鋰離子電池基本知識(shí)培訓(xùn)ppt課件

1、鋰離子電池基本知識(shí)培訓(xùn)Prepared by: 殷世抒Date: 2019/03/2內(nèi)容1.關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 1.1 二次電池的主要類(lèi)別二次電池的主要類(lèi)別 1.2 鋰離子電池的特性鋰離子電池的特性 2. 反應(yīng)原理反應(yīng)原理 2.1 正常充放電過(guò)程正常充放電過(guò)程 2.2 異常充放電過(guò)程異常充放電過(guò)程 3. 材料的主要成分，作用及其特性材料的主要成分，作用及其特性 2.1 正極材料正極材料 2.2 負(fù)極材料負(fù)極材料 2.3 隔膜隔膜 2.4 電解液電解液 2.5 鋁塑膜鋁塑膜/鋼殼鋼殼-蓋帽蓋帽 2.6 極耳極耳4. 主要的性能參數(shù)，影響因素及相對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵控制點(diǎn)主要的性能參數(shù)，影響因素及相對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵控制

2、點(diǎn)1.2 鋰離子電池的特性1）1.2.1 安全性鋰離子電池由于具有能量密度高、輸出電壓高、 容量高等優(yōu)點(diǎn)；而這些優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也帶來(lái)了鋰離子電池的安全性隱患。一般來(lái)說(shuō)，能量密度，電壓及容量越高，安全性就越差。鋰離子電池的電極反應(yīng)機(jī)理，電池的材料體系決定了鋰離子電池一旦出現(xiàn)濫用，將非常容易導(dǎo)致熱失控，從而引發(fā)起火，爆炸等安全事故。1.2 鋰離子電池的特性2）各種電池的比較技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)鎳鎳- -鎘電池鎘電池鎳氫電池鎳氫電池鋰離子電池鋰離子電池工作電壓（V）1.21.23.7克容量/（mAh/g)5065130160能量密度/（Wh/L)150200280320490570充放電循環(huán)/次5005005

3、00-1000自放電率（%/年）25-3030-356-9記憶效應(yīng)有無(wú)無(wú)對(duì)環(huán)境的影響鎘,嚴(yán)重污染重金屬污染無(wú)污染安全性高高低鋰離子電池為高鋰離子電池為高儲(chǔ)能體儲(chǔ)能體2 反應(yīng)原理n基本反應(yīng)原理：n充電過(guò)程：n 鋰離子在負(fù)極表面得到電子，被還原為鋰原子；然后在微弱的共價(jià)鍵作用下，鑲嵌到石墨分子6個(gè)碳原子中。n放電過(guò)程:n 鋰原子從LiC6中脫嵌而出，失去電子變成鋰離子，回到電解液和正極。n +充電放電2.1 正常充放電過(guò)程n充電過(guò)程：充電過(guò)程：n正極反應(yīng)：正極反應(yīng)： Li1MO2-Li1-xMO2 +x Li+ xe-n負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)： C + x Li+ +x e- CLixn總反應(yīng)：總反應(yīng)

4、： Li1MO2+C- Li1-xMO2+ CLixn放電過(guò)程：放電過(guò)程：n正極反應(yīng)：正極反應(yīng)： Li1-xMO2 +x Li+ +xe- - LiMO2n負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)： CLix - C + xLi+ +e-n總反應(yīng)：總反應(yīng)： Li1-xMO2+ CLix-Li1MO2+Cn 2.2 異常充放電過(guò)程過(guò)充電：通常指電壓高于4.2v以上。一般高于4.35v會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷電池性能。從分子層面看，可以直觀的理解，過(guò)度充電將把太多的鋰原子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去，當(dāng)沒(méi)有足夠的石墨分子來(lái)“寄存鋰原子時(shí)，鋰原子將在負(fù)極石墨表面結(jié)晶，即“析鋰現(xiàn)象；當(dāng)枝晶越長(zhǎng)越大時(shí)，可能刺穿隔膜導(dǎo)致短路。 過(guò)放電：通常指電壓低

5、于3.0v。一般低于2.0v會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷電池性能。過(guò)度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過(guò)度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷。同時(shí)，當(dāng)電池電壓低于銅的氧化電位時(shí)，銅箔將會(huì)溶解進(jìn)入電解液，并在正極片上面結(jié)晶析出，即“析銅現(xiàn)象。過(guò)電流充大倍率放電：可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷電池，導(dǎo)致鼓脹，起火，爆炸等事故。嚴(yán)重過(guò)充的可能后果: 1）：容量衰減快，電壓衰減快； 2）：鼓脹，起火，爆炸。嚴(yán)重過(guò)放的可能后果： 1）：容量衰減快，電壓衰減快； 2）：鼓脹2.3 析鋰和析銅的照片析鋰析銅3 電池材料n3.1 正極材料：n 材料克容量(mAh/克)平臺(tái)(3.6v)過(guò)充性能高溫性能循環(huán)壽命安全性鈷酸鋰140-16080-90%4.6v好10

6、00次差錳酸鋰100-12090%4.8v差300次差三元(鋰鎳鈷錳)130-15050%4.6v好500-800次差磷酸鐵鋰130-14090%(3.2v)?好3000次好n正極材料的主要作用：提供導(dǎo)電正電荷Li離子）。n 正極材料的晶體結(jié)構(gòu)3.2 負(fù)極材料負(fù)極材料主要是石墨，分天然石墨，人造石墨，改性石墨等。 石墨吸附能力非常強(qiáng)，很容易吸收水分，吸收灰塵，吸收氣體，因此要密封保存。層狀石墨無(wú)定形體在空氣中的著火點(diǎn)很高(1000度以上），但如果顆粒非常小，有明火存在時(shí)則在750-800度比較容易被引燃?；瘜W(xué)性能穩(wěn)定，常溫下不與酸性，堿性，有機(jī)或無(wú)機(jī)溶液發(fā)生反應(yīng)。負(fù)極材料的主要作用： 1包容鋰

7、原子，形成LiC，降低Li原子的化學(xué)活性。 2導(dǎo)電性好，有利于降低電池的內(nèi)阻。小問(wèn)題：卷繞工序?yàn)槭裁匆筘?fù)極必須完全包住正極？3.3 隔膜隔膜的成分：PP+PE隔膜的結(jié)構(gòu)分類(lèi)：?jiǎn)螌?，雙層，三層 常用的隔膜是一層PP和一層PE或兩層PP壓合在一起形成。每層膜的微觀結(jié)構(gòu)上都有很多微孔，能夠透過(guò)分子直徑比較小的氣體分子，能通過(guò)離子，但不能通過(guò)電子。隔膜的特性: 1受熱收縮：80以上的環(huán)境中，長(zhǎng)度和寬度兩個(gè)方向都會(huì)受熱收縮； 2離子導(dǎo)通，電子關(guān)斷。 3軟化點(diǎn)130-140，熔點(diǎn)170-190。隔膜的作用： 1在正負(fù)極之間起到絕緣作用； 2充放電的過(guò)程中，通過(guò)鋰離子穿行來(lái)實(shí)現(xiàn)電荷的轉(zhuǎn)移。小問(wèn)題： 1設(shè)計(jì)

8、上，隔膜寬度為什么要比正負(fù)極都寬？ 2注液前真空烘烤工序的烘烤溫度為什么要求是在80-90？3.4 電解液電解液主要成分 1溶劑：PC/EC/DEC/EMC/DMC等碳酸酯類(lèi)的混合物，還有一些添加劑，其中DMC碳酸二甲酯的凝固點(diǎn)為4，沸點(diǎn)為90。 2溶質(zhì)：六氟磷酸鋰LiPF6.濃度通常為1mol/升。作用：在充放電過(guò)程中作為一種媒介，并提供足夠多的正電荷?；瘜W(xué)特性：1.溶劑： 1低溫易凝固，阻抗增加，使導(dǎo)電能力急劇減弱； 2高溫易分解，產(chǎn)生許多種復(fù)雜的氣體組分，電池內(nèi)部氣壓升高導(dǎo)致鼓脹漏液，或者內(nèi)阻升高，電壓及容量迅速衰減。 2. 溶質(zhì)：LiPF6極易發(fā)生水解，產(chǎn)生大量的氫氟酸。 LiPF6

9、+ H2O - LiPO3 + 3HF + LiF小問(wèn)題：午飯后上班時(shí)，手套箱杯子里面的電解液為什么要倒掉？ 3.5 極耳組成：金屬片+極耳膠金屬片的作用：連接電池內(nèi)部的極片和外部的保護(hù)線路或用電器。極耳膠的作用： 1頂封時(shí)，通過(guò)極耳膠把上下兩層鋁塑膜粘合起來(lái)； 2防止金屬片與鋁塑膜的鋁箔短路。小問(wèn)題： 1極耳膠的寬度為什么是5mm而不是4mm？ 2頂封時(shí)，極耳膠外露為什么至少要有0.1mm？3.6 鋁塑膜鋁塑膜的供應(yīng)商 1Showa，即昭和電工株式會(huì)社。 2DNP，即大日本印刷株式會(huì)社。鋁塑膜的結(jié)構(gòu)鋁塑膜的作用：小問(wèn)題：為什么頂側(cè)封的溫度是180210？小問(wèn)題：DNP鋁塑膜封印厚度150-1

10、70um是否合理？40um30um30-35um5um5um3.7 圓柱蓋帽n蓋帽的結(jié)構(gòu)n 1鐵帽n 2PTCn 3大鋁片n 4小鋁片n 5膠圈n小問(wèn)題：n 1蓋帽來(lái)料為什么要均勻涂膠水？n 2高倍率電池的蓋帽為什么沒(méi)有PTC？n 3短路測(cè)試通不過(guò)時(shí)，為什么設(shè)計(jì)上在極耳外面焊接一個(gè)PTC就可以通過(guò)測(cè)試？4 電池的主要性能1）n4.1 容量的影響因素n1正極偏輕材料偏少）n2負(fù)極比例不夠，導(dǎo)致正極容量發(fā)揮不出來(lái)n3負(fù)極未包住正極，析鋰導(dǎo)致容量損失n4電解液性能不好，或電解液量不足n5隔膜孔隙率太小，鋰離子難以穿過(guò)n6內(nèi)部短路導(dǎo)致漏電流偏大n7過(guò)充/過(guò)放導(dǎo)致正負(fù)極或隔膜嚴(yán)重?fù)p傷n8鼓脹或漏液4 電池的主要性能2）4.2 內(nèi)阻的影響因素1電解液電導(dǎo)率2隔膜孔隙率3正負(fù)極材料的導(dǎo)電性4正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性5涂布面密度及壓實(shí)密度6電芯的卷繞結(jié)構(gòu)，容量7虛焊8斷片9鼓脹或漏液10蓋帽內(nèi)部臟污11內(nèi)部短路4 電池的主要性能3）4.3 電壓衰減1燒極耳2內(nèi)部微短路3過(guò)充過(guò)放，過(guò)流4鼓脹5保護(hù)板漏電流大4 電池的主要性能4）4.4 鼓脹的影響因素1電芯內(nèi)部水含量高2外部短路3內(nèi)部短路4過(guò)充，過(guò)放，過(guò)流5溫度過(guò)高，導(dǎo)致電解液分解6封口不良，水汽進(jìn)入7電解液嚴(yán)重不