鋰離子電池基本知識培訓(xùn)

鋰離子電池基本知識培訓(xùn)第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四內(nèi)容1.關(guān)鍵詞

1.1二次電池的主要類別1.2鋰離子電池的特性

2.反應(yīng)原理2.1正常充放電過程2.2異常充放電過程

3.材料的主要成分，作用及其特性2.1正極材料2.2負(fù)極材料2.3隔膜2.4電解液2.5鋁塑膜/鋼殼-蓋帽2.6極耳4.主要的性能參數(shù)，影響因素及相對應(yīng)的關(guān)鍵控制點第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四1.2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(yīng)機理，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。第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四1.2鋰離子電池的特性（2）各種電池的比較技術(shù)參數(shù)鎳-鎘電池鎳氫電池鋰離子電池工作電壓（V）1.21.23.7克容量/（mAh/g)5065130~160能量密度/（Wh/L)150~200280~320490~570充放電循環(huán)/次500500500-1000自放電率（%/年）25--3030--356--9記憶效應(yīng)有無無對環(huán)境的影響鎘,嚴(yán)重污染重金屬污染無污染安全性高高低鋰離子電池為高儲能體第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2反應(yīng)原理基本反應(yīng)原理：充電過程：鋰離子在負(fù)極表面得到電子，被還原為鋰原子；然后在微弱的共價鍵作用下，鑲嵌到石墨分子（6個碳原子）中。放電過程: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。

+充電放電第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.1正常充放電過程充電過程：正極反應(yīng)：Li1MO2---->Li1-xMO2+xLi+xe-負(fù)極反應(yīng)：C+xLi++xe-----CLix總反應(yīng)：Li1MO2+C--Li1-xMO2+CLix放電過程：正極反應(yīng)：Li1-xMO2+xLi++xe----LiMO2負(fù)極反應(yīng)：CLix-----C+xLi++e-總反應(yīng)：Li1-xMO2+CLix--Li1MO2+C

第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.2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(yán)重?fù)p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(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去，當(dāng)沒有足夠的石墨分子來“存放”鋰原子時，鋰原子將在負(fù)極石墨表面結(jié)晶，即“析鋰”現(xiàn)象；當(dāng)枝晶越長越大時，可能刺穿隔膜導(dǎo)致短路。過放電：通常指電壓低于3.0v。一般低于2.0v會嚴(yán)重?fù)p傷電池性能。過度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷。同時，當(dāng)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(jié)晶析出，即“析銅”現(xiàn)象。過電流充（大倍率）放電：可能會嚴(yán)重?fù)p傷電池，導(dǎo)致鼓脹，起火，爆炸等事故。嚴(yán)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(yán)重過放的可能后果：1）：容量衰減快，電壓衰減快；2）：鼓脹第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.3析鋰和析銅的照片析鋰析銅第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3電池材料3.1正極材料：

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1000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次好正極材料的主要作用：提供導(dǎo)電正電荷（Li離子）。

第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四正極材料的晶體結(jié)構(gòu)第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3.2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，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(xué)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(yīng)。負(fù)極材料的主要作用：1）包容鋰原子，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。小問題：卷繞工序為什么要求負(fù)極必須完全包住正極？第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3.3隔膜隔膜的成分：PP+PE隔膜的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dǎo)通，電子關(guān)斷。3）軟化點130-140°，熔點170-190°。隔膜的作用：1）在正負(fù)極之間起到絕緣作用；2）充放電的過程中，通過鋰離子穿行來實現(xiàn)電荷的轉(zhuǎn)移。小問題：1）設(shè)計上，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°？第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3.4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(zhì)：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(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+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？

第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3.5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？第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3.6鋁塑膜鋁塑膜的供應(yīng)商1）Showa，即昭和電工株式會社。2）DNP，即大日本印刷株式會社。鋁塑膜的結(jié)構(gòu)鋁塑膜的作用：小問題：為什么頂側(cè)封的溫度是180—210°？小問題：DNP鋁塑膜封印厚度150-170um是否合理？40um30um30-35um5um5um第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3.7圓柱蓋帽蓋帽的結(jié)構(gòu)1）鐵帽2）PTC3）大鋁片4）小鋁片5）膠圈小問題：1）蓋帽來料為什么要均勻涂膠水？2）高倍率電池的蓋帽為什么沒有PTC？3）短路測試通不過時，為什么設(shè)計上在極耳外面焊接一個PTC就可以通過測試？第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四4電池的主要性能（1）4.1容量的影響因素1）正極偏輕（材料偏少）2）負(fù)極比例不夠，導(dǎo)致正極容量發(fā)揮不出來3）負(fù)極未包住正極，析鋰導(dǎo)致容量損失4）電解液性能不好，或電解液量不足5）隔膜孔隙率太小，鋰離子難以穿過6）內(nèi)部短路導(dǎo)致漏電流偏大7）過充/過放導(dǎo)致正負(fù)極或隔膜嚴(yán)重?fù)p傷8）鼓脹或漏液第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四4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)部短路第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四4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）過充過放，過流4）鼓脹5）保護板漏電流大第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四4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）過充，過放，過流5）溫度過高，導(dǎo)致電解液分解6）封口不良，水汽進入7）電解液嚴(yán)重不夠第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四4電池的主要性能（5）4.5起火/爆炸的主要原因1）內(nèi)部短路（如圓柱電芯正極耳碰壁，封口短路等）2