XXXX年電池綜合知識培訓(共46張)

1、電池綜合基礎知識培訓資料2013年度培訓資料MAKE:ENG/覃正君TIME:2013.05.03QQ:420968286 TEL章節(jié)目錄 1.鋰離子電池的電解液2.各種材料電池的對比3.鋰離子電池的安全性能影響因素4.移動電源在消費電子上的運用 第一章:鋰離子電池的電解液 1.電池的電解液是電池的一個重要組成部分，對電池的性能有很大的影響。但是水的理論分解電壓只有1.229V，而鋰離子電池電壓高達34V，所以必須采用非水電解液作為鋰離子電池的電解液。 電解液綜述 ： 第一章:鋰離子電池的電解液 2.鋰離子電池電解液分為液體、固體和溶鹽電解質三類： 電解液綜述 ： 第

2、一章:鋰離子電池的電解液 鋰離子電池采用的電解液是在有機溶劑中溶有電解質鋰鹽的離子型導體。雖然有機溶劑的鋰鹽的種類很多，但真正能用于鋰離子電池的卻很有限，一般作為實用鋰離子電池的有機電解液應該具備以下性能： 1、離子電導率高，一般應達到10-3210-3Scm-1；鋰離子遷 移數應接近于1。2、電化學穩(wěn)定的電位范圍寬；必須有05V的電化學穩(wěn)定窗口3、熱穩(wěn)定性好，使用溫度范圍寬，能在范圍內穩(wěn)定。 有機溶劑電解質的性能要求： 第一章:鋰離子電池的電解液 4、化學穩(wěn)定性高，與電池內體系的電極材料如正極、負極、集電體、隔膜、膠粘劑等基本上不發(fā)生反應。5、安全低毒，最好能夠生物降解。6、盡量能促進電極反

3、應的進行。7、對于商品鋰二次電池，容易制備，成本低也是一個重要的考慮因素。有機溶劑電解質的性能要求： 第一章:鋰離子電池的電解液 1.與正負極的相容性。2.隨電壓升高，電解質溶液分解產生氣體使內壓增大，導致對電池空難性的破壞以及升高電池工作溫度時溶劑的抗氧化能力較低。電解液目前存在的突出問題 ： 第一章:鋰離子電池的電解液 電解質的好壞直接關系到電池的容量、使用壽命等性能合適的電解質鹽必須具備下述條件：1.溶液的離子電導率高；2.化學穩(wěn)定性好，即不與溶劑、電極材料發(fā)生反 應，熱穩(wěn)定性好；3.電化學穩(wěn)定性好，具有較寬的電化學窗口；4.使鋰在正反極材料中的嵌入量高和可逆性好等?？偸?： 第一章:鋰

4、離子電池的電解液 電解液在電極界面上的化學或電化學反應，對電池的容量特性及充放電特性有重要的影響，通過對負極或正極與電解液界面的研究不僅對電解液和電極材料的選擇，而且對界面反應的控制，對提高電池的性能都具有重要的指導作用。電解液因素對電池性能的影響 ： 第二章:各種材料電池的對比 鋰離子電池正極材料的特點和性能:LiCoO2 氧化鈷-鋰 這種材料是我們國內電池廠用的最為廣泛，最為穩(wěn)定的鋰離子電池正極材料之一?，F(xiàn)在絕大部分手機電池都是使用的這種材料做正極活性物質。晶體為層狀結構。工作電壓范圍3.04.2v。放電平臺電壓3.7v。循環(huán)壽命500800次。制作電芯時加工性能好，克容量140mah/g

5、左右。電芯容量高。缺點為價格高，安全性能差。 第二章:各種材料電池的對比 鋰離子電池正極材料的特點和性能:LiMn2O4 - 錳酸鋰 這種材料價格便宜適合做大型的動力電池，晶體為層狀結構（LiMnO2為尖晶石結構，這種材料合成比較困難還不能做到批量生產）。工作電壓范圍3.04.3 v。放電平臺電壓3.9 v。循環(huán)壽命200-300次。這種材料（純的）高溫下（40度以上）會生成低電位的缺陷尖晶石相造成容量劇烈衰減，而且雖然說這種材料的工作電壓范圍為3.04.3 v。但是在低于3.9v時會出現(xiàn)一個John-Teller晶型扭曲造成材料結構發(fā)生破壞，所以現(xiàn)在合成的LiMn2O4是以摻雜改良為主。目的

6、是為了提高這種正極材料的結構穩(wěn)定性。但是通過攙雜改良提高材料穩(wěn)定性的同時是不可避免的犧牲了材料的克容量，改良后的克容量為80-120mah/g。制作電芯時加工性能一般。電芯容量低。 第二章:各種材料電池的對比 鋰離子電池正極材料的特點和性能:LiFePO4 -磷酸鐵鋰 這種材料安全性能高適合做對能量密度要求不高的動力電池?，F(xiàn)在所發(fā)現(xiàn)的最為穩(wěn)定的鋰離子電池正極材料。晶體為橄欖石結構基本不導電！工作電壓3.03.6v放電平臺電壓3.33.45v。循環(huán)壽命20005000次。由于其晶體結構基本不導電，所以在這種材料制作的時候粉體顆粒做的很小，然后在其表面包覆一層碳提高其導電性。這樣就造成其加工復雜。

7、而且制作電芯時加工性能差?？巳萘?40mah/g左右。電芯容量低。價格中等。 第二章:各種材料電池的對比 鋰離子電池正極材料的特點和性能:Li(NiCoMn)O2-鎳鈷錳酸鋰 這種材料克容量高，約為160170mah/g，晶體為層狀結構。工作電壓范圍3.04.3v。放電平臺電壓3.6v。循環(huán)壽命500800次。制作電芯時加工性能一般。電芯容量高。價格中等。缺點：高溫（大于70度）時有氣體產生。適合做鋼、鋁殼鋰離子電芯。 第二章:各種材料電池的對比 鋰離子電池正極材料的特點和性能:LiNiO2-鎳酸鋰 這種材料克容量高，約為170180mah/g，晶體為層狀結構。工作電壓范圍3.04.7v。放電

8、平臺電壓3.3v。循環(huán)壽命低。合成困難。制作電芯加工性能一般。電芯容量高。安全性能特別差。但是2006年日本松下公司解決了這些方面的缺陷，通過公開的資料表明其做法為在正、負極片表面通過氣相層積層積一層Al2O3【氧化鋁 】陶瓷，解決了安全問題。 第三章:鋰離子電池的安全性能影響因素前言講述：隨著鋰離子電池的廣泛應用，對電池安全性的關注也日益受到人們的重視，雖然相對于金屬鋰二次電池來說，因較為完美的解決了鋰枝晶的問題而使電池安全性有了很大的提高，但仍存在許多的隱患，如：電池的耐過充性能，熱沖擊性能等，在很大程度上，仍達不到電池安全測試所規(guī)定的要求。因此，對安全性能影響因素的研究也就日益重要 從根

9、本上來說，電池安全問題的產生主要有兩個因素，一是電池內部由于各種原因產生熱量，當產熱速度大于散熱速度時，便有可能出現(xiàn)安全性問題；二是電池內部產生氣體，當電池殼體不能承受氣體的膨脹時，便會產生安全問題。而實際上，往往是兩個因素同時作用。 第三章:鋰離子電池的安全性能影響因素電池材料對電池安全性能的影響 ：目前應用在鋰離子電池中的正極材料，主要為Co、Ni、Mn的各類嵌鋰氧化物。就材料特性而言，LiCoO2制備工藝簡單，開路電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長，能快速充放電，電化學性能穩(wěn)定，安全性能尚可；LiNiO2由于制備過程控制條件不同，很容易形成非化學計量化合物，致使電化學性能不穩(wěn)定，不耐過充電；L

10、iMn2O4耐過充電，安全性能好，但循環(huán)性能差，高溫容量衰減快，理論比容量相對較低，難以制得純凈的單相產物，且充放電時尖晶石結構不穩(wěn)定。正極材料的影響： 第三章:鋰離子電池的安全性能影響因素電池材料對電池安全性能的影響 ：應用在鋰離子電池上的負極材料一般均為碳素材料，如石墨、軟碳、硬碳等。在鋰二次電池中，過去以鋰金屬為負極時，電解液與鋰反應，在金屬鋰表面形成鋰膜，導致鋰枝晶生長，易引起電池內部短路和電池爆炸，采用碳材料作為負極后,較好地解決了鋰枝晶的問題，使電池的安全性能得到了很大的提高。但負極碳材料對電池安全性的影響仍不容忽視，主要包括如下一些情況：1.隨著溫度的升高，嵌鋰狀態(tài)下的碳材料會首

11、先與電解液發(fā)生放熱反應。同時，不同的碳材料、不同的電解液之間的相容性也有很大的差別。對各類碳材料來說。碳層間距大小、碳微粒半徑都將成為鋰離子嵌入/脫出速率、以及碳材本身形變程度等的制約因素，也就導致了安全問題的產生。 負極材料的影響 ： 第三章:鋰離子電池的安全性能影響因素電池材料對電池安全性能的影響 ： 2. 在對電池進行首次充放電時，碳負極會與電解液反應生成SEI膜，膜的厚度和致密度將對電池性能（包括安全性能）造成很大的影響。如果膜不穩(wěn)定或致密度不夠，一方面電解液會繼續(xù)發(fā)生分解，另一方面溶劑會發(fā)生共插入，導致碳結構的破壞。表面膜的好壞與碳材料的種類、電解液的組成有很大的關系。據有關報道：將

12、碳材料表面弱氧化或經還原、摻雜表面改性的碳材料以及使用球形或纖維狀的碳材料都有助于SEI膜質量的提高。 3. 到目前為止，公司聚合物電池使用的負極材料基本上是石墨材料，對石墨材料而言，在充放電過程中，石墨間距層改變，易造成石墨層剝落、粉化，還會發(fā)生鋰與有機溶劑共同嵌入石墨層及有機溶劑的分解，使電池安全性能以及其它性能受到影響。因此，對負極材料的選擇或改性是提高電池安全性能的一個重要方面。負極材料的影響 ： 第三章:鋰離子電池的安全性能影響因素電池材料對電池安全性能的影響 ：電池設計因素的影響 ： 電池設計過程中，如果參數選擇不當，一方面會造成電池的容量、電壓特性、循環(huán)特性達不到要求；另一方面對

13、電池的安全性能也會造成影響。對電池設計在安全性能的影響上而言，容量的配比是一個重要的因素，正極容量過大將會導致金屬鋰在負極表面沉積，形成鋰枝晶而造成電池內部短路。正極容量過小，則又會造成容量的損失，導致材料浪費。一般要求負極過量10%左右為適宜值。同時，集流體長度、厚度的選擇也是須考慮的因素，否則有可能造成電流密度過大而形成極化現(xiàn)象，導致鋰枝晶的形成。對極耳長度、寬度的選擇也是如此，否則還有可能造成內阻過大而產生發(fā)熱現(xiàn)象。 第三章:鋰離子電池的安全性能影響因素電池材料對電池安全性能的影響 ：裝配過程的影響 ： 電池在裝配過程中必須嚴格按要求進行，否則易對安全性能造成影響。對負極耳的包扎必須到位

14、，否則裸露的銅箔或極耳處鎳帶易形成極化電流引發(fā)安全事故。卷繞過程是關鍵，必須卷繞整齊，不折疊極片或隔膜。要求隔膜嚴格地將正負極片隔開，不造成正負極片間短路。同時，操作時必須小心、仔細進行，不致于人為造成極片、隔膜損壞(如出現(xiàn)劃痕，或造成掉料等)。 電芯沖壓時力度要適當，避免擠壓時造成掉料或擠破隔膜造成內部短路。裝殼時最易出現(xiàn)的現(xiàn)象是劃破卷芯，因此必須小心、仔細進行，避免人為地造成不安全因素。焊極耳時注意不要造成正負極耳的粘連。激光焊的焊接質量必須考慮，否則易產生短路現(xiàn)象。同時焊接的密封性也會對安全因素造成影響，否則造成電解液的泄漏等質量問題。 第三章:鋰離子電池的安全性能影響因素電池材料對電池

15、安全性能的影響 ：使用條件，使用環(huán)境對電池安全性能的影響 ： 鋰離子電池對使用環(huán)境，使用條件要求非常嚴格，使用不當將對電池性能造成嚴重的影響，并有可能引發(fā)安全事故。電池在高溫下使用時，電解液與負極的反應將進一步發(fā)生，同時電解液有可能發(fā)生分解并放出熱量，若散熱條件不好，則有可能造成安全事故。在低溫下使用時，鋰離子沉積速度有可能大于嵌鋰速度，從而產生鋰枝晶造成短路。在過充電的情況下，一方面正極會與電解液發(fā)生氧化反應而放熱，另一方面電解液本身發(fā)生分解，放熱并產生氣體，情況嚴重時便有可能發(fā)生爆炸或起火。過放時，1.5V以下銅發(fā)生溶解，小于1V時正極表面易出現(xiàn)銅枝晶，造成內部短路。 第三章:鋰離子電池的

16、安全性能影響因素電池材料對電池安全性能的影響 ：使用條件，使用環(huán)境對電池安全性能的影響 ： 在振動、沖擊、跌落、擠壓等情況下，一方面電池有可能因為極耳折斷、脫落等原因造成短路或斷路，另一方面可能因電池變形造成掉料，內部正負極接觸等現(xiàn)象，引發(fā)爆炸、起火等發(fā)全事故。此外，使用、保存不當而造成電池外部短路也有可能導致電池爆炸或起火等現(xiàn)象。 第三章:鋰離子電池的安全性能影響因素電池材料對電池安全性能的影響 ：電池安全性能檢測方法及要求 ： 按GB/T18287-2000要求，對電池安全性能檢測主要有4項要求：重物沖擊、熱沖擊、過充電、短路。各檢測方法及要求如下：1.重物沖擊：將電池置于沖擊臺上，將10

17、kg重物自1m高度自由落下，沖擊用夾具固定的電池(電池最大面積應與臺面垂直)，電池允許變形，但應不爆炸、不起火。2.熱沖擊 ：將電池置于加熱箱中，以52的速率升溫至1502，保溫30min，電池應不起火、不爆炸。 第三章:鋰離子電池的安全性能影響因素電池材料對電池安全性能的影響 ：電池安全性能檢測方法及要求 ： 3.過充電：將裝有熱電偶的電池接上恒流恒壓源，調節(jié)電流為3C，電壓為n10V(n為電池組中電池的個數)，對電池進行充電，同時監(jiān)測電池溫度變化，當電池溫度下降到比峰值低約10時，停止實驗。電池應不起火、不爆炸。4.短路：將接上熱電偶的電池正負極短路(線路總電阻不大于50m)，監(jiān)視電池溫度

18、變化，當電池溫度下降到比峰值溫度低約10時，停止實驗。電池應不起火、不爆炸，外部溫度不高150。以上檢測時電池須充滿電，并擱置24小時后進行。 第三章:鋰離子電池的安全性能影響因素電池材料對電池安全性能的影響 ：除國標規(guī)定以外，對電池安全測試還有如下要求：1.針刺實驗：用3mm鐵釘刺穿電池，允許電池漏液，但要求電池不爆炸、不起火。2.焚燒實驗：將電池投入火中，允許電池起火，但不允許爆炸。3.用交流電進行充放電：用交流220V對電池進行充電。要求電池不爆炸、不起火。 4.鹽水噴霧：將電池置于鹽霧箱中，噴入霧化的實驗鹽溶液后，在一定的溫度下保持一定的時間。允許電池有銹跡，但不應泄漏，爆炸。5.高溫

19、、低溫循環(huán)測試:將電池置于高、低溫交替環(huán)境下。溫度高低交替循環(huán)5次。 第四章:移動電源在消費電子上的運用 1.電池發(fā)展歷程2.移動電源的相關認識3.2012年中國移動電源分析4.2012年移動電源銷售及購買調查報告 第四章:移動電源在消費電子上的運用 1.電池發(fā)展歷程電池的誕生1791 年時義大利生理學家 Galvani- 伽爾伐尼發(fā)現(xiàn)了以金屬片接觸青蛙肌肉時，有收縮的現(xiàn)象的發(fā)生。當時 Galvani 誤以為此現(xiàn)象為青蛙肌肉所產生的動物電流所致，但在 1800 年義大利的物理學家 Volta-伏特 則透過不同的金屬間以一液體相接所形成的伏特電池，說明了青蛙肌肉的收縮實際上是因不同金屬片間的電位

20、差透過青蛙肌肉作為電解液而產生的電流所致. Galvani的實驗示意圖 第四章:移動電源在消費電子上的運用 1.電池發(fā)展歷程一次電池一次電池的發(fā)展始于1868年魯克蘭舍(Leclanche)發(fā)明的魯克蘭舍電池，此種電池的陽極使用周圍以二氧化錳鞏固的炭棒，無危險的強酸溶液之構造，故使用相當方便，至1880年更被改良為不會溢出溶液的乾電池，也就是今日一次電池的主角錳鋅乾電池(又稱錳乾電池)的前身，不過當時的錳鋅乾電池以作為照明燈用且是手工製造為主，直到1970年以後才具有大量生產的技術。 第四章:移動電源在消費電子上的運用 1.電池發(fā)展歷程鋅汞電池-一次性電池即常見的水銀電池乃是於二次大戰(zhàn)期間，由

21、Samuel Ruben與Mallory公司共同開發(fā)出來，二次大戰(zhàn)時供軍用，戰(zhàn)後才供民生使用，目前主要使用在相機、手錶、助聽器、醫(yī)療儀器等小型電子產品上，其中助聽器的使用量最大；形狀可以任意製造、與錳鋅電池/堿錳電池及氧化銀電池尺寸相同時具互換性，放電電壓穩(wěn)定等，皆是水銀電池的優(yōu)點，因為電解液為鹼性故屬於鹼性電池，常見的形狀除鈕扣型外亦有圓筒型。負極使用 90% 的鋅粉與 10% 的汞製成，正極則為 8095% 的氧化汞與 515% 的石墨組成，電解液是 3540% 的氫氧化鉀溶液。此類電池放電平穩(wěn)、開路電壓也非常穩(wěn)定、易保存且有相當高的體積能量比，於 25 時具有 1.34V 的放電電壓。

22、第四章:移動電源在消費電子上的運用 1.電池發(fā)展歷程堿錳乾電池-一次性電池堿錳乾電池的誕生是源於在水銀電池中使用水銀之故，價格較高，所以用二氧化錳取代水銀而製成堿錳乾電池。於1950年首先由美國ESB-Ray. O. Vac公司實用化成功，並在1961年後開始普及，其電壓安定性雖不如水銀電池，但價格便宜三分之二左右，使用壽命為錳鋅電池兩倍以上，且其電壓安定性及體積/重量能量密度優(yōu)於錳鋅乾電池，加上低溫特性佳，故許多專家曾預測堿錳電池將取代錳鋅電池，但如今高性能錳鋅電池陸續(xù)開發(fā)成功，在性能(放電容量、保存性、溫度特性等)與價格綜合評比下，堿錳電池並未能占絕對優(yōu)勢，不過堿錳電池目前已成為需求量僅次

23、於錳鋅電池之電池，現(xiàn)階段主要應用在音響等AV產品以及相機、家庭用品、電動玩具等方面。 第四章:移動電源在消費電子上的運用 1.電池發(fā)展歷程二次電池鎳鎘電池二次電池鎳氫電池 二次電池 高分子鋰電池 第四章:移動電源在消費電子上的運用 2.移動電源的相關認識移動電源簡介：狹義指太陽能充電器，廣義指電能轉換并貯存裝置，也叫“充電寶”、外掛電池”、“外置電池”、“后備電池”、“數碼充電伴侶”等，移動電源概念是隨著目前數碼產品的普及和快速增長而發(fā)展起來的，其定義就是方便易攜帶的大容量隨身電源。 第四章:移動電源在消費電子上的運用 2.移動電源的相關認識移動電源特點：（1）容量大，兼容性強，性價比高；（2

24、）一機多用， 利用多功能轉接頭可以給多類產品供電；（3）體積小，攜帶方便；（4）快速充電，充放電循環(huán)不低于500次，正常使用3年以上。（5 ）普遍內置高能鋰電池和具有雙重保護的智能控制電路，輸出電壓 電流及容量數據參差不齊。 第四章:移動電源在消費電子上的運用 2.移動電源的相關認識移動電源適用對象：手機，iPod/iphone(蘋果)3G/3GS及以下、黑莓、多普達、諾基亞、摩托羅拉、三星、LG、索愛等手機；MP3、MP4、MP5；部分小型數碼(攝)相機.部分筆記本電腦等 第四章:移動電源在消費電子上的運用 3.2012年中國移動電源分析移動電源的前景分析：目前，數碼類電子產品普及到人們生活

25、的各個角落，MP3/MP4MP5、iPhone等智能手機，PSPGO/PSP3000/PSP2000/PSP1000各類游戲機、ipad等平板電腦、各類數碼相機、筆記本電腦，等等，已成為生活必需品，各類數碼產品都在向小巧、超薄、易攜帶方向發(fā)展。但由于自身原裝電池電量與外形尺寸技術的限制，數碼類產品的隨身攜帶的方便性、及時性受到了很大制約，電源成為數碼產品擴張的一個瓶頸。聯(lián)想、清華紫光、多普達、飛利浦等眾多國際知名企業(yè)都在想辦法解決電池容量與體積大小的課題，以盡最大可能體現(xiàn)數碼產品的便攜、及時性。 第四章:移動電源在消費電子上的運用 4.2012年移動電源銷售及購買調查報告 互聯(lián)網消費調研中心 調查說明：ZDC調研中心在中關村在線網站及微博上投放了調查問卷，調查時間從2012年8月27日至9月10日，為時15天，共回收問卷3121份，通過對用戶ID、IP等注冊信息及問卷填寫完整度的篩選、過濾，得到有效問卷2989份。 第四章:移動電源在消費電子上的運用 4.2012年移動電源銷售及購買調查報告 互聯(lián)網消費調研中心 要點說明：在本次調查中，聽說過移動電源的用戶占比高達98%。其中，對移動電源了解程度處為中上等的用戶居多。就性別而言，男性用戶對移動電源的了解程度明顯高于女性。 移動電源