電池基礎(chǔ)知識(shí)

鋰離子電池

基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

目錄

1：鋰離子電池工作基本原理與結(jié)構(gòu)

2：鋰離子電池的命名和公司產(chǎn)品批號(hào)

3：軟包鋰離子生產(chǎn)工藝流程4：專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)與常用知識(shí)

5：脹氣失效模式分析

6：低電失效模式分析

一、鋰離子電池理論知識(shí)和鋰離子電池結(jié)構(gòu)1.1鋰離子電池原理

鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正極的二次電池。電子和Li+都是同時(shí)行動(dòng)的，方向相同但路徑不同，放電時(shí)，電子從負(fù)極經(jīng)過(guò)電子導(dǎo)體跑到正極，鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。只要負(fù)極上的電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會(huì)放電。（自放電）1.1反應(yīng)原理正極采用鋰化合物L(fēng)ixCoO2,（還有LixNiO2,或LiMn2O4等）,負(fù)極采用鋰碳層間化合物L(fēng)ixC6。電解質(zhì)為溶解有LiPF6,LiAsF6等的有機(jī)溶液。在充放電過(guò)程中，Li在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象地稱(chēng)為“搖椅式電池”（RockingChairBatteries,縮寫(xiě)為RCB）1.2鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極活性物質(zhì)：（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2)

輔助材料：SP、PVDF、CNT、KS-6、鋁箔負(fù)極活性物質(zhì)：石墨

輔助材料：SP、CMC、SBR、銅箔隔膜

（PP+PE）電解液（LiPF6+DMCECEMC)外殼（鋁殼、鋼殼、鋁塑膜）1.2.1鋰離子電池結(jié)構(gòu)——正極正極物質(zhì)：鈷酸鋰+（SP+KS-6）/CNT+PVDF正極引線：鋁轉(zhuǎn)鎳帶（約0.1mm厚）正極基體：鋁箔（約0.014mm厚)活性材料：（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2)導(dǎo)電劑：SP/CNT粘結(jié)劑：PVDF溶劑：NMP綠色高溫膠1.2.2鋰離子電池結(jié)構(gòu)——負(fù)極負(fù)極引線：鎳帶負(fù)極基體：銅箔（約0.008mm厚)負(fù)極物質(zhì)：石墨+CMC+SBR活性材料：石墨導(dǎo)電劑：SP懸浮劑：CMC粘結(jié)劑：SBR溶劑：去離子水

正極的極耳使用的是鋁轉(zhuǎn)鎳極耳，負(fù)極使用的是鎳極耳。

極耳膠有三種，白膠、黑膠、黃膠；極耳需要能夠耐電解液的浸泡，需要能夠通過(guò)高溫高濕的檢驗(yàn)；鋁極耳要能夠彎折多次不斷，鎳極耳要容易上錫；1.2.3極耳1.3.3鋰離子電池結(jié)構(gòu)——隔膜材質(zhì)：1、單層PE（聚乙烯）

2、三層復(fù)合PP（聚丙烯）+PE+PP

3、陶瓷隔膜（以PP，PE或者多層復(fù)合隔膜為基體，表面涂覆一層納米級(jí)三氧化二鋁材料，經(jīng)過(guò)特殊工藝處理，和基體粘接緊密）厚度：1、單層一般為0.012～0.020mm2、三層一般為0.020～0.025mm3、陶瓷隔膜一般為0.009+0.003mm或0.012+0.004mm1.2.4鋰離子電池結(jié)構(gòu)——電解液電解液多為六氟磷酸鋰的1mol/L碳酸酯溶液，根據(jù)電池的不同用途，溶質(zhì)也可以是：六氟砷酸鋰、高氯酸鋰、三氟甲基二乙基磺酸鋰或者其組合等，溶劑可以是碳酸二甲酯、碳酸乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯或者其不同比例的組合等。電解液根據(jù)不同的安全性能的要求會(huì)添加不同的增強(qiáng)安全性能的添加劑，如防過(guò)充的、阻燃的、提高高溫性能的、提高儲(chǔ)存性能的、提高低溫性能的等

電解液具有一定的腐蝕性，更換電解液時(shí)，須帶防護(hù)眼鏡1.2.5鋰離子電池結(jié)構(gòu)——鋁塑膜

軟包裝鋰離子電池的包裝膜為鋁塑膜；我們使用過(guò)的鋁塑膜的主要生產(chǎn)廠家為：日本DNP和昭和，韓國(guó)栗村，國(guó)產(chǎn)有紫江，華谷，卓越等鋁塑膜由多層聚合物薄膜和Al層復(fù)合而成，一般最外層為NYLON層，粘接到Al層，內(nèi)層為CPP層，也有在CPP和Al層間多粘接一層PET層的，用來(lái)防止短路；二、鋰離子電池的命名和公司產(chǎn)品批號(hào)舉例：702337-605mAh-20171212批厚度：7.0mm寬度：23mm高度：37mm容量：605mAh2017年12月12日投料清批的重要性①能準(zhǔn)確地清理出整批電池的數(shù)量

；

②更能清晰地對(duì)各工序的不良和報(bào)廢更好的得到控制；

③更能直接地體現(xiàn)出電池的制造成本，使公司在制造成本上有一個(gè)更好的控制與降低的依據(jù)；

④有利公司的管理層對(duì)產(chǎn)品的制造有系統(tǒng)化，有數(shù)據(jù)依據(jù)。更能有針對(duì)性和直接性的管控。三、我司鋰離子方形軟包電池主要生產(chǎn)流程

四、專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)4.1.面密度：?jiǎn)挝幻娣e物質(zhì)的重量（單位：g/m2）；面密度=重量/面積4.2.壓實(shí)密度：?jiǎn)挝惑w積物質(zhì)的重量（單位：g/cm3）；

壓實(shí)密度=重量/面積（最大壓實(shí)材料特性）小問(wèn)：1.以我司現(xiàn)有條件如何計(jì)量壓實(shí)密度?2.如何根據(jù)漿料重量根據(jù)已下發(fā)推算制片產(chǎn)量？

4.4極耳中心距、極耳膠外露高度、頂封預(yù)留寬度（外未封區(qū)）、頂封間隙（內(nèi)未封區(qū)）極耳中心間距極耳外露高度頂封寬度側(cè)封間隙頂封間隙頂封預(yù)留寬度4.3相對(duì)濕度與露點(diǎn)（科普）相對(duì)濕度：空氣中水汽壓與相同溫度下飽和水汽壓的百分比（單位：%）。溫度越高，相對(duì)濕度越大。絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝惑w積空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量。露點(diǎn)：在固定氣壓下，空氣所含氣態(tài)水達(dá)到飽和飽和而凝結(jié)成液態(tài)水所需降至的溫度。ppm:百萬(wàn)分之

電池在一定放電條件下所能給出的電量稱(chēng)為電池的容量，以符號(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱(chēng)安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）。4.5容量4.6電壓4.7內(nèi)阻電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。常用的單位為伏特，簡(jiǎn)稱(chēng)伏（V）或毫伏(mV）。鋰電(鈷酸鋰/三元/錳酸鋰)安全工作上限電壓4.2V或4.35V,下限電壓3.0V。電流通過(guò)電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱(chēng)為電池的內(nèi)阻。以符號(hào)R表示。常用的單位為歐姆，簡(jiǎn)稱(chēng)歐（Ω）或毫歐（mΩ）。以恒定的電流充電充至目標(biāo)電壓后，維持該電壓不變的前提下以不斷減小的電流充電。4.6恒流恒壓充電4.7化成分容流程中電流計(jì)算4.8自放電-K值電流的規(guī)定一般為*C，比如0.5C，“C”代表的是電芯的容量，即：英文單詞“Capacity”的第一個(gè)字母，0.2C的電流就是0.2*標(biāo)稱(chēng)容量；一般情況下，大于2.0C以上的放電電流就叫倍率放電了。單位時(shí)間內(nèi)電池的壓降量，通常用mv/d，或mv/h。做的好的電池一般小于2mv/d或0.08mv/h電池標(biāo)簽標(biāo)注的容量，電池容量存在個(gè)別差異下方便標(biāo)識(shí)的估值。4.8標(biāo)稱(chēng)容量4.9標(biāo)稱(chēng)電壓電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差維持放電時(shí)間最長(zhǎng)的那段電壓。區(qū)別于不同材料，分為3.7V（常規(guī)材料）和3.8V（高電壓材料）五、鋰離子電池脹氣失效模式分析對(duì)策：1.現(xiàn)場(chǎng)管控軟包電芯外部損傷；

涉及工序：組裝到PACK2.封裝按照SOP要求控制熔膠效果（撕熔膠與測(cè)厚）、未封區(qū)涉及工序：頂封、側(cè)封、二封、切折燙3.低電管控（詳見(jiàn)低電失效模式分析）涉及工序：所有工序

5.1外傷腐蝕（外力扎破鋁塑膜）5.2內(nèi)腐蝕5.3鋁塑膜封裝異常1.頂封（軟封、硬封）a.封頭溫度b.氣缸壓力c.Stopper高度d.封印位置與尺寸e.輔助加熱塊狀態(tài)f.中心距與偏心距不良造成的壓極耳2.二封、側(cè)封a.封頭溫度b.封頭平行度c.氣缸壓力d.Stopper高度e.封印位置與尺寸（未封區(qū)尺寸過(guò)大、過(guò)?。ゝ.二封邊電解液過(guò)多g.注液后長(zhǎng)時(shí)間未二封

二封熔膠異常負(fù)極過(guò)熔壓極耳2024/11/102.折邊后，印痕口變大，導(dǎo)致Al層完全暴露。為什么封印與電芯主體要有距離?1、熱輻射使Pocket上PP層熔化,由于有收縮壓力使隔離膜在PP上留下印痕，形成刺破口。5.4低電存儲(chǔ)（電池自放電大）六、鋰離子電池低電失效模式分析分析：1.正極材料磁性異常雜質(zhì)含量較多；

涉及工序：來(lái)料、配料、涂布、對(duì)輥、制片、卷繞

2.粉塵刺穿隔膜引起電池正負(fù)極片微短路引起電壓降；電解液量少；電解液電導(dǎo)率高（極化大）3.酒精清洗注液系統(tǒng)存在重大隱患4.水分超標(biāo)涉及工序：注液前所有工序（重點(diǎn)工序：真空烘烤）對(duì)策1.配料過(guò)程中禁用鐵質(zhì)工具、漿料除鐵、涂布烘道、制片除塵（重點(diǎn)切刀）2.粉塵控制：文件規(guī)范涂布烘道、制片環(huán)境粉塵、正負(fù)極片料的粘接好（是否易掉料）、卷繞機(jī)臺(tái)清潔頻率與要求3.注液前水分控制：嚴(yán)格按照工藝要求烘烤，做好過(guò)程自檢巡檢；4.禁止用酒精清洗注液系統(tǒng)；5.導(dǎo)入新的電解液前做壓降評(píng)估測(cè)試；6.常規(guī)化成電芯謹(jǐn)慎推行精準(zhǔn)注液，批量生產(chǎn)前進(jìn)行試驗(yàn)；引起電池電壓降類(lèi)型及原理電化學(xué)類(lèi)電壓降(自放電)a.正極片里面含有磁性單質(zhì)(如鐵Fe、銅Cu等）造成電池充電過(guò)程磁性異物被氧化溶解出來(lái)形成離子態(tài)在負(fù)極還原并緩慢長(zhǎng)大導(dǎo)致隔膜被穿透（多表現(xiàn)為隔膜有少量黑點(diǎn)黃點(diǎn)）形成內(nèi)部微短路導(dǎo)致電壓降；b.正極材料合成（燒制）不好（如鈷酸鋰LiCoO2在合成時(shí)碳酸鋰LiCO2和四氧化三鈷Co3O4未能充分反應(yīng)導(dǎo)致Co在充電過(guò)程有溶出現(xiàn)象）從而被氧化形成離子態(tài)在負(fù)極還原并緩慢長(zhǎng)大導(dǎo)致隔膜被穿透（多表現(xiàn)為隔膜有很多黑點(diǎn)黃點(diǎn)）內(nèi)部微短路導(dǎo)致電壓降；C.水分（H20）。水分在電池內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生HF導(dǎo)致SEI（固體鈍化膜）溶解導(dǎo)致鋰Li源不斷被消耗從而引起電壓降，但水分被電離后電池電壓就會(huì)趨于穩(wěn)定且隔膜不會(huì)發(fā)現(xiàn)有異常情況，只是負(fù)極尤其是邊緣附近能發(fā)現(xiàn)嵌鋰狀態(tài)會(huì)有區(qū)別而已。物理類(lèi)電壓降(自放電)a制程粉塵。主要來(lái)源于涂布烘道、制片環(huán)境粉塵、正負(fù)極片料的粘接好（是否易掉料）、卷繞機(jī)臺(tái)衛(wèi)生及環(huán)境等。粉塵刺穿隔膜引起電池正負(fù)極片微短路引起電壓降；b材料尤其是正極材料本身的微粉（粒徑≤1um）含量多少。材料微粉含量越大，越易引起極片粘接性不良導(dǎo)致電池內(nèi)部有顆粒刺穿隔膜引起電壓降。零壓電芯拆解分析