與機(jī)械防護(hù)，與電池芯制造廠有較大關(guān)系。四、設(shè)

51、計(jì)規(guī)范由于全球手機(jī)有數(shù)億只，要達(dá)到安全，安全防護(hù)的失敗率必須低于一億分之一。由于，電路板的故障率一般都遠(yuǎn)高于一億分之一。因此，電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須有兩道以上的安全防線。常見的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)是用充電器(adaptor)直接去充電池組。這樣將過充的防護(hù)重任，完全交給電池組上的保護(hù)板。雖然保護(hù)板的故障率不高，但是，即使故障率低到百萬分之一，機(jī)率上全球還是天天都會(huì)有爆炸事故發(fā)生。電池系統(tǒng)如能對(duì)過充、過放、過電流都分別提供兩道安全防護(hù)，每道防護(hù)的失敗率如果是萬分之一，兩道防護(hù)就可以將失敗率降到一億分之一。常見的電池充電系統(tǒng)方塊圖如下，包含充電器及電池組兩大部分。充電器又包含適配器(Adaptor)及充電控制器

52、兩部分。適配器將交流電轉(zhuǎn)為直流電，充電控制器則限制直流電的最大電流及最高電壓。電池組包含保護(hù)板及電池芯兩大部分，以及一個(gè)PTC來限定最大電流。文字方塊: 適配器交流變直流文字方塊: 充電控制器限流限壓文字方塊: 充電器文字方塊: 保護(hù)板過充、過放過流等防護(hù)文字方塊: 電池組文字方塊: 限流片文字方塊: 電池芯以手機(jī)電池系統(tǒng)為例，過充防護(hù)系利用充電器輸出電壓設(shè)定在4.2V左右，來達(dá)到第一層防護(hù)，這樣就算電池組上的保護(hù)板失效，電池也不會(huì)被過充而發(fā)生危險(xiǎn)。第二道防護(hù)是保護(hù)板上的過充防護(hù)功能，一般設(shè)定為4.3V。這樣，保護(hù)板平常不必負(fù)責(zé)切斷充電電流，只有當(dāng)充電器電壓異常偏高時(shí)，才需要?jiǎng)幼?。過電流防護(hù)則

53、是由保護(hù)板及限流片來負(fù)責(zé)，這也是兩道防護(hù)，防止過電流及外部短路。由于過放電只會(huì)發(fā)生在電子產(chǎn)品被使用的過程。因此，一般設(shè)計(jì)是由該電子產(chǎn)品的線路板來提供第一到防護(hù)，電池組上的保護(hù)板則提供第二道防護(hù)。當(dāng)電子產(chǎn)品偵測(cè)到供電電壓低于3.0V時(shí)，應(yīng)該自動(dòng)關(guān)機(jī)。如果該產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)未設(shè)計(jì)這項(xiàng)功能，則保護(hù)板會(huì)在電壓低到2.4V時(shí)，關(guān)閉放電回路?？傊?，電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)過充、過放、與過電流分別提供兩道電子防護(hù)。其中保護(hù)板是第二道防護(hù)。把保護(hù)板拿掉后充電，如果電池會(huì)爆炸就代表設(shè)計(jì)不良。上述方法雖然提供了兩道防護(hù)，但是由于消費(fèi)者在充電器壞掉后，常會(huì)買非原廠充電器來充電，而充電器業(yè)者，基于成本考慮，常將充電控制器拿掉

54、，來降低成本。結(jié)果，劣幣驅(qū)逐良幣，市面上出現(xiàn)了許多劣質(zhì)充電器。這使得過充防護(hù)失去了第一道也是最重要的一道防線。而過充又是造成電池爆炸的最重要因素，因此，劣質(zhì)充電器可以稱得上是電池爆炸事件的元兇。當(dāng)然，并非所有的電池系統(tǒng)都采用如上圖的方案。在有些情況下，電池組內(nèi)也會(huì)有充電控制器的設(shè)計(jì)。例如：許多筆記型計(jì)算機(jī)的外加電池棒，就有充電控制器。這是因?yàn)楣P記型計(jì)算機(jī)一般都將充電控制器做在計(jì)算機(jī)內(nèi)，只給消費(fèi)者一個(gè)適配器。因此，筆記型計(jì)算機(jī)的外加電池組，就必須有一個(gè)充電控制器，才能確保外加電池組在使用適配器充電時(shí)的安全。另外，使用汽車點(diǎn)煙器充電的產(chǎn)品，有時(shí)也會(huì)將充電控制器做在電池組內(nèi)。最后的防線如果電子的防護(hù)

55、措施都失敗了，最后的一道防線，就要由電芯來提供了。電芯的安全層級(jí)，可依據(jù)電芯能否通過外部短路和過充來大略區(qū)分等級(jí)。由于，電池爆炸前，如果內(nèi)部有鋰原子堆積在材料表面，爆炸威力會(huì)更大。而且，過充的防護(hù)常因消費(fèi)者使用劣質(zhì)充電器而只剩一道防線，因此，電芯抗過充能力比抗外部短路的能力更重要。9.鋁殼電芯與鋼殼電芯安全性比較鋁殼相對(duì)于鋼殼具有很高的安全優(yōu)勢(shì)鋰離子電池正、負(fù)極活性材內(nèi)為何要加VGCF碳管?1. 不管正或負(fù)極活性材都會(huì)有膨脹收縮的問題，一般負(fù)極碳材有20膨脹收縮率，而像LFP正極材料有6膨脹收收率。當(dāng)多次充放電中，其正、負(fù)活性材顆粒與顆粒之間接觸少、間隙加大，甚至有些脫離集電極，導(dǎo)致電子與離子

56、傳輸路徑斷續(xù)不連續(xù)相，成為死的活性材，不再參與電極反應(yīng)。因此循環(huán)使用壽命下降。VGCF碳管有很大的長(zhǎng)徑比，即使正、負(fù)活性材膨脹收縮后，其活性材顆粒間之間隙，可藉由VGCF碳管架橋連接，電子與離子傳輸不會(huì)間斷。2.由于VGCF碳管微結(jié)構(gòu)是中空多管壁，可以讓正、負(fù)電極吸納更多的電解液，使得鋰離子可以順利快速嵌入或脫嵌，因此，有利于高倍率充放電。3. VGCF是高強(qiáng)度纖維狀長(zhǎng)徑比大之材料，可增加電極板的可撓性，正極或負(fù)極活性材顆粒間之黏接力或與極板間之黏接力更強(qiáng)，不會(huì)因撓曲而龜裂掉粉。4.VGCF本質(zhì)是高導(dǎo)電高導(dǎo)熱特性，正極活性材其導(dǎo)電性都不好，添加VGCF以提高正極活性材的導(dǎo)電性，也提高正極或負(fù)極

57、的導(dǎo)熱系數(shù)，利于散熱。解剖電池時(shí)遇到些情況,下面羅列出來,不知道各位前輩對(duì)這些情況有何見解.1.明明很容易斷的正極片注液以后卻變得柔軟.?2.正極片出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象(內(nèi)層)?3.剛拆出來的負(fù)極片邊緣和內(nèi)層會(huì)是暗紫色,和極片中間部分顏色不一樣.(中間是金黃色)?4.為什么每次拆開的負(fù)極片頭部(第一小片)會(huì)有很多白色物質(zhì),是不是鋰,為什么在那里這么多.5.為什么短路以后正極片上面有銅,是不是負(fù)極的銅被電解過來.而且為什么是在正極頭部吸銅最多.6.負(fù)極耳發(fā)黑,是不是短路現(xiàn)象.(大電流通過的遺跡)或者是負(fù)極石墨溶解?7.觀察正極料過量,是不是在負(fù)極片上滴水,看是否燃火.答案搜索聲明沒有標(biāo)準(zhǔn)答案,以現(xiàn)場(chǎng)為主)第一:極片充放電后已經(jīng)反彈,肯定變軟,通