鋰離子電池基本知識培訓ppt課件

1、鋰離子電池基本知識培訓Prepared by: 殷世抒Date: 2019/03/2內容1.關鍵詞關鍵詞 1.1 二次電池的主要類別二次電池的主要類別 1.2 鋰離子電池的特性鋰離子電池的特性 2. 反應原理反應原理 2.1 正常充放電過程正常充放電過程 2.2 異常充放電過程異常充放電過程 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 負極材料負極材料 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，影響因素及相對應的關鍵控制點主要的性能參數，影響因素及相對應的關鍵控制

2、點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；而這些優(yōu)點同時也帶來了鋰離子電池的安全性隱患。一般來說，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機理，電池的材料體系決定了鋰離子電池一旦出現濫用，將非常容易導致熱失控，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參數技術參數鎳鎳- -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記憶效應有無無對環(huán)境的影響鎘,嚴重污染重金屬污染無污染安全性高高低鋰離子電池為高鋰離子電池為高儲能體儲能體2 反應原理n基本反應原理：n充電過程：n 鋰離子在負極表面得到電子，被還原為鋰原子；然后在微弱的共價鍵作用下，鑲嵌到石墨分子6個碳原子中。n放電過程: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 正常充放電過程n充電過程：充電過程：n正極反應：正極反應： Li1MO2-Li1-xMO2 +x Li+ xe-n負極反應：負極反應： C + x Li+ +x e- CLixn總反應：總反應

4、： Li1MO2+C- Li1-xMO2+ CLixn放電過程：放電過程：n正極反應：正極反應： Li1-xMO2 +x Li+ +xe- - LiMO2n負極反應：負極反應： CLix - C + xLi+ +e-n總反應：總反應： Li1-xMO2+ CLix-Li1MO2+Cn 2.2 異常充放電過程過充電：通常指電壓高于4.2v以上。一般高于4.35v會嚴重損傷電池性能。從分子層面看，可以直觀的理解，過度充電將把太多的鋰原子硬塞進負極碳結構里去，當沒有足夠的石墨分子來“寄存鋰原子時，鋰原子將在負極石墨表面結晶，即“析鋰現象；當枝晶越長越大時，可能刺穿隔膜導致短路。 過放電：通常指電壓低

5、于3.0v。一般低于2.0v會嚴重損傷電池性能。過度放電將導致負極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結構出現塌陷。同時，當電池電壓低于銅的氧化電位時，銅箔將會溶解進入電解液，并在正極片上面結晶析出，即“析銅現象。過電流充大倍率放電：可能會嚴重損傷電池，導致鼓脹，起火，爆炸等事故。嚴重過充的可能后果: 1）：容量衰減快，電壓衰減快； 2）：鼓脹，起火，爆炸。嚴重過放的可能后果： 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(3.6v)過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：提供導電正電荷Li離子）。n 正極材料的晶體結構3.2 負極材料負極材料主要是石墨，分天然石墨，人造石墨，改性石墨等。 石墨吸附能力非常強，很容易吸收水分，吸收灰塵，吸收氣體，因此要密封保存。層狀石墨無定形體在空氣中的著火點很高(1000度以上），但如果顆粒非常小，有明火存在時則在750-800度比較容易被引燃?；瘜W性能穩(wěn)定，常溫下不與酸性，堿性，有機或無機溶液發(fā)生反應。負極材料的主要作用： 1包容鋰

7、原子，形成LiC，降低Li原子的化學活性。 2導電性好，有利于降低電池的內阻。小問題：卷繞工序為什么要求負極必須完全包住正極？3.3 隔膜隔膜的成分：PP+PE隔膜的結構分類：單層，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。每層膜的微觀結構上都有很多微孔，能夠透過分子直徑比較小的氣體分子，能通過離子，但不能通過電子。隔膜的特性: 1受熱收縮：80以上的環(huán)境中，長度和寬度兩個方向都會受熱收縮； 2離子導通，電子關斷。 3軟化點130-140，熔點170-190。隔膜的作用： 1在正負極之間起到絕緣作用； 2充放電的過程中，通過鋰離子穿行來實現電荷的轉移。小問題： 1設計

8、上，隔膜寬度為什么要比正負極都寬？ 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等碳酸酯類的混合物，還有一些添加劑，其中DMC碳酸二甲酯的凝固點為4，沸點為90。 2溶質：六氟磷酸鋰LiPF6.濃度通常為1mol/升。作用：在充放電過程中作為一種媒介，并提供足夠多的正電荷?；瘜W特性：1.溶劑： 1低溫易凝固，阻抗增加，使導電能力急劇減弱； 2高溫易分解，產生許多種復雜的氣體組分，電池內部氣壓升高導致鼓脹漏液，或者內阻升高，電壓及容量迅速衰減。 2. 溶質：LiPF6極易發(fā)生水解，產生大量的氫氟酸。 LiPF6

9、+ H2O - LiPO3 + 3HF + LiF小問題：午飯后上班時，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：連接電池內部的極片和外部的保護線路或用電器。極耳膠的作用： 1頂封時，通過極耳膠把上下兩層鋁塑膜粘合起來； 2防止金屬片與鋁塑膜的鋁箔短路。小問題： 1極耳膠的寬度為什么是5mm而不是4mm？ 2頂封時，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商 1Showa，即昭和電工株式會社。 2DNP，即大日本印刷株式會社。鋁塑膜的結構鋁塑膜的作用：小問題：為什么頂側封的溫度是180210？小問題：DNP鋁塑膜封印厚度150-1

10、70um是否合理？40um30um30-35um5um5um3.7 圓柱蓋帽n蓋帽的結構n 1鐵帽n 2PTCn 3大鋁片n 4小鋁片n 5膠圈n小問題：n 1蓋帽來料為什么要均勻涂膠水？n 2高倍率電池的蓋帽為什么沒有PTC？n 3短路測試通不過時，為什么設計上在極耳外面焊接一個PTC就可以通過測試？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負極比例不夠，導致正極容量發(fā)揮不出來n3負極未包住正極，析鋰導致容量損失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n6內部短路導致漏電流偏大n7過充/過放導致正負極或隔膜嚴重損傷n8鼓脹或漏液4 電池的主要性能2）4.2 內阻的影響因素1電解液電導率2隔膜孔隙率3正負極材料的導電性4正負極材料結構及其穩(wěn)定性5涂布面密度及壓實密度6電芯的卷繞結構，容量7虛焊8斷片9鼓脹或漏液10蓋帽內部臟污11內部短路4 電池的主要性能3）4.3 電壓衰減1燒極耳2內部微短路3過充過放，過流4鼓脹5保護板漏電流大4 電池的主要性能4）4.4 鼓脹的影響因素1電芯內部水含量高2外部短路3內部短路4過充，過放，過流5溫度過高，導致電解液分解6封口不良，水汽進入7電解液嚴重不