鋰離子基礎知識課件

鋰離子電池芯介紹目錄一．電池的基本知識二．制造工藝三．性能介紹四．應用技術１．電池分類２．基本概念３．鋰離子電池的組成４．鋰離子電池的工作原理一．電池基本知識

2．基本概念

a．內阻

R=Rf+RΩb．容量與比容量

理論容量

C0=26.8(m0/M)=m0/q273.8mAh/g

實際容量C=I*t140mAh/g

比容量Cmˊ=C/m（Ah/kg

mAh/g）c．自放電單位時間內容量降低的百分數(shù)d．

使用壽命與貯存壽命一次電池壽命指工作時間，二次電次指充、放電循環(huán)壽命及貯存使用壽命

3．組成a．正極

LiCoO2

+

PVDF+溶劑+乙炔黑+導電基體鋁Al箔b．負極C碳材料+PVDF+溶劑+乙炔黑

+導電基體銅Cu箔先將前幾種物質制備成均勻分散的粘稠狀的漿料，再涂覆于導電箔片上

C

電池容量=Cmˊ活性物比容量

*

m涂布在箔片上的活性物質量c．隔膜PP/PE/PP聚乙烯/聚丙烯復合膜d．電解液1M/LLiF6P有機溶劑EC+DEC+DMCe．外殼Al殼鋼殼鋁復合膜f．其它蓋板鎳帶鋁帶絕緣膠保護片等負極基體：銅箔（約0.015mm厚)負極物質：石墨+CMC+SBR負極集流體：鎳帶（約0.07mm厚）鋰離子電池——負極材質：單層PE（聚乙烯）或者三層復合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：

無色透明液體，具有較強吸濕性。應用：

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）。規(guī)格：

溶劑組成DMC:EMC:EC=1:1:1（重量比）

LiPF6濃度1mol/l質量指標：

密度（25℃）g/cm31.23±0.03

水分（卡爾費休法）≤20ppm

游離酸（以HF計）≤50ppm

電導率（25℃）10.4±0.5ms／cm

工作原理圖：極片制備電芯裝配分級檢測電芯注液、化成二．電芯工藝極片工藝配料

負極(C+導電劑+PVDF液)正極(LiCoO2+導電劑+PVDF液)制漿涂布

尺寸分切輥壓

密度干燥制粘合劑溶液PVDF化成工藝

真空干燥

注液

化成清洗點焊注液孔6h內壓扁

貼蓋板膠測試電壓分選工藝老化分容測自放電分選內阻、電壓成品檢驗入庫出貨售前檢分選厚度液態(tài)鋰離子電池生產所用設備真空攪拌機拉漿機（涂布機）裁切機輥壓機卷繞機激光焊機真空注液機化成檢測柜激光焊機化成檢測柜１．電性能２．安全性能三．電池性能評價a．容量b．內阻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１．電性能Ｂ內阻

R

=Rf+RΩＣ電壓標稱電壓(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±0.1

V(45%～60%容量荷電狀態(tài))現(xiàn)行業(yè)出貨電壓:3.8～3.9V過充電保護電壓:4.28V以下Ｄ厚度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3C倍率，1C放電時間大于60分鐘0.2C2C1C0.5C3C0.2C2C1C0.5C3CBS9300新威容量/循環(huán)測試儀內阻測試儀（一）機理（二）措施（三）項目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

２．安全性能一、電池不安全性的發(fā)生條件與機理發(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。最危險的因素：過充、短路（含內部短路）和高溫沖擊。發(fā)生機制：

由于電池內部溫度過高，引發(fā)系列熱放反應，導致電池內部熱量的大量積累，結果造成電池內壓急劇上升，發(fā)生爆炸、燃燒。表1

鋰離子電池材料的熱穩(wěn)定性溫度范圍℃反應類型反應熱(J/g)評述110-150LixC6

與電解液反應350鈍化層分解130-180聚乙烯隔膜熔化-190吸熱160-190聚丙烯隔膜熔化吸熱180-500Li0.3NiO2

分解600約在200℃釋放O2220-500Li0.45CoO2

分解450約在230℃釋放O250-300Li0.41Mn2O4

分解450約在300℃秋放O2130-220LiPF6分解250放熱較少240-350LixC6與PVDF反應1500反應劇烈不安全行為的發(fā)生機制

A.當電壓超過電解液的分解電壓時（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，電池的放電電流可達20C以上，過大的電流導致電池溫度快速上升；

C.熱沖擊直接導致電池溫度過高當電池溫度達到陽極鈍化層的分解溫度時（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，促使電池溫度繼續(xù)上升。當電池內部局部溫度升高到約200℃時，陰極物質發(fā)生分解析氧，并繼續(xù)同電解液發(fā)生劇烈反應，產生大量的熱量并形成高內壓。從而導致發(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，當充電電壓超過限制時,電極表面發(fā)生聚合成膜，電氧化聚合反應封閉電極表面，阻斷電池反應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；當電池受熱時，內部隔膜中間層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.結構設計指電芯內部安全隔離措施，包括正負、極及隔膜寬度，固定限位片，負極極片兩端貼膠，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的導體將正負極短路。測試前/后電壓(V)內阻(mΩ)厚度(mm)14.171/0.04540.0/605.13.76/4.3124.172/0.02039.7/402.13.82/4.29測試結果：電池短路后不起火、不爆炸。3．項目Ｂ過充電

電池在1C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135℃，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跌落后內阻55.252.055.853.750.653.456.250.4電壓4.174.164.174.174.184.184.164.17放電時間6164626262636361跌落后電芯電壓、內阻、容量等正常，無發(fā)熱、鼓殼等不良跌落測試儀BS9360電池測試儀振動測試儀碰撞測試儀四．應用技術1．應用2．檢測3．加工４．其它Li-ionBattery１．應用領域２．檢測測試方法：1．恒流充電：1C4.2V60min2．恒壓充電：4.2V20mA90min3．恒流放電：1C2.75V70min前三步是用于分選容量4.恒流充電1CXV60min

5．恒壓充電：XV20mA60min

注:此兩步用于補電，要求采用恒流恒壓充電，這樣可獲得電壓一致性好的電芯。測試儀器：BS9083３．加工點焊：鋁殼正極、鋼殼負極最佳點焊位置電芯底部。超聲焊：壓力太大可能會對電芯擠壓。錫焊：不要碰到電芯，否則會造成鼓殼。３．加工貯存：產品在溫度25±10℃、濕度45～85％RH條件下平放貯存，若貯存期在半年以上，則用標準充電方式將電池充電到～

3.90V。反接：勿將電池正負極接反，否則電池發(fā)熱、并損壞。

短路：使用過程及工藝設計要避免短路。