鋰離子電池的基本知識(shí)

.MBA教學(xué)實(shí)習(xí)基地守合同重信用企業(yè)國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)廣東高科技產(chǎn)業(yè)商會(huì)常務(wù)理事單位綠色產(chǎn)業(yè)促進(jìn)會(huì)理事單位鋰離子電池的基本知識(shí)鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!Li-ion是鋰電池發(fā)展而來(lái)。所以在介紹Li-ion之前，先介紹鋰電池。舉例來(lái)講，以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是鋰金屬，負(fù)極是碳。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過(guò)程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，

又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。在Li-ion的充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。Li-ion就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運(yùn)動(dòng)員一樣在搖椅來(lái)回奔跑。所以Li-ion又叫搖椅式電池。1.Li-ion的基本概念鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!2.1

Li-ion具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）

單體電池的工作電壓高達(dá)3.6-3.8V：

2）

比能量大，目前能達(dá)到的實(shí)際比能量為100-115Wh/kg和240-253Wh/L（2倍于Nl-Cd，1.5倍于Ni-MH）,未來(lái)隨著技術(shù)發(fā)展,比能量可高達(dá)150Wh/kg和400

Wh/L

3）

循環(huán)壽命長(zhǎng),一般均可達(dá)到500次以上,甚至1000次.對(duì)于小電流放電的電器,電池的使用期限

將倍增電器的競(jìng)爭(zhēng)力.4）

安全性能好,無(wú)公害,無(wú)記憶效應(yīng).作為L(zhǎng)i-ion前身的鋰電池,因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路,縮減了其應(yīng)用領(lǐng)域：Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對(duì)環(huán)境有污染的元素：部分工藝（如燒結(jié)式）的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應(yīng)”，嚴(yán)重束縛電池的使用，但Li-ion根本不存在這方面的問(wèn)題。

5）

自放電小

室溫下充滿電的Li-ion儲(chǔ)存1個(gè)月后的自放電率為10%左右，大大低于Ni-Cd（鎳鎘）的25-30%，Ni-MH（鎳氫）的30-35%。2.Li-ion電池的優(yōu)缺點(diǎn)鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!3鎳鎘，鎳氫，鋰離子充電電池的比較目前鎳鎘，鎳氫，鋰離子充電電池大量應(yīng)用于各種便攜式用電設(shè)備（如筆記本電腦，攝像機(jī)和移動(dòng)電話等到）中，每種充電電池都具自已獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)。鎳鎘和鎳氫電池之間主要差別在于：鎳氫電池能量密度比較高。與相同型號(hào)電池對(duì)比，鎳氫電池容量是鎳鎘電池的二倍。這意味著在不為用電設(shè)備增加額外重量時(shí)，使用鎳氫電池能大大地延長(zhǎng)設(shè)備工作時(shí)間。鎳氫電池另一優(yōu)點(diǎn)是；A大大減少了處鎘電池中存在的：“記憶效應(yīng)”問(wèn)題，從而使得鎳氫電池可更方便地使用。鎳氫電池比鎳鎘電池更環(huán)保，因?yàn)樗鼉?nèi)部沒(méi)有有毒重金屬元素。Li-ion也已經(jīng)快速成為便攜設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電源，Li-ion能提供和鎳氫電池一樣的能量，但在重量方面則可減少大約35%，這對(duì)于旬?dāng)z像機(jī)和筆記本電腦之類(lèi)的用電設(shè)備來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。Li-ion完全沒(méi)有“記憶效應(yīng)”和不含有毒物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)也是使它成為標(biāo)準(zhǔn)電源的重要因素。鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!二.lion電池的基本參數(shù)2.1電池的標(biāo)稱(chēng)方形Lion電池的方法是已電池的三圍命名

如：7548168厚7.5寬48長(zhǎng)168mm

055152厚5.0寬51長(zhǎng)52mm

圓形Lion電池方法是

直徑+高度+0（圓形）如：18650直徑18mm高度65mm14430直徑14mm高度43mm2.2電池的容量電池的容量有額定容量和實(shí)際容量之分。電池的額定量是指設(shè)計(jì)與制造電池時(shí)規(guī)定或保證電池在一定的放電條件下，應(yīng)該放出最低限度的電量。Li-ion電池在常溫、恒流（1C）恒壓（4.2V）控制的充電條件下充電3h，電池的實(shí)際容量是指電池在一定的放電條件下所放出的實(shí)際電量，主要受放電倍率和溫度的影響（故嚴(yán)格來(lái)講，電池容量應(yīng)指明充放電條件）。容量常見(jiàn)單位有：mAh、Ah=1000mAh）。鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!二.lion電池的基本參數(shù)2.6放電平臺(tái)放電平臺(tái)是恒壓充到電壓為4.2V并且充電電流小于0.01C時(shí)停充電，然后擱置10分鐘，在任何功率的放電電流下放電至3.6V時(shí)的放電時(shí)間。是衡量電池好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。2.7（充放電）倍率/時(shí)率是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)據(jù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)，通常以字母C表示。如電池的標(biāo)稱(chēng)額定容量為600mAh為1C（1倍率），300mAh則為0.5C,6A(600mAh)為10C.以此類(lèi)推.時(shí)率又稱(chēng)小時(shí)率,時(shí)指電池以一定的電流放完其額定容量所需要的小時(shí)數(shù).如電池的額定容量為600mAh,以600mAh的電流放完其額定容量需1小時(shí),故稱(chēng)600mAh的電流為1小時(shí)率,以此類(lèi)推.鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!三．鋰離子電池原理及工藝流程3.1.結(jié)構(gòu)

3.1.1

正極構(gòu)造

LiCoO2(鈷酸鋰)+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+粘合劑(PVDF)+集流體（鋁箔）

正極

3.1.2

負(fù)極構(gòu)造

石墨+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+

集流體（銅箔）

負(fù)極3.1.3隔膜——一種特殊的復(fù)合膜

3.1.4有機(jī)電解液

常用的為六氟磷酸鋰，四氟磷酸鋰（LiPF6、LiClO4）等。

3.1.5電池殼（分為鋼殼和鋁殼兩種）3.2

充電過(guò)程如上圖一個(gè)電源給電池充電,此時(shí)正極上的電子e從通過(guò)外部電路跑到負(fù)極上,正鋰離子Li+從正極“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)負(fù)極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。

正極上發(fā)生的反應(yīng)為

LiCoO2=充電=Li1-xCoO2+Xli++Xe(電子)

負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為

6C+XLi++Xe=====LixC6鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!鈷酸鋰錳酸鋰三元鋰磷酸鐵鋰標(biāo)稱(chēng)電壓3.7V3.7V3.4V3.2V充電電壓4.2±0.05V4.2±0.05V4.2±0.05V3.650±0.05V終止電壓D(NORM)2.752.752.752.75終止電壓D(MIN)2.0截止電壓(MAX)

4.0(不推薦）容量高低高低平臺(tái)高高低低充放電流大(2C)

大大超大電流(10-20C)儲(chǔ)存性好特差差好自放電小大大小膨脹系數(shù)小大大小價(jià)格貴低(1/4)低(1/3)貴正極材料比較鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!工作電壓3.7V,正極材料錳酸鋰,優(yōu)點(diǎn)：材料合成性能好、價(jià)格便宜(與鈷酸鋰比價(jià)格相差達(dá)10倍以上有時(shí)甚至最高達(dá)15－20倍，2.6W＝26W－20100620）缺點(diǎn)：容量低,自放電大，平臺(tái)高，循環(huán)壽命差,儲(chǔ)存特性差，同體積尺寸容量?jī)H鈷酸鋰的50－60%,電化學(xué)穩(wěn)定性差,一般在30個(gè)循環(huán)時(shí)容量衰減達(dá)到20%以上,儲(chǔ)存三個(gè)月,容量損耗達(dá)到50%,且不可恢復(fù),儲(chǔ)存六個(gè)月基本上不能繼續(xù)使用,儲(chǔ)存二個(gè)月以上易鼓脹.由于是在高溫度環(huán)境下儲(chǔ)存特性更差。(使用環(huán)境溫度超過(guò)30度,循環(huán)壽命更差）.由于電芯生產(chǎn)出廠前不能作長(zhǎng)期高溫儲(chǔ)存老化,所以出廠的電芯一致性差,不能將自放電大的與由于工藝缺陷的產(chǎn)品挑選出來(lái)有時(shí)甚至可能引起爆炸。目前一些小電芯廠在生產(chǎn)此類(lèi)電池產(chǎn)品多用于山寨手機(jī)，低端電池品牌在使用。由于小電芯廠的工藝，設(shè)備，管理落后，環(huán)境濕度與凈度沒(méi)有保障，生產(chǎn)的品質(zhì)更差。錳酸鋰鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!工作電壓3.2V優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)壽命可達(dá)到2000次以上，安全性能好,無(wú)記憶效應(yīng).自放電小，可大電流充放電，磷鐵電池1C充電10分鐘可達(dá)到標(biāo)稱(chēng)容量的90%。工作溫度范圍高，工作溫度為-25~45°C，放電容量大，單節(jié)電池過(guò)充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。缺點(diǎn)：工作電壓低，目前制造工藝不太成熟，價(jià)格昂貴，容量低（與鈷酸鋰比只有其60%左右）廣泛用于電動(dòng)工具，電動(dòng)車(chē)，航模類(lèi)等大電流放電產(chǎn)品。

磷酸鐵鋰鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!龍威盛鋰離子電池使用原材料表原材料名稱(chēng)材質(zhì)/規(guī)格備注電芯正極材料鈷酸鋰負(fù)極材料石墨隔膜紙廠商：日本宇部保護(hù)板自產(chǎn)膠殼自產(chǎn)鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!2.2

Li-ion具有以下缺點(diǎn)：1）

電池成本較高。主要表現(xiàn)在LiCoO2（鈷酸鋰）的價(jià)格高（Co（鈷）的資源較小），電解質(zhì)體系提純困難。

2）

不能大電流放電。由于有機(jī)電解質(zhì)體系等原因，電池內(nèi)阻相對(duì)其他類(lèi)電池大。故要求較小的放電電流密度，一般放電電流在0.5C以下，只適合于中小電流的電器使用。3）

需要保護(hù)線路控制。

A、

過(guò)充保護(hù)：電池過(guò)充將破壞正極結(jié)構(gòu)而影響性能和壽命；同時(shí)過(guò)充電使電解液分解，內(nèi)部壓力過(guò)高而導(dǎo)致漏液等問(wèn)題；故必須在4.1V-4.2V的恒壓下充電；

B、

過(guò)放保護(hù)：過(guò)放會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)的恢復(fù)困難，故也需要有保護(hù)線路控制。

2.Li-ion電池的優(yōu)缺點(diǎn)鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!Ni—Cd、Ni—MH、Li-ion各技術(shù)參數(shù)比較

項(xiàng)目

鎳鎘電池

鎳氫電池

鋰離子電池

電壓

重量比能量5065105-140

體積比能量150200300

充放電壽命5005001000

自放電率(%)25-3030-356-9

有無(wú)記憶效應(yīng)

有

無(wú)

無(wú)

有無(wú)污染

有

無(wú)

無(wú)鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!二.lion電池的基本參數(shù)2.3電池內(nèi)阻是指電池在工作時(shí)，電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力。有歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻兩部分組成。電池內(nèi)阻大，會(huì)導(dǎo)致電池放電工作電壓降低，放電時(shí)間縮短。內(nèi)阻大小主要受電池的材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素的影響。是衡量電池性能的一個(gè)重要參數(shù)。注：一般以充電態(tài)內(nèi)阻為標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量電池的內(nèi)阻需用專(zhuān)用內(nèi)阻儀測(cè)量，而不能用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)量。

2.4開(kāi)路電壓是指電池在非工作狀態(tài)下即電路無(wú)電流流過(guò)時(shí)，電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。一般情況下，Li-ion充滿電后開(kāi)路電壓為4.1-4.2V左右，放電后開(kāi)壓為3.0V左右，通過(guò)電池的開(kāi)路電壓，可以判斷電池的荷電狀態(tài)。2.5工作電壓又稱(chēng)端電壓，是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流過(guò)時(shí)電池正負(fù)極之間電勢(shì)差。在電池放電工作狀態(tài)下，當(dāng)電流流過(guò)電池內(nèi)部時(shí)，不需克服電池的內(nèi)阻所造成阻力，故工作電壓總是低于開(kāi)路電池，充電時(shí)則與之相反。Li-ion的放電工作電壓在3.6V左右。鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!二.lion電池的基本參數(shù)2.8自放電率又稱(chēng)荷電保持能力，是指電池在開(kāi)路狀態(tài)下，電池所儲(chǔ)存的電量在一定條件下的保持能力。主要受電池制造工藝、材料、儲(chǔ)存條件等因素影響。是衡量電池性能的重要參數(shù)。

注：電池100%充電開(kāi)路擱置后，一定程度的自放電正常現(xiàn)象。在GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定LI-ion后在20±2℃條件下開(kāi)條件下開(kāi)路擱置28天?？稍试S電池有容量損失。2.9內(nèi)壓指電池的內(nèi)部氣壓，是密封電池在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體所致，主要受電池材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素影響。其產(chǎn)生原因主要是由于電池內(nèi)部水分及有機(jī)溶液分解產(chǎn)生的氣體于電池內(nèi)聚集所致。

高倍率的連續(xù)過(guò)充，會(huì)導(dǎo)致電池溫度升高、內(nèi)壓增大，嚴(yán)重時(shí)對(duì)電池的性能及外觀產(chǎn)生破壞性影響，如漏液、鼓底，電池內(nèi)阻增大，放電時(shí)間及循環(huán)壽命變短等。

Li-ion任何形式的過(guò)以都會(huì)導(dǎo)致電池性能受到嚴(yán)重破壞，甚至爆炸。幫Li-ion在充電過(guò)程中需采用恒流恒壓充電方式，避免對(duì)電池產(chǎn)生過(guò)充鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!鋰離子電池鋰離子電池的構(gòu)造鋰電池電芯保護(hù)板膠殼正極材料負(fù)極材料隔膜紙電解液鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!工作電壓3.7V，正極材料鈷酸鋰。優(yōu)點(diǎn)：容量高，循環(huán)壽命長(zhǎng),可達(dá)到500次以上,甚至1000次(與DOD有關(guān)),(IEC標(biāo)準(zhǔn)500次，國(guó)標(biāo)300次）電池容量>85%，輕巧，自放電小,（室溫下充滿電儲(chǔ)存1個(gè)月后的自放電率為2%左右）,可快速充放電，（1C充電30分鐘容量可以達(dá)到標(biāo)稱(chēng)容量的80%以上）。缺點(diǎn)：電池成本高，電池使用主要材料的價(jià)格高（如鈷酸鋰、高純電解銅、高純電解液等材料價(jià)格昂貴）是錳酸鋰的10倍有時(shí)可高達(dá)15-20倍，是三元鋰的1倍，生產(chǎn)過(guò)程控制要求很高，管理和設(shè)備運(yùn)行成本高（對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格，比如溫度，濕度，空氣）。鈷酸鋰的電池不能長(zhǎng)期進(jìn)行2C以上大電流充放電。由于有機(jī)電解質(zhì)體系等原因，故要求較小的放電電流密度，一般長(zhǎng)期放電電流最好應(yīng)控制在2C以下。鈷酸鋰鋰離子電池的基本知識(shí)共20頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!三元鋰工作電壓3.4V優(yōu)點(diǎn):性能穩(wěn)定,安全性好,實(shí)際容量比與鈷酸鋰基本持平（價(jià)格較貴是鈷酸鋰的50%左右），缺點(diǎn)：目前三元鋰電池的制造工藝技術(shù)不成熟，工作電壓低，工作電壓明顯低于鈷酸鋰的3.7V，儲(chǔ)存性能差由其是高溫儲(chǔ)存特性與錳酸鋰有點(diǎn)相似，長(zhǎng)期儲(chǔ)存不使用容量衰減大，易鼓脹，對(duì)于數(shù)碼設(shè)備來(lái)說(shuō)由于經(jīng)常使用到閃光燈，那么其的單次放電電流大，如果3.7V的平臺(tái)低，而3.4V平臺(tái)好，會(huì)表現(xiàn)出來(lái)容量絕大部分在低端電壓部分，而數(shù)碼設(shè)備所必須使用的均是必須高于3.3以上的電壓，如果在大電流放電情況下（大于1C）電壓會(huì)下降得更快（數(shù)碼相機(jī)使用閃光燈P—P1.2A左右，其性能在數(shù)碼產(chǎn)品上根本沒(méi)有辦法發(fā)揮出來(lái)，所以就會(huì)致使其實(shí)際使用容量低，平臺(tái)低，放電特性不好。那么為什么市面上用三元鋰作的電池而價(jià)格又比鈷酸鋰的還便宜呢，由于其又想改善電芯的電壓與平臺(tái)，那么里面基本上均是使用90%錳+10%三元的結(jié)合體。所以其品質(zhì)，安全性與其他的特性又得不到保障，但價(jià)格相對(duì)低。鋰離子電池的基本知識(shí)共20