鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)課件

1、主講：邵小龍主講：邵小龍1鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v電池的定義v電池分類v鋰離子電池之電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理v鋰離子電池之應(yīng)用領(lǐng)域v鋰離子電池之結(jié)構(gòu)v液態(tài)鋰離子電池之工藝流程v液態(tài)鋰離子電池之生產(chǎn)設(shè)備v鋰離子電池之性能指標(biāo)v手機(jī)鋰離子電池的使用2鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v什么叫電池？v電池是一種能夠?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。3鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)1.按工作性質(zhì)分2.按電解液分3. 按電池所用正、負(fù)極材料劃分4.按用途分5.其它分類（使用領(lǐng)域、性能）4鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)1.按工作性質(zhì)分v一次電池（原電池）v二次電池（可充電池）5鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)2.按電解液分v堿性電池（鋅錳電池、鎘鎳電池，鎳氫電池等）v酸性電池

2、（鋅錳電池、鉛酸電池）v有機(jī)電解液電池（鋰離子電池）6鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)3. 按電池所用正、負(fù)極材料劃分 v鋅系：鋅錳電池、鋅銀電池等v鎳系：鎘鎳電池、氫鎳電池、鎳鋅電池等v鋰系：鋰錳、鋰鐵、鋰鎳鈷錳電池等v其它體系 7鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)4. 按電池用途分v數(shù)碼電池：手機(jī)、電腦、MP3、MP4等v動(dòng)力電池：汽車動(dòng)力、自行車動(dòng)力等v儀器儀表電池：萬(wàn)用表、電子稱等v儲(chǔ)能電池：蓄電池（備用電源）8鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v鋰離子電池是指Li+ 嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。v正極采用鋰化合物L(fēng)iXCoO2、LiXNiO2 、LiFePO4或LiXMnO2 v負(fù)極采用鋰-碳層間化合物L(fēng)iXC6。v電解質(zhì)為

3、溶解有鋰鹽LiPF6 、 LiAsF6等有機(jī)溶液。v在充放電過(guò)程中，Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱為“搖椅電池”。 充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)。 放電時(shí)則相反。9鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)正極反應(yīng)：LiCoO2= Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- 負(fù)極反應(yīng)：C + xLi+ + xe- = CLix 電池總反應(yīng)：LiCoO2 + C = Li1-xCoO2 + CLix 放電時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。10鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v高能量密度v高工作電壓 v長(zhǎng)循環(huán)壽命v電化學(xué)特性穩(wěn)定v荷電保持能力強(qiáng)v無(wú)污染v無(wú)記憶效應(yīng)11鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)Li

4、-ion Battery12鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v正極 活性物質(zhì)（LiCoO2LiMnO2LiNixCo1-xO2、 LiFePO4) 導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體 v負(fù)極 活性物質(zhì)（石墨、MCMB) 粘合劑、溶劑、基體 v隔膜（PP+PE）v電解液（LiPF6 + DMC EC EMC)v外殼五金件（鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片）13鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)14鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)密封圈限流開(kāi)關(guān)隔膜絕緣墊15鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)16鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)正極基體：鋁箔（約0.020mm厚)正極物質(zhì)：鈷酸鋰+碳黑+PVDF正極集流體：鋁帶（約0.1mm厚）17鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)負(fù)極基體：銅箔（約0.015mm厚)負(fù)

5、極物質(zhì)：石墨+CMC+SBR負(fù)極集流體：鎳帶（約0.07mm厚）18鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)l材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E（聚乙烯）或者 三層復(fù)合PP（聚丙烯） +PE+PPl厚度：?jiǎn)螌右话銥?.0160.020mm 三層一般為0.0200.025mm19鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v性質(zhì)： 無(wú)色透明液體，具有較強(qiáng)吸濕性。v應(yīng)用： 主要用于可充電鋰離子電池的電解液，只能在干燥環(huán)境下使用操作（如環(huán)境水分小于20ppm的手套箱內(nèi)）。v規(guī)格： 溶劑組成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6濃度 1mol/lv質(zhì)量指標(biāo)： 密度（25）g/cm3 1.230.03 水分（卡爾費(fèi)休法） 20ppm 游離酸（以HF

6、計(jì)） 50ppm 電導(dǎo)率（25） 10.40.5 mscm20鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)配料卷繞注液檢測(cè)包裝涂布制片化成激光焊裁片21鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v常規(guī)性能： 容量 電壓 內(nèi)阻v可靠性性能： 循環(huán)壽命 放電平臺(tái) 自放電 貯存性能 高低溫性能v安全性能 過(guò)充 短路 針刺 跌落 濕水 低壓 振動(dòng)22鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為電池的容量，以符號(hào)C表示。v常用的單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）。23鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v電池的容量可以分為理論容量、額定容量、實(shí)際容量。v理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計(jì)算而得的最高理論值。為了比較不同系列的電池，常用

7、比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，單位為Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。v實(shí)際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為 Ah，其值小于理論容量。v額定容量也叫保證容量，是按國(guó)家或有關(guān)部門頒布的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。24鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v 開(kāi)路電壓 電池在開(kāi)路狀態(tài)下的端電壓稱為開(kāi)路電壓。電池的開(kāi)路電壓等于電池的正極的還原電極電勢(shì)與負(fù)極電極電勢(shì)之差。v 工作電壓 工作電壓指電池接通負(fù)載后在放電過(guò)程中顯示的電壓，又稱放電電壓。在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。 電池在接通負(fù)載

8、后，由于歐姆電阻和極化過(guò)電位的存在，電池的工作電壓低于開(kāi)路電壓。25鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v電流通過(guò)電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為電池的內(nèi)阻。v電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在放電過(guò)程中隨時(shí)間不斷變化，因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液濃度和溫度都在不斷地改變。v電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化與濃差極化。內(nèi)阻的存在，使電池放電時(shí)的端電壓低于電池電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓，充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓。v歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關(guān)系，常隨電流密度的對(duì)數(shù)增大而線性增大。 26鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v電池在完全充電后完全放電，循環(huán)進(jìn)行，直到容量衰減為

9、初始容量的80%，此時(shí)循環(huán)次數(shù)即為該電池之循環(huán)壽命v循環(huán)壽命與電池充放電條件有關(guān)v鋰離子電池室溫下1C充放電循環(huán)壽命可達(dá)300-500次（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），最高可達(dá)1000次以上。27鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v時(shí)間平臺(tái)v電壓平臺(tái)v容量平臺(tái)28鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)間平臺(tái)v1.標(biāo)稱平臺(tái)：根據(jù)客戶要求或國(guó)家（國(guó)外、國(guó)際）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，電池在1C倍率下的最低放電時(shí)間。表達(dá)方式為分鐘。（標(biāo)準(zhǔn)、要求）v2.實(shí)際平臺(tái)：在1C倍率下，3.6V的放電時(shí)間與截止3V時(shí)的放電時(shí)間的比值。表達(dá)方式為百分比。（測(cè)試）v3.使用平臺(tái)：在1C倍率下，以60min為標(biāo)準(zhǔn)放電平臺(tái)，實(shí)際放至3.6V的時(shí)間與60分鐘的比值。表達(dá)方式為百分比

10、。 （出貨）29鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v電壓平臺(tái)：按表達(dá)方式分。v1.電壓值：包括中值電壓和平臺(tái)電壓，表達(dá)方式為電壓值，如3.73V。（材料評(píng)估）v 中值電壓：放電至3V的時(shí)間中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓值。（材料測(cè)試、性能評(píng)估）v 平臺(tái)電壓：電池電壓平穩(wěn)下降的電壓段的中點(diǎn)。（材料評(píng)估）v2.電壓范圍：電池電壓平穩(wěn)下降的范圍。其表達(dá)方式為范圍值，如3.633.85V。（材料性能評(píng)估）30鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v容量平臺(tái)v1.標(biāo)稱平臺(tái)。根據(jù)國(guó)家（國(guó)外、國(guó)際）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，放電至3.6V的最小要求容量。v2.實(shí)際平臺(tái)。實(shí)際放電至3.6V的容量。v3.百分比平臺(tái)。包括測(cè)試平臺(tái)和出貨平臺(tái)。v測(cè)試平臺(tái)：電池放電至3.6V的

11、容量與放電至3.0V的容量比。v出貨平臺(tái)。電池放電至3.6V的容量與標(biāo)稱容量的比值。31鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)162min101min32鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v電池完全充電后，放置一個(gè)月。然后用1C放電至3.0V，其容量記為C2；電池初始容量記為C0；1-C2/C0即為該電池之月自放電率v行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池月自放電率小于15%，我們可以做到6%-8%v電池自放電與電池的放置性能有關(guān)，其大小和電池內(nèi)阻結(jié)構(gòu)和材料性能有關(guān)33鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí) 記憶效應(yīng)是針對(duì)鎳鎘電池而言，電池會(huì)儲(chǔ)存這一放電平臺(tái)并在下次循環(huán)中將其作為放電的終點(diǎn)，盡管電池本身的容量可以使電池放電到更低的平臺(tái)上。在以后的放電過(guò)程中電池將只記得

12、這一低容量。同樣在每一次使用中，任何一次不完全的放電都將加深這一效應(yīng)，使電池的容量變得更低。 v要消除這種效應(yīng)，一是采用小電流深度放電（如用0.1C放至0V）一是采用大電流充放電（如1C）幾次。v鎳氫電池和鋰離子電池均無(wú)記憶效應(yīng)34鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v山寨版新電池使用說(shuō)明：v1.完全放電v2.完全充電v3.完全放電v以上稱之為激活，為錯(cuò)誤使用方法。v山寨版的使用方法：v1.每次用到自動(dòng)關(guān)機(jī)再充v2.邊充邊打（開(kāi)機(jī)充電）v3.充長(zhǎng)時(shí)間一些電池的電量（容量）會(huì)滿一些v4.電池長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，充滿電擱置。35鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v正確的使用方法v1.新電池?zé)o需激活直接可以使用v2.最好在關(guān)機(jī)狀態(tài)下充電v3.充電時(shí)不要打電話v4.指示充滿后即停止充電v5.長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，充電至一半左右電容量v6.電池在接近沒(méi)電時(shí)充電。36鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)v電池是個(gè)比較復(fù)雜的電化學(xué)體系，涉及到電化學(xué)、材料、機(jī)械、