鋰離子基礎(chǔ)知識(shí)課件

鋰離子電池芯介紹目錄一．電池的基本知識(shí)二．制造工藝三．性能介紹四．應(yīng)用技術(shù)１．電池分類２．基本概念３．鋰離子電池的組成４．鋰離子電池的工作原理一．電池基本知識(shí)

2．基本概念

a．內(nèi)阻

R=Rf+RΩb．容量與比容量

理論容量

C0=26.8(m0/M)=m0/q273.8mAh/g

實(shí)際容量C=I*t140mAh/g

比容量Cmˊ=C/m（Ah/kg

mAh/g）c．自放電單位時(shí)間內(nèi)容量降低的百分?jǐn)?shù)d．

使用壽命與貯存壽命一次電池壽命指工作時(shí)間，二次電次指充、放電循環(huán)壽命及貯存使用壽命

3．組成a．正極

LiCoO2

+

PVDF+溶劑+乙炔黑+導(dǎo)電基體鋁Al箔b．負(fù)極C碳材料+PVDF+溶劑+乙炔黑

+導(dǎo)電基體銅Cu箔先將前幾種物質(zhì)制備成均勻分散的粘稠狀的漿料，再涂覆于導(dǎo)電箔片上

C

電池容量=Cmˊ活性物比容量

*

m涂布在箔片上的活性物質(zhì)量c．隔膜PP/PE/PP聚乙烯/聚丙烯復(fù)合膜d．電解液1M/LLiF6P有機(jī)溶劑EC+DEC+DMCe．外殼Al殼鋼殼鋁復(fù)合膜f．其它蓋板鎳帶鋁帶絕緣膠保護(hù)片等負(fù)極基體：銅箔（約0.015mm厚)負(fù)極物質(zhì)：石墨+CMC+SBR負(fù)極集流體：鎳帶（約0.07mm厚）鋰離子電池——負(fù)極材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E（聚乙烯）或者三層復(fù)合PP（聚丙烯）+PE+PP厚度：?jiǎn)螌右话銥?.016～0.020mm

三層一般為0.020～0.025mm鋰離子電池——隔膜鋰離子電池——電解液性質(zhì)：

無(wú)色透明液體，具有較強(qiáng)吸濕性。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)）。規(guī)格：

溶劑組成DMC:EMC:EC=1:1:1（重量比）

LiPF6濃度1mol/l質(zhì)量指標(biāo)：

密度（25℃）g/cm31.23±0.03

水分（卡爾費(fèi)休法）≤20ppm

游離酸（以HF計(jì)）≤50ppm

電導(dǎo)率（25℃）10.4±0.5ms／cm

工作原理圖：極片制備電芯裝配分級(jí)檢測(cè)電芯注液、化成二．電芯工藝極片工藝配料

負(fù)極(C+導(dǎo)電劑+PVDF液)正極(LiCoO2+導(dǎo)電劑+PVDF液)制漿涂布

尺寸分切輥壓

密度干燥制粘合劑溶液PVDF化成工藝

真空干燥

注液

化成清洗點(diǎn)焊注液孔6h內(nèi)壓扁

貼蓋板膠測(cè)試電壓分選工藝?yán)匣秩轀y(cè)自放電分選內(nèi)阻、電壓成品檢驗(yàn)入庫(kù)出貨售前檢分選厚度液態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)所用設(shè)備真空攪拌機(jī)拉漿機(jī)（涂布機(jī)）裁切機(jī)輥壓機(jī)卷繞機(jī)激光焊機(jī)真空注液機(jī)化成檢測(cè)柜激光焊機(jī)化成檢測(cè)柜１．電性能２．安全性能三．電池性能評(píng)價(jià)a．容量b．內(nèi)阻c．電壓d．厚度e．自放電f．高低溫性能g．循環(huán)性能i.充放電曲線１．電性能Ｂ內(nèi)阻

R

=Rf+RΩＣ電壓標(biāo)稱電壓(工作電壓):3.7V

充電最高電壓:4.2V

放電截止電壓:2.75V最佳貯存電壓:3.8±0.1

V(45%～60%容量荷電狀態(tài))現(xiàn)行業(yè)出貨電壓:3.8～3.9V過(guò)充電保護(hù)電壓:4.28V以下Ｄ厚度Ｆ溫度特性

電芯低溫放電容量大于80%（-20℃、0.2C），高溫放電容量大于90%（55℃、1C）60℃0℃-20℃25℃-10℃Ｇ電池循環(huán)性能

1C滿充電4.2V，1C放電2.75V，循環(huán)300周。Ｈ充放電曲線圖Ｉ倍率放電性能

鋰離子電芯最大放電電流可達(dá)3C倍率，1C放電時(shí)間大于60分鐘0.2C2C1C0.5C3C0.2C2C1C0.5C3CBS9300新威容量/循環(huán)測(cè)試儀內(nèi)阻測(cè)試儀（一）機(jī)理（二）措施（三）項(xiàng)目a．短路性能b．過(guò)充電性能c．熱沖擊性能d．針刺e．自由跌落

２．安全性能一、電池不安全性的發(fā)生條件與機(jī)理發(fā)生條件：

鋰離子電池的安全性問(wèn)題主要發(fā)生在電池的非常狀態(tài)下。這些狀態(tài)包括：異常充放電狀態(tài)，如過(guò)充和短路；機(jī)械條件濫用：如沖擊、穿刺、振動(dòng)等；異常受熱狀態(tài)：如高溫等。最危險(xiǎn)的因素：過(guò)充、短路（含內(nèi)部短路）和高溫沖擊。發(fā)生機(jī)制：

由于電池內(nèi)部溫度過(guò)高，引發(fā)系列熱放反應(yīng)，導(dǎo)致電池內(nèi)部熱量的大量積累，結(jié)果造成電池內(nèi)壓急劇上升，發(fā)生爆炸、燃燒。表1

鋰離子電池材料的熱穩(wěn)定性溫度范圍℃反應(yīng)類型反應(yīng)熱(J/g)評(píng)述110-150LixC6

與電解液反應(yīng)350鈍化層分解130-180聚乙烯隔膜熔化-190吸熱160-190聚丙烯隔膜熔化吸熱180-500Li0.3NiO2

分解600約在200℃釋放O2220-500Li0.45CoO2

分解450約在230℃釋放O250-300Li0.41Mn2O4

分解450約在300℃秋放O2130-220LiPF6分解250放熱較少240-350LixC6與PVDF反應(yīng)1500反應(yīng)劇烈不安全行為的發(fā)生機(jī)制

A.當(dāng)電壓超過(guò)電解液的分解電壓時(shí)（約4.5V)，造成電解液的氧化分解，并放出大量的熱，引起電池溫度的升高；

B.短路時(shí)，電池的放電電流可達(dá)20C以上，過(guò)大的電流導(dǎo)致電池溫度快速上升；

C.熱沖擊直接導(dǎo)致電池溫度過(guò)高當(dāng)電池溫度達(dá)到陽(yáng)極鈍化層的分解溫度時(shí)（約130℃），表面鈍化膜開(kāi)始分解，引發(fā)電解液同陽(yáng)極LixC6放熱反應(yīng)，促使電池溫度繼續(xù)上升。當(dāng)電池內(nèi)部局部溫度升高到約200℃時(shí)，陰極物質(zhì)發(fā)生分解析氧，并繼續(xù)同電解液發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱量并形成高內(nèi)壓。從而導(dǎo)致發(fā)生爆炸、燃燒等不安全行為。

1.添加劑原理:在電解液中加入聚合物單體分子，當(dāng)充電電壓超過(guò)限制時(shí),電極表面發(fā)生聚合成膜，電氧化聚合反應(yīng)封閉電極表面，阻斷電池反應(yīng)以防止不安全行為的發(fā)生；提高電池安全性的措施：a.空白溶液;b.添加后

2.隔膜PP/PE/PP好于PE、PP；當(dāng)電池受熱時(shí)，內(nèi)部隔膜中間層PE微孔先封閉，阻礙電流通過(guò)，從而起到安全作用；3.安全閥安全閥的開(kāi)啟壓力及靈敏度是影響電池安全性的重要因素，能在一定程度上減小爆炸的威力；4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指電芯內(nèi)部安全隔離措施，包括正負(fù)、極及隔膜寬度，固定限位片，負(fù)極極片兩端貼膠，芯子貼膠等。提高電池安全性的措施：Ａ外短路

電池滿充電后，用電阻小于50mΩ的導(dǎo)體將正負(fù)極短路。測(cè)試前/后電壓(V)內(nèi)阻(mΩ)厚度(mm)14.171/0.04540.0/605.13.76/4.3124.172/0.02039.7/402.13.82/4.29測(cè)試結(jié)果：電池短路后不起火、不爆炸。3．項(xiàng)目Ｂ過(guò)充電

電池在1C倍率、5V電壓條件下過(guò)充電，電池不爆炸、不起火Ｃ熱沖擊

電池滿充電后，放入溫箱以5℃/min的速率升溫至135℃，保溫30min。電池鼓殼、發(fā)熱，不起火、不爆炸。Ｄ針刺

將電池固定在安全裝置的夾具上，用直徑2.5mm的鋼釘用力打下，使電池完全穿透。電池漏液、發(fā)熱，不起火、不爆炸。Ｅ自由跌落

X、Y、Z六個(gè)面在1000mm的高度上各跌落2次

編號(hào)12345678跌落前內(nèi)阻54.151.355.252.350.453.155.049.6電壓4.184.184.184.184.184.184.174.17跌落后內(nèi)阻55.252.055.853.750.653.456.250.4電壓4.174.164.174.174.184.184.164.17放電時(shí)間6164626262636361跌落后電芯電壓、內(nèi)阻、容量等正常，無(wú)發(fā)熱、鼓殼等不良跌落測(cè)試儀BS9360電池測(cè)試儀振動(dòng)測(cè)試儀碰撞測(cè)試儀四．應(yīng)用技術(shù)1．應(yīng)用2．檢測(cè)3．加工４．其它Li-ionBattery１．應(yīng)用領(lǐng)域２．檢測(cè)測(cè)試方法：1．恒流充電：1C4.2V60min2．恒壓充電：4.2V20mA90min3．恒流放電：1C2.75V70min前三步是用于分選容量4.恒流充電1CXV60min

5．恒壓充電：XV20mA60min

注:此兩步用于補(bǔ)電，要求采用恒流恒壓充電，這樣可獲得電壓一致性好的電芯。測(cè)試儀器：BS9083３．加工點(diǎn)焊：鋁殼正極、鋼殼負(fù)極最佳點(diǎn)焊位置電芯底部。超聲焊：壓力太大可能會(huì)對(duì)電芯擠壓。錫焊：不要碰到電芯，否則會(huì)造成鼓殼。３．加工貯存：產(chǎn)品在溫度25±10℃、濕度45～85％RH條件下平放貯存，若貯存期在半年以上，則用標(biāo)準(zhǔn)充電方式將電池充電到～

3.90V。反接：勿將電池正負(fù)極接反，否則電池發(fā)熱、并損壞。

短路：使用過(guò)程及工藝設(shè)計(jì)要避免短路。