第五講 鋰離子電池材料

第五講鋰離子電池材料

第一部分鋰離子電池基本知識1.1鋰離子二次電池的概況鋰是金屬中最輕的元素，且標準電極電位為-3.045V，是金屬元素中電位最負的一個元素。且鋰離子可以在TiS2和MoS2等嵌入化合物中嵌入或脫嵌。鋰離子電池：分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的獨特機理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。鋰離子電池與其它二次電池性能比較性能階段Li-IonNi/CdNi/MH電池能量密度現(xiàn)在240～260134～155190～197(Wh/L)將來400240280比能量(Wh/kg)現(xiàn)在100～11449～6059～70將來1507080平均電壓（V）

3.61.21.2電壓范圍（V）

4.2～3.51.4～1.01.4～1.0使用壽命現(xiàn)在500～1200500500（次）將來150010001000自放電率（%/月）6-925-3030-35有無記憶效應無有有有無污染無有無優(yōu)點

高電壓，高比能，自放電小，污染小高功率，快充，成本低高功率，高比能，污染小缺點

成本高記憶效應，Cd污染成本高，自放電大5LIB電池具有工作電壓高、比能量高、容量大、循環(huán)特性好、重量輕、體積小等優(yōu)點，而且LIB無記憶效應，不需將電放盡后再充電；LIB自放電小，每月在10％以下，Ni/MH電池自放電一般為30％-40％。僅2000年，日本就銷售了4億多只Li電池。移動電話Li電池數(shù)碼相機Li電池筆記本Li電池鋰離子電池的優(yōu)點鋰離子電池的缺點1、安全性能問題：需復雜的保護線路；2、放電倍率低：1C~2C；3、易于老化：存儲的鋰離子電池照樣會容量衰竭；4、價格昂貴。

一般認為，鋰離子電池起火爆炸是由于其內(nèi)部化學原理和成分導致的。由于人們想在單位密度中儲存更多的能量，這就導致了鋰離子電池中碳、氧和易燃液體的含量不斷增加。與此同時除了正極、負極以及隔離膜之外，鋰離子電池內(nèi)部還充滿了一種非常易燃的液體—鋰鹽類電解質(zhì)。電池充電時，負極的鋰離子向正極移動，電池在使用過程中，鋰離子又回到負極以提供能量。在充完電的狀態(tài)下，失去大部分離子的負極非常不穩(wěn)定。這個溫度足以使負極分解和釋放氧。隨著熱量積蓄，電池將會進入“熱失控”狀態(tài)。此時電池內(nèi)部的溫度將會極快地升高，最后到達電解液的燃點而起火爆炸。在最近導致眾多大廠筆記本電腦過熱和起火的SONY鋰電池中，正是因為在電池制造過程中混入了過多的金屬顆粒，容易在電池使用過程中發(fā)生短路、產(chǎn)生火花。才導致了這些鋰離子電池的不穩(wěn)定。2023/2/68鋰離子電池的研究始于20世紀80年代。1980年阿曼德（Amand）提出了“搖椅電池”（Rockingchair

）概念后，日本SONY和SANYO公司分別于1985年和1988年開始了鋰離子二次電池（LithiumIonBattery，簡稱LIB）的研究。這種電池的正負極均采用可供鋰離子自由嵌脫的活性物質(zhì)，并以適合于Li+遷移的鋰鹽溶液或固體聚合物為電解質(zhì)。1.2鋰離子二次電池發(fā)展歷史2023/2/69

1990年日本索尼公司采用可以使鋰離子嵌入和脫嵌的碳材料代替金屬鋰和采用可以脫嵌和可逆嵌入鋰離子的高電位氧化鈷鋰正負極材料和與正負極能相容的LiPF6–EC+DEC電解質(zhì)（乙烯碳酸脂（EC）加入不同的醚和線性碳酸脂而形成EC電解液體系）后，終于研制出新一代實用化的新型鋰離子蓄電池。2023/2/610鋰離子電池1990年問世以來發(fā)展十分迅速，在短短幾年內(nèi)，在各種不同領(lǐng)域不斷取代鉛酸電池、鎳鎘電池及氫鎳電池。1995年，鎳鎘電池的銷售額占整個小型充電電池市場的60%，氫鎳電池占29%，鋰離子電池只占12%。1996年美國Bellcore公司公開報導了一種采用聚偏氟乙烯（PVDF）凝膠聚合物電解質(zhì)制造成的聚合物鋰離子電池。這種電池由于其重量輕、安全性高而受到人們的青睞；此外，它還可以設計成任意形狀，且可以不用金屬外殼，適合作為各類電子設備的支撐電源。M.Gauthier等人對聚合物鋰離子電池在不同溫度下做了六年以上的貯存實驗，發(fā)現(xiàn)在低于40℃下幾乎沒有顯著的自放電現(xiàn)象。基于這些認識，國際上一些著名的集團和企業(yè)，如美國的USABC、3M，法國的CNRS和日本的SONY等紛紛致力于聚合物鋰電池的開發(fā)及生產(chǎn)，以尋求技術(shù)和市場的先機。之后，鋰離子電池的研究，如材料的各種合成方法、可逆電極反應機理、電解質(zhì)的研制、各種電化學測試及結(jié)構(gòu)測試等研究迅速展開。到2000年，鋰離子電池上升到55%，氫鎳電池下降到23%，鎳鎘電池下降到22%。2003年鋰離子電池進一步上升到69%，世界鋰離子電池產(chǎn)量為12.55億只,氫鎳電池下降到10%，鎳鎘電池下降到20%。氫鎳電池急劇下降是由于失去手機電池市場，鎳鎘電池仍維持20%左右的份額是由于它仍是電動工具市場的主流產(chǎn)品。2023/2/6132004年上升到15.78億只2007年鋰離子電池產(chǎn)量達到26億只預計2007－2015年的平均增長率為7%。全球鋰離子電池的生產(chǎn)以日本公司為主，SONY公司最多，還有SANYO、NEC，韓國的LG、SAMSUNG，美國的GS、A&T和Maxell以及中國的比亞迪、比克、力神等公司。鋰離子電池的市場1全世界鋰離子電池應用分析(單位：百萬顆)應用別1997199819992000200120022003所占比例(%)筆記型計算機74.8105.9155.1191.8241.4296.1367.447.7數(shù)字調(diào)制解調(diào)器0.91.82.85.28.81116.92.2行動電話93.7124.4167.9143.1188.9238285.637.1攝錄像機1822.327.235.444.253.655.17.2數(shù)字式相機0.71.61.72.93.54.250.7迷你光驅(qū)3.65.78.613.417.32227.43.6掌上型終端機3.34.867.78.611.212.51.6合計195266.5369.3399.5512.7636.1769.9100鋰離子電池的市場2全世界小型二次電池長期需求量年代1997199819992000200120032005鎳鎘電池(億顆)1098.27.67.26.86.6鎳氫電池(億顆)6.16.46.56.56.66.66.7鋰離子電池(億顆)1.92.63.745.17.79.7鋰離子電池占有率(%)111520222736421.3鋰離子電池的種類根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為1、液態(tài)鋰離子電池(lithiumionbattery,簡稱為LIB)2、聚合物鋰離子電池(polymerlithiumionbattery,簡稱為LIP)相同點：液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。一般正極使用LiCoO2，負極使用各種碳材料如石墨，同時使用鋁、銅做集流體。區(qū)別：主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同,鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì),而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質(zhì)來代替,這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。鋰離子電池的種類電解質(zhì)殼體/包裝隔膜集流體液態(tài)鋰離子電池液態(tài)不銹鋼、鋁25μPE銅箔（負極）和鋁箔（正極）聚合物鋰離子電池膠體聚合物鋁/PP復合膜沒有隔膜或個μPE銅箔（負極）和鋁箔（正極）1.4鋰離子電池的應用與發(fā)展前景鋰離子電池的應用手機中的鋰離子電池電動自行車中的鋰離子電池電動汽車中的鋰離子電池①發(fā)展電動汽車用大容量電池；②提高小型電池的性能；③加快聚合物電池的開發(fā)以實現(xiàn)電池的薄型化。這些方向都與所用材料的發(fā)展密切相關(guān)，特別是與負極材料、正極材料和電解質(zhì)材料的發(fā)展相關(guān)。鋰離子電池的發(fā)展方向鋰離子電池的命名圓柱形鋰離子二次電池的命名：用三個字母和5位數(shù)字來表示，前兩個字母表示鋰離子電池(LI)，后一個字母表示圓柱形(R)，前兩位數(shù)字表示以mm為單位的最大直徑，后三位數(shù)字表示以0.lmm為單位的最大高度，如LIR18650即表示直徑為18mm，高65mm的圓柱形鋰離子電池。方形鋰離子二次電池的命名：用三個字母和6位數(shù)字來表示，前兩個字母表示鋰離子電池(LI)，后一個字母表示方形(S)，前兩位數(shù)字表示以mm為單位的最大厚度，中間兩位數(shù)字表示以mm為單位的寬度，后兩位數(shù)字以mm為單位的最大高度，如LIS043048即表示厚度為4mm，寬30mm，高48mm的方形鋰離子電池。第二部分鋰離子電池的原理和特性

鋰離子電池的額定電壓為3.7V。電池充滿時的電壓（稱為終止充電電壓）一般為4.2V；鋰離子電池終止放電電壓為2.75V。如果鋰離子電池在使用過程中電壓已降到2.75V后還繼續(xù)使用，則稱為過放電，對電池有損害。

鋰離子電池比較驕貴。如果不滿足其充電及使用要求，很容易出現(xiàn)爆炸，壽命下降等現(xiàn)象。因為鋰離子電池對溫度、過壓、過流及過放電很敏感，所以所有的電池內(nèi)部均集成了熱敏電阻（監(jiān)控充電溫度）及防過壓、過流、過放電保護電路。2.1鋰離子電池的結(jié)構(gòu)此結(jié)構(gòu)一般為液態(tài)鋰離子電池所采用,也是最古老的結(jié)構(gòu)之一，偶爾在較早的手機上還能找到它的影子。目前大多數(shù)用在筆記本電腦的電池組里面。安全閥正溫度系數(shù)的電阻元件卷邊壓縮密封現(xiàn)今最普遍的液態(tài)鋰離子電池形態(tài)，廣泛的應用在各個移動電子設備的電池組里面，特別是手機電池。左圖畫面是sanyo生產(chǎn)的UP383450，即3.8mm*34mm*50mm，標稱容量達到650mAh。方形電池的正極往往是一種金屬—陶瓷或金屬—破璃絕緣子．它實現(xiàn)了正極與殼體之間的絕緣。激光焊接此種可充電的鋰離子電池不常見，容量不大在幾個到幾十mAh之間,應用領(lǐng)域也不廣泛。2023/2/628鋰離子電池內(nèi)部由三層結(jié)構(gòu)卷繞在鋼殼內(nèi)，由正極（LiCoO2）、負極（C）與隔膜（聚丙烯及聚乙烯復合而成）組成。

電池內(nèi)部采用多種措施以確保安全：當內(nèi)部氣體超出額定范圍，其安全閥將自動釋放氣體，以防止電池爆炸。

電化學原理

LIB電池是一種Li離子濃度差電池，充放電中，Li離子在正負極之間往返嵌入和脫嵌。2.2鋰離子電池的工作原理29充電時，Li離子從正極脫嵌，通過電解質(zhì)和隔膜，嵌入負極，使負極處于富Li離子態(tài)，正極處于貧Li態(tài)；放電時，Li離子從負極脫嵌進入正極。2023/2/6Prof.GuoyouGAN,FacultyofMSE,KMUST30“Rockingchair”Li-ionBatteryM.Armand1980

+-e-e-e-e-Li+conductingelectrolyteLiCoO2LixC6GraphitechargedischargeLi+Li+

Electrodereactionsoncharge:Cathodeoxidation:LiCoO2

Li1-xCoO2+xLi++xe-Anodereduction:xLi++xe-+C6LixC6 dischargeistheopposite2023/2/631鋰離子電池電極反應電池反應:6C+LiCoO2充電放電正極反應:LiCoO2Li1-xCoO2+xLi++xe-負極反應:6C+xLi++xe-充電放電LixC6充電放電Li1-xCoO2+LixC6

用戶在使用電池的時候往往發(fā)現(xiàn)，原裝電池在使用1年，甚到半年左右的時間就報廢了，這是因為簡單的充電方式惹的禍。鋰離子電池的充電方法標準充電：在環(huán)境溫度20±5℃的條件下，以0.5C5A恒流充電，當電池端電壓達到充電限制電壓4.20V時，改為恒壓充電，直到充電電流小于0.01C5mA，停止充電?？焖俪潆姡涸诃h(huán)境溫度20±5℃的條件下，以1C5A恒流充電，當電池端電壓達到充電限制電壓4.2V時，改為恒壓充電，直到充電電流小于0.01C5mA

，停止充電。三、聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池：是指電解質(zhì)使用固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SPE）的鋰離子電池。組成：電池由正極集流體、正極膜、聚合物電解質(zhì)膜、負極膜、負極集流體緊壓復合成型，外包封鋁塑復合薄膜，并將其邊緣熱熔封合，得到聚合物鋰離子電池。由于電解質(zhì)膜是固態(tài)，不存在漏液問題，在電池設計上自由度較大，可根據(jù)需要進行串并聯(lián)或采用雙極結(jié)構(gòu)。3.1聚合物鋰離子電池的概念3.2聚合物鋰離子電池這就是聚合物鋰離子電池的典型結(jié)構(gòu),圖中的結(jié)構(gòu)稱為卷繞式,也有層疊式的,其外面包裹上一層復合鋁箔后基本形狀就象右面的圖片.(注右面的聚合物鋰離子典型為sony生產(chǎn)的UP293559,即厚度為2.9mm,長寬為35mm*59mm,不算兩個極耳的尺寸)3.3鋰離子電池的工作原理3.4聚合物鋰離子電池的歷史聚合物鋰離子電池具有以下特點：①塑形靈活性，可隨意設計外形；②更高的質(zhì)量比能量（3倍于MH-Ni電池）；③電化學穩(wěn)定窗口寬，可達5V；④完美的安全可靠性，耐過充，無漏液；⑤更長循環(huán)壽命，容量損失少；⑥體積利用率高；⑦廣泛的應用領(lǐng)域；⑧超薄，重量更輕，無需金屬外殼。3.5聚合物鋰離子電池的性能特點其工作性能指標如下：工作電壓：3.8V；比能量：130Wh/kg，246Wh/L；循環(huán)壽命：＞300；自放電：＜0.1%/月；工作溫度：253-328K；充電速度：1h達到80％容量；3h達到100%容量；環(huán)境因素：無毒。

3.6聚合物鋰離子電池的缺點聚合物鋰離子電池的缺點：1、低能量密度（相對于液態(tài)鋰離子電池）；2、生產(chǎn)成本昂貴；3、沒有標準外形。四、鋰離子電池材料2023/2/643

鋰離子電池材料有數(shù)十種，如正負極活性物質(zhì)、電解質(zhì)溶液、聚合物隔膜、電解質(zhì)鹽、電解質(zhì)添加劑、正負極導電添加劑、正負極粘結(jié)劑、正負極集流片、正負極極耳、正溫度系數(shù)開關(guān)、絕緣墊片、密封環(huán)、防爆片、電池殼等。2023/2/644對鋰離子電池負極材料的要求在鋰嵌入的過程中電極電位變化較小，并接近金屬鋰；有較高的比容量；有較高的充放電效率；在電極材料的內(nèi)部和表面，鋰離子具有較高的擴散速率；具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；價格低廉，容易制備；4.1負極材料2023/2/645幾個與負極材料有關(guān)的概念電化學容量：單位質(zhì)量的活性物質(zhì)充電或放電到最大程度時的電量，一般用mAh/g表示。不可逆容量損失：在充放電過程中，電極的充放電效率低于100％，及放電的電化學容量低于充電，損失的部分被稱為不可逆容量損失。電極電位：理想的負極材料的電極電位應與金屬鋰接近，隨鋰的嵌入量不同變化不大。石墨的電極電位在0.4V到0.0V之間變化，是比較合適的負極材料。充放電倍率：反應電池充放電的快慢。循環(huán)性：電極材料在反復充放電過程中保持電化學容量的能力。電池循環(huán)性與電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性有關(guān)。2023/2/6464.1.1金屬鋰負極材料金屬鋰是比容量最高的負極材料。由于鋰異常活潑，在使用中常發(fā)生短路等事故，甚至爆炸起火；解決上述問題的研究主要集中在三方面：尋找替代鋰的材料；采用聚合物電解質(zhì)來避免鋰與有機溶劑反應；改進有機電解液的配方。高效的金屬鋰作為負極的二次鋰電池有望在21世紀初開發(fā)成功。2023/2/6474.1.2合金類負極材料

為克服鋰負極的安全性和循環(huán)性差等缺點，研究了各種鋰合金作為新的負極材料，如LiAlFe、LiPb、LiAl、LiSn等。相對于金屬鋰，鋰合金負極避免了枝晶的生長，提高了安全性，但循環(huán)性仍沒有解決。

為解決維度不穩(wěn)定的缺點，采用了多種復合體系。研究發(fā)現(xiàn)，用電沉積的方法制備納米級的Sn及SnSb、SnAg金屬間化合物，其循環(huán)性得到明顯改善。納米合金材料在充放電過程中絕對體積變化較小，電極結(jié)構(gòu)有較高的穩(wěn)定性。納米合金材料

為了克服金屬鋰負極的安全性，曾研究了許多種合金體系。雖然一些鋰合金可以避免枝晶生長，但經(jīng)過多次充放電，由于體積的變化致使負極粉化，造成電池性能變壞。最近發(fā)現(xiàn)納米級的Sn及SnSb、SnAg等金屬間化合物可使電池的循環(huán)性能得到明顯改善，有望在將來用于電池生產(chǎn)。2023/2/649

4.1.3碳負極材料：

用碳取代金屬鋰作負極，電池的安全性和壽命大大提高。性能優(yōu)良的碳材料有充放電可逆性好、容量大和放電平臺低等特征；近年來研究的碳材料包括石墨、碳纖維、石油焦、無序碳和有機裂解碳；不同碳材料在結(jié)晶度、粒度、孔隙度、微觀形態(tài)、比表面積、表面官能團、雜質(zhì)等多方面存在差異，對其結(jié)構(gòu)特征、化學性質(zhì)與電化學行為的關(guān)系進行了廣泛研究。2023/2/6504.1.4氧化物負極材料：

可充放鋰電池負極材料首先考慮的是一些含鋰氧化物，如LiWO2、Li6Fe2O3、LiNb2O5等，當碳負極材料逐漸發(fā)展成主流方向后，仍有研究小組未放棄對氧化物負極的研究。

Fuji公司在1994年申請了通式為M1Mp2Mq4的負極材料。其中，M1、M2為Si、Ge、Sn、Pb、P、B、Al、As和Sb，M4為O、S、Se、Te。性能較好的是SnSi0.4Al0.2P0.6O3.6，該工作1997年發(fā)表在Science上。4.1.5納米金屬及金屬間化合物

合金類負極材料一般高的比容量，典型的如Si、Sn、Al、In、Zn、Ge等，其中金屬錫的理論比容量為990mAh/g，硅為4200mAh/g，遠高于碳石墨的372mAh/g。但鋰反復的嵌入脫出導致合金類電極在充放電過程中體積變化較大,逐漸粉化失效，因而循環(huán)性能很差。2023/2/6524.2.鋰離子電池正極材料嵌鋰化合物正極材料的是鋰離子的貯存庫。為了獲得輸出電壓較高的鋰離子電池，作為電池正極的材料應具備以下條件：（1）相對鋰的電極電位高，正極材料組成不隨電位變化，離子電導率和電子電導率高，有利于降低電池內(nèi)阻；（2）鋰離子嵌入－脫嵌可逆性好，伴隨反應的體積變化小，鋰離子擴散速度快，以便獲得良好的循環(huán)特性和大電流特征；（3）與有機電解質(zhì)和粘結(jié)劑接觸性良好，熱穩(wěn)定性好，有利于延長電池壽命和提高安全性能；（4）資源豐富，價格低廉，在空氣中穩(wěn)定、無毒等。目前，鋰離子電池正極材料主要有層狀的LiCoO2、LiNiO2，尖晶石型LiMn2O4，橄欖石型的LiFePO4以及三元復合材料LiMnxNiyCo1-x-yO2等。2023/2/653正極材料是鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。目前廣泛應用的鋰離子電池正極材料是鈷酸鋰（LiCoO2），但由于鈷酸鋰中的Co在自然界中的儲量小，價格比較昂貴，有一定的毒性，而且在充電的過程中，鈷酸鋰由于金屬鋰的脫嵌部分變成CoO2，Co4+氧化性極強，容易引起燃燒、爆炸等安全事故。所以對發(fā)展大功率，大容量，需要多個單體電池串并聯(lián)的動力電池來說，采用鈷酸鋰存在巨大的安全隱患。LiNiO2曾經(jīng)被寄予希望，至今未有較大突破，雖然具有較高的容量，但在制備上存在較大困難，難以合成純相的物質(zhì)，而且存在一定的安全問題。LiMn2O4雖然價格便宜，安全性能好，但是其理論容量不高，循環(huán)壽命、熱穩(wěn)定性和高溫性能較差。所以這些材料至今為止仍難以替代鈷酸鋰。2023/2/6541997年，A.K.Padhi等首次報道磷酸鐵鋰（LiFePO4）能可逆的嵌入和脫嵌鋰離子，可充當鋰離子電池正極材料，引起了人們的廣泛關(guān)注。磷酸鐵鋰原料來源廣泛、價格便宜、無毒、對環(huán)境友好、理論比容量高（約170mAh·g-1），與其它鋰離子電池相比具有相對適中的工作電壓（3.4V，相對Li+/Li），不僅兼顧了LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4材料的優(yōu)點，而且熱穩(wěn)定好、安全性能優(yōu)越、循環(huán)性能突出，被認為是標志著“鋰離子電池一個新時代的到來”，特別是成為鋰離子動力電池正極材料的首選材料。2023/2/655LiFePO4(011)面上的結(jié)構(gòu)圖2023/2/656幾種正極材料LiCoO2

正極材料LiNiO2

正極材料尖晶石LiMn2O4正極材料LiFePO4正極材料三元復合材料LiMnxNiyCo1-x-yO22023/2/657鋰離子二次電池正極材料性能比較表鋰離子電池正極材料性能比較正極材料LiCoO2LiNiO2LiMnO2LiMn2O4LiFePO4密度/gcm-35.14.854.754.313.6理論比容量(mAhg-1)274274286148170實際比容量(mAhg-1)140190-21020090-120110-165工作電壓(V)~3.6~3.5~3.8~3.8~3.5安全性能一般差好好很好成本高居中低低低2023/2/6594.3電解質(zhì)材料

電解質(zhì)的作用是在電池內(nèi)部正負極之間形成良好的離子導電通道。水溶液、有機溶液、聚合物、熔鹽或固體物質(zhì)，均可以作為電解質(zhì)。水溶液是目前應用最廣泛的電解質(zhì)。有機電解液電池的輸出功率比較低。使用熔融無機鹽作為電解質(zhì)僅在高溫下使用。到目前為止，能夠滿足實用電池要求的聚合物或無機固體電解質(zhì)仍十分有限。鋰離子電池的電解液是有機溶劑和無機鹽構(gòu)成的，采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。室溫電導率平均約為-1×10-3S/cm，比水溶液電解質(zhì)低近兩個數(shù)量級。因此，為了使商品鋰離子電池能在較高電流下充、放電，電極必須很薄，以增加電極的總面積，降低電極的實際工作電流密度。4.4隔膜紙

鋰離子電池常用的隔膜材料為：

1、PP（聚丙烯微孔膜）

2、PE（聚乙烯微孔膜）

3、PP/PE/PP（聚丙烯聚乙烯微孔膜）

隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點較低，而且具有較高的抗穿刺強度，起到了熱保險作用。

由于聚合物鋰離子電池使用了膠體電解質(zhì)不會象液體電液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池很輕、很薄。也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50％以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液態(tài)鋰離子電池有所提高?；谝陨蟽?yōu)點，聚合物鋰離子電池被譽為下一代鋰離子電池。外殼采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。4.5外殼三種鋰電池結(jié)構(gòu)比較

軟包裝鋰離子電池硬包裝鋰離子電池鋰聚合物電池外

殼鋁塑復合膜外殼鋁殼或鋼殼方型和鋼殼圓柱型鋁塑復合膜外殼電

芯卷繞式電芯卷繞式電芯疊片式或卷繞式電芯電解質(zhì)含鋰鹽的液態(tài)電解質(zhì)含鋰鹽的液態(tài)電解質(zhì)含鋰鹽的凝膠態(tài)電解質(zhì)特

點輕巧，電池尺寸可根據(jù)實際應用需要靈活改變，厚度可薄至1.0mm以下，長度可達到100mm以上電池較重；在制造薄型大面積電池方面受到限制輕巧，電池尺寸可根據(jù)實際應用需要靈活改變，厚度可薄至1.0mm以下，長度可達到100mm以上第五部分鋰離子電池生產(chǎn)流程電池生產(chǎn)流程1、配料將活性物質(zhì)、導電劑、粘結(jié)劑、溶劑按照一定的比例均勻的混合在一起，配制成溶漿料的過程。

2、拉漿通過設備將配置好的漿料均勻的粘附在集流體上的過程。

3、制片將拉漿制成的大片采用不同的設備制成滿足工藝要求的卷繞的極片的過程。

4、卷繞將極片、隔膜紙按照一定的層次，通過設備卷繞在一起并放入電池外殼內(nèi)的過程

5、焊接通過設備將電池的蓋板和殼體焊接在一起的過程，

6、注液將電解液注入電池殼體的過程7、化成電池制造后，通過一定的充放電方式將內(nèi)部正負極活性物質(zhì)激活，改善電池的充放電性能及自放電、貯存等綜合性能的過程稱為化成。注：電池經(jīng)過化成后才能體現(xiàn)其真實性能。

8、封口通過一定的方法將注液孔密封起來的過程。

9、分容：電池在制造過程中，因工藝原因使得電池的實際容量不可能完全一致，通過一定的充放電制度檢測，并將電池按容量分容的過程稱為分容。附：鋰離子電池的安全性評估鋰離子電池的高溫性能

電池充電結(jié)束后，將電池放入60±2℃的高溫箱中恒溫2h，然后以1C5A電流恒流放電至2.75V。放電時間不小于54分鐘。后將電池取出在環(huán)境溫度20±5℃的條件下擱置2h,電池外觀無變形、無爆裂。鋰離子電池的低溫特性

電池充電結(jié)束后，將電池放入-10±2℃的低溫箱中恒溫2h后，以0.5C5A電流恒流放電至終止電壓2.75V。放電時間不小于1.8h。后將電池取出在環(huán)境溫度20±5℃的條件下擱置2h，電池外觀無變形、無爆裂。鋰離子電池的循環(huán)壽命在環(huán)境溫度20±5℃的條件下，以1C5A恒流充電，當電池端電壓達到充電限制電壓時，改為恒壓充電，直到充電電流為10±5mA，停止充電；擱置0.5h－1h，然后以1C5A電流恒流放電至終止電壓2.75V，擱置0.5h~1h，再進行下一個充放電循環(huán)。直至連續(xù)兩次放電容量小于80%的1C5A放電容量，認為壽命終止，循環(huán)壽命不小于300次。內(nèi)阻的增加，導致充電不足鋰離子電池的儲存特性0℃25℃40℃60℃過充試驗

利用恒定電流持續(xù)給電芯充電，設定固定電壓上限。電芯內(nèi)部在負極上產(chǎn)生鋰離子枝晶，刺穿隔膜是通過該試驗最大的威脅。

前提環(huán)境溫度充電電流試驗過程時間要求結(jié)果要求軍工按標準充滿電后20℃±5℃0.2C5A直至保護電路起作用無不爆炸、不燃燒輕工標準QB/T25022000完全放電態(tài)的電池20℃±5℃0.2C5A可讓保護電路起作用12.5h不爆炸、不燃燒04科技部863電動車蓄電池按標準充滿電，放1小時后20℃±5℃1C1(A)電壓達到5.0V或充電90min不爆炸、不燃燒國家標準GB/T18287-2000按標準充滿電后20℃±5℃3C5A上限電壓10V，溫度下降峰值10℃后結(jié)束實驗不爆炸、不燃燒UL標準按標準充滿電后20℃±5℃對應電流和時間進行。注：C為標稱容量，IC為測試電流測試時間不得少于48h不爆炸、不燃燒短路試驗用小電阻的導線直接連接正負極，使電池形成超大電流回路，電池內(nèi)部快速升溫前提環(huán)境溫度短路方法外部電阻時間結(jié)果要求軍標按標準充滿電后的電池組20℃±5℃用導線連接正負極≤50mΩ直至保護電路起作用不爆炸、不燃燒、可正常充放電輕工標準QB/T2502-2000按標準充滿電后20℃±5℃用導線連接正負極≤50mΩ6h以上不爆炸、不燃燒2004科技部863電動車蓄電池按標準充滿電1小時后20℃±5℃用導線連接正負極≤10mΩ10min不漏液、不爆炸或燃燒國家標準GB/T18287-2000按標準充滿電后20℃±5℃用導線連接正負極≤50mΩ溫度下降峰值10℃后結(jié)束實驗不爆炸、不燃燒，外部溫度不得高于150℃UL標準按標準充滿電后60℃±2℃20℃±5℃用導線連接正負極

0.1Ω直至溫度下降接近環(huán)境溫度不爆炸、不燃燒，外殼溫度不得高于150℃針刺試驗用鐵針垂直穿透電池，持續(xù)形成內(nèi)部短路前提環(huán)境溫度鋼釘試驗過程時間要求結(jié)果要求軍工按標準充滿電后20℃±5℃φ3mm沿徑向強力刺穿無規(guī)定不爆炸、不燃燒輕工標準QB/T2502-2000按標準充滿電后20℃±5℃2.5～5mm中央與電極面垂直的方向穿透放置6小時以上不爆炸、不燃燒2004科技部863電動車蓄電池按標準充滿電后20℃±5℃φ3～8mm垂直于極板的方向迅速貫穿鋼針停留在其中不爆炸、不燃燒UL標準按標準充滿電后20℃±5℃在電池的正面與側(cè)面，在3ms內(nèi)以最小加速度75g，最大加速度125-175g撞擊電池不爆炸、不燃燒、排出物≤5g熱沖擊

把電芯放入高溫箱中，以標準規(guī)定的速度升溫，持續(xù)的高溫導致內(nèi)部隔膜熔化，形成大面積內(nèi)部短路。前提升溫速率上限溫度時間要求結(jié)果要求軍工按標準充滿電后電池組在溫度（-40℃±２℃）與（70℃±２℃）之間循環(huán)4次,并在各個溫度環(huán)境中恒溫2小時，溫度交替移動的時間不大于1min，然后在25℃下保持2小時不變形、不開裂、不漏液、可正常充放電輕工標準QB/T2502-2000按標準充滿電后5℃±1℃130℃60min不爆炸、不燃燒2004科技部863電動車蓄電池按標準充滿電后5±2℃70±2℃20min不漏液、不變形、不爆炸或燃燒國家標準GB/T18287-2000按標準充滿電后5℃±2℃150℃±2℃30min不爆炸、不燃燒UL標準按標準充滿電后5℃±2℃150℃±2℃10min不爆炸、不燃燒如何采購

1、選擇使用錳酸鋰材料的電池；

2、委托權(quán)威部門進行安全性的檢測，進行現(xiàn)場考驗；

3、開展長時間、大量的安全測試，以檢測保護電路、電芯的可靠性；

4、選擇有