鋰離子鋰聚合物電芯介紹

鋰離子/鋰聚合物電芯介紹課程紀(jì)要培訓(xùn)時(shí)間：1小時(shí)培訓(xùn)目的：了解電池工作原理熟悉電芯基本構(gòu)造熟悉電芯安全性能評價(jià)熟悉常見異常形成原因課程大綱◆電池發(fā)展簡史◆常見電池介紹◆電池工作原理◆鋰離子電芯與鋰聚合物電芯區(qū)別◆電芯基本構(gòu)造◆電池性能評價(jià)◆常見異常原因介紹電池發(fā)展簡史（依電極材質(zhì)）燃料電池鋰電池鋰離子電池鋰聚合物電池鉛酸電池鐵鎳電池鎳鎘電池鎳氫電池鋰金屬電池1859年1890年1899年1991年常見電池介紹-鎳氫電池特點(diǎn)電壓1.0－1.4伏。容量高，是同型號鎳鎘電池的1.5-2倍，適合長時(shí)間工作。不含有害金屬汞、鎘、鉛。充電后期通過氧還原達(dá)到荷電量和電池內(nèi)部氣壓自我平衡調(diào)解?？纱箅娏鞴ぷ鳎潆?C，放電5C，高功率電池放電能力可達(dá)15C以上，充電3C。循環(huán)充放電壽命500次以上。自放電率18％左右（20℃，充滿電后放置30天），溫度升高自放電增加。電池形狀有方形和圓柱形。

提示不適合在65℃以上高溫環(huán)境工作。不適合恒電壓浮充電。大電流充電后期有高溫高熱現(xiàn)象。長時(shí)間大電流過充電及過放電可能產(chǎn)生電池排氣

（氫氣、氧氣）和堿液（KOH）泄漏現(xiàn)象。常見電池介紹-鎳鎘電池特點(diǎn)

電壓1.0-1.4伏。含有害金屬鎘。充電后期通過氧還原達(dá)到自我平衡調(diào)解。適合大電流工作，最大達(dá)30C（燒結(jié)工藝）以上放電能力。循環(huán)充放電壽命500次以上。自放電率18％左右（20℃下，充滿電后放置30天），溫度升高自放電增加。有記憶效應(yīng)。提示不適合在70℃以上高溫環(huán)境工作。不適合恒電壓浮充電。大電流充電后期電池有高溫高熱現(xiàn)象。長時(shí)間大電流過充電及過放電會產(chǎn)生電池排氣（H2和O2）和堿液（KOH）泄漏現(xiàn)象。常見電池介紹-鋰離子電池特點(diǎn)

工作電壓2.75－4.2伏。無記憶效應(yīng)。不含有害金屬汞、鎘、鉛。重量輕。瓦時(shí)容量是鎳氫電池的1.5倍。需要過電壓和欠電壓保護(hù)，電壓保護(hù)要通過外設(shè)電路控制。循環(huán)充放電壽命500次以上。自放電率6％左右（20℃，充滿電后放置30天），溫度升高自放電增加。電池形狀有方形和圓柱形。提示不適合在60℃以上高溫及－20℃以下低溫環(huán)境工作。電池電壓超過約4.7伏后有爆炸危險(xiǎn)。普通鋰離子電池不適合大電流（2C以上）工作，特制電池最大工作電流可達(dá)10C。鋰離子電池組合加工及選用充電器應(yīng)得到電池廠家的許可，或由專業(yè)電池廠家設(shè)計(jì)加工明顯膨脹變形的電池應(yīng)立即停止使用。常見電池介紹-鋰聚合物電池特點(diǎn)工作電壓2.75－4.2伏。不含有害金屬汞、鎘、鉛。無記憶效應(yīng)。瓦時(shí)容量是鎳氫電池的1.5倍。放電電流最大2C，充電電流最大1C。需要過電壓和欠電壓保護(hù)，電壓保護(hù)通過外設(shè)電路控制。循環(huán)充放電壽命500次以上。自放電率5％左右（20℃，充滿電后放置30天），溫度升高自放電增加。電池采用高強(qiáng)度鋁膜封裝，可以做成任意形狀，無流態(tài)電解液提示禁止用尖銳部件碰撞電池，禁止彎折頂封邊、極片、電芯。電池組合加工應(yīng)由專業(yè)廠家進(jìn)行，禁止拆解電池外包裝。鋰離子電池工作原理鋰離子電池的工作原理鋰離子電池的正極材料是氧化鈷鋰，負(fù)極是碳。

鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當(dāng)對電池進(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)過電解液運(yùn)動到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)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。

同樣道理，當(dāng)對電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運(yùn)動回到正極。回到正極的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。

不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極

→

負(fù)極

→

正極的運(yùn)動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象優(yōu)秀的運(yùn)動健將，在搖椅的兩端來回奔跑。所以，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字搖椅式電池。聚合物鋰離子電池與液態(tài)鋰離子電池的區(qū)別根據(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液態(tài)鋰離子電池(lithiumionbattery,簡稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(polymerlithiumionbattery,簡稱為LIP)兩大類。液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)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(fù)極使用各種碳材料如石墨，同時(shí)使用鋁、銅做集流體。它們的主要區(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)。

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銅箔和鋁箔聚合物鋰離子電池膠體聚合物鋁/PP復(fù)合膜沒有隔膜或個μPE銅箔和鋁箔鋰離子電池的主要構(gòu)成（1）正

極----活性物質(zhì)為氧化鈷鋰

（2）隔

膜----一種特殊的復(fù)合膜

（3）負(fù)

極----活性物質(zhì)為碳

（4）有機(jī)電解液

（5）電池殼方形鋰離子電池構(gòu)造圓柱形鋰離子電池構(gòu)造

鋰聚合物電池構(gòu)造鋰聚合物電池構(gòu)造正極基體：鋁箔（約0.020mm厚)正極物質(zhì)：鈷酸鋰+碳黑+PVDF正極集流體：鋁帶（約0.1mm厚）鋰離子電池——正極LiCoO2(鈷酸鋰)+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+粘合劑(PVDF)(聚偏氟乙烯)+集流體（鋁箔）

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

集流體（銅箔）材質(zhì)：單層PE（聚乙烯）或者三層復(fù)合PP（聚丙烯）+PE+PP厚度：單層一般為0.016～0.020mm

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鋰離子電池——外殼我司目前所使用的電芯，外殼常見材質(zhì)如下：外殼鋼殼鋁殼軟包裝不銹鋼鎂、鉛鋁合金鋁塑復(fù)合膜１．電性能２．安全性能電池性能評價(jià)（以BAK383450/580MAH為例）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.充放電曲線電性能Ａ容量（BAK383450/580MAH）容量=放電時(shí)間×放電電流標(biāo)稱容量：整批產(chǎn)品的集中分布點(diǎn)最小容量：整批產(chǎn)品的容量最小值Ｂ內(nèi)阻（BAK383450）

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±0.1V(45%～60%容量荷電狀態(tài))現(xiàn)行業(yè)出貨電壓:3.8～3.9V過充電保護(hù)電壓:4.28V以下Ｄ厚度12345678容量mAh579576581577583574577581電壓V4.174.184.184.174.184.184.174.1825℃貯存30天后容量mAh534527541535539536535541保持率%92.291.593.192.792.493.392.793.1電壓(V)4.094.104.114.114.114.094.104.10變?nèi)A量(V)0.080.080.070.070.080.090.070.08Ｅ自放電性能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分鐘什么是1C/0.2C？例：BAK383450/580MAH電芯，依580mA的電流對其進(jìn)行放電的容量既為1C容量依650*0.2=116mA的電流對其進(jìn)行放電的容量既為0.2C容量0.2C2C1C0.5C3C（一）機(jī)理（二）措施a．短路性能b．過充電性能c．熱沖擊性能d．針刺e．自由跌落

安全性能電池不安全性的發(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)，如過充和短路；機(jī)械條件濫用：如沖擊、穿刺、振動等；異常受熱狀態(tài)：如高溫等。最危險(xiǎn)的因素：過充、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。不安全行為的發(fā)生機(jī)制A.當(dāng)電壓超過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)致電池溫度過高當(dāng)電池溫度達(dá)到陽極鈍化層的分解溫度時(shí)（約130℃），表面鈍化膜開始分解，引發(fā)電解液同陽極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，從而起到安全作用；3.安全閥安全閥的開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測試結(jié)果：電池短路后不起火、不爆炸。Ｂ過充電

電池在3C倍率、5V電壓條件下過充電，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150℃，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六個面在1000mm的高度上各跌落2次

編號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，無發(fā)熱、鼓殼等不良常見異常及原因1.容量低

產(chǎn)生原因：a.

附料量偏少；

b.

極片兩面附料量相差較大；

c.

極片斷裂；d.

電解液少；

e.

電解液電導(dǎo)率低；

f.

正極與負(fù)極配片未配好；g.

隔膜孔隙率??；

h.

膠粘劑老化→附料脫落；

i.卷芯超厚（未烘干或電解液未滲透）j.

分容時(shí)未充滿電；

k.

正負(fù)極材料比容量小。常見異常及原因2.內(nèi)阻高/不穩(wěn)定

產(chǎn)生原因：a.

負(fù)極片與極耳虛焊；

b.

正極片與極耳虛焊；

c.

正極耳與蓋帽虛焊；d.

負(fù)極耳與殼虛焊;

e.

鉚釘與壓板接觸內(nèi)阻大；

f.

正極未加導(dǎo)電劑；g.

電解液沒有鋰鹽；

h.

電池曾經(jīng)發(fā)生短路；

i.

隔膜紙孔隙率小。常見異常及原因3.電壓低

產(chǎn)生原因：a.

副反應(yīng)（電解液分解；正極有雜質(zhì)；有水）；

b.

未化成好（SEI膜未形成安全）；c.

客戶的線路板漏電（指客戶加工后送回的電芯