鋰離子電池基本知識(shí)培訓(xùn)

鋰離子電池基本知識(shí)培訓(xùn)Preparedby:殷世抒Date:2012/03/2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(guò)程2.2異常充放電過(guò)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(duì)應(yīng)的關(guān)鍵控制點(diǎn)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(diǎn)；而這些優(yōu)點(diǎn)同時(shí)也帶來(lái)了鋰離子電池的安全性隱患。一般來(lái)說(shuō)，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(jī)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。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(wú)無(wú)對(duì)環(huán)境的影響鎘,嚴(yán)重污染重金屬污染無(wú)污染安全性高高低鋰離子電池為高儲(chǔ)能體2反應(yīng)原理基本反應(yīng)原理：充電過(guò)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(jià)鍵作用下，鑲嵌到石墨分子（6個(gè)碳原子）中。放電過(guò)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2.1正常充放電過(guò)程充電過(guò)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(guò)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

2.2異常充放電過(guò)程過(guò)充電：通常指電壓高于4.2v以上。一般高于4.35v會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷電池性能。從分子層面看，可以直觀的理解，過(guò)度充電將把太多的鋰原子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去，當(dāng)沒(méi)有足夠的石墨分子來(lái)“存放”鋰原子時(shí)，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(zhǎng)越大時(shí)，可能刺穿隔膜導(dǎo)致短路。過(guò)放電：通常指電壓低于3.0v。一般低于2.0v會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷電池性能。過(guò)度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過(guò)度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷。同時(shí)，當(dāng)電池電壓低于銅的氧化電位時(shí)，銅箔將會(huì)溶解進(jìn)入電解液，并在正極片上面結(jié)晶析出，即“析銅”現(xiàn)象。過(guò)電流充（大倍率）放電：可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷電池，導(dǎo)致鼓脹，起火，爆炸等事故。嚴(yán)重過(guò)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(guò)放的可能后果：1）：容量衰減快，電壓衰減快；2）：鼓脹2.3析鋰和析銅的照片析鋰析銅3電池材料3.1正極材料：

材料克容量(mAh/克)平臺(tái)(3.6v)過(guò)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）。

正極材料的晶體結(jié)構(gòu)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(qiáng)，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(wú)定形體在空氣中的著火點(diǎn)很高(1000度以上），但如果顆粒非常小，有明火存在時(shí)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(jī)或無(wú)機(jī)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(wèn)題：卷繞工序?yàn)槭裁匆筘?fù)極必須完全包住正極？3.3隔膜隔膜的成分：PP+PE隔膜的結(jié)構(gòu)分類：?jiǎn)螌?，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(guò)分子直徑比較小的氣體分子，能通過(guò)離子，但不能通過(guò)電子。隔膜的特性:1）受熱收縮：80°以上的環(huán)境中，長(zhǎng)度和寬度兩個(gè)方向都會(huì)受熱收縮；2）離子導(dǎo)通，電子關(guān)斷。3）軟化點(diǎn)130-140°，熔點(diǎn)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(guò)程中，通過(guò)鋰離子穿行來(lái)實(shí)現(xiàn)電荷的轉(zhuǎn)移。小問(wèn)題：1）設(shè)計(jì)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°？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(diǎn)為4°，沸點(diǎn)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(guò)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(wèn)題：午飯后上班時(shí)，手套箱杯子里面的電解液為什么要倒掉？

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(hù)線路或用電器。極耳膠的作用：1）頂封時(shí)，通過(guò)極耳膠把上下兩層鋁塑膜粘合起來(lái)；2）防止金屬片與鋁塑膜的鋁箔短路。小問(wèn)題：1）極耳膠的寬度為什么是5mm而不是4mm？2）頂封時(shí)，極耳膠外露為什么至少要有0.1mm？3.6鋁塑膜鋁塑膜的供應(yīng)商1）Showa，即昭和電工株式會(huì)社。2）DNP，即大日本印刷株式會(huì)社。鋁塑膜的結(jié)構(gòu)鋁塑膜的作用：小問(wèn)題：為什么頂側(cè)封的溫度是180—210°？小問(wèn)題：DNP鋁塑膜封印厚度150-170um是否合理？40um30um30-35um5um5um3.澡7圓柱敘蓋帽蓋帽影的結(jié)介構(gòu)1）鐵佳帽2）PT隊(duì)C3）大厲鋁片4）小海鋁片5）膠超圈小問(wèn)仙題：1）蓋度帽來(lái)叛料為棵什么摔要均寶勻涂掌膠水賭？2）高還倍率蹤蝶電池脊的蓋妙帽為零什么欺沒(méi)有PT惱C？3）短男路測(cè)撕試通乒不過(guò)煉時(shí)，險(xiǎn)為什晌么設(shè)那計(jì)上利在極為耳外糕面焊介接一蘆個(gè)PT句C就可走以通尺過(guò)測(cè)售試？4電池污的主潛要性遍能（1）4.向1容量綢的影盛響因笨素1）正殿極偏湊輕（投材料叫偏少示）2）負(fù)秧極比頑例不構(gòu)夠，爆導(dǎo)致丹正極被容量蛙發(fā)揮務(wù)不出擺來(lái)3）負(fù)幸極未賊包住庭正極彩，析胞鋰導(dǎo)付致容燭量損嗓失4）電涌解液兇性能通不好紀(jì)，或漂電解外液量舞不足5）隔稻膜孔聲隙率端太小柿，鋰領(lǐng)離子較難以易穿過(guò)6）內(nèi)把部短范路導(dǎo)宗致漏瓶電流見(jiàn)偏大7）過(guò)漠充/過(guò)放喬導(dǎo)致通正負(fù)故極或龜隔膜咽嚴(yán)重唉損傷8）鼓獨(dú)脹或撈漏液4電池孩的主枝要性基能（2）4.逆2內(nèi)阻遣的影除響因景素1）電亦解液暴電導(dǎo)底率2）隔翠膜孔鑰隙率3）正客負(fù)極晃材料牲的導(dǎo)功電性4）正所負(fù)極間材料樹(shù)結(jié)構(gòu)首及其剛穩(wěn)定童性5）涂輪布面觀密度丈及壓翼實(shí)密京度6）電僅芯的塘卷繞律結(jié)構(gòu)繪，容盒量7）虛辱焊8）斷筋片9）鼓醉脹或境漏液10）蓋地帽內(nèi)匪部臟知污11）內(nèi)灶部短券路4電池繳的主綠要性貿(mào)能（3）4.鉆3電壓術(shù)衰減1）燒撓極耳2）內(nèi)篩部微廟短路3）過(guò)鞋充過(guò)面放，尖過(guò)流4）鼓猾脹5）保貌護(hù)板投漏電千流大4電池歇的主哭要性撞能（4）4.銀4鼓脹彼的影桶響因定素1）電膽芯內(nèi)刑部水茄含量僚高2）外鉗部短距路3）內(nèi)歌部短測(cè)路4）過(guò)系充，鵲過(guò)放溪，過(guò)少流5）溫勺度過(guò)陡高，才導(dǎo)致錦電解聽(tīng)液分指解6）封隙口不壟良，怨水汽欠進(jìn)入7）電像解液響嚴(yán)重覆不夠4電池蛙的主選要性伙能（5）4.番5起火/爆炸愚的主鬧要原育因1）內(nèi)間部短翠路（批如圓樹(shù)柱電脆芯正局極耳李碰壁途，封淘口短紫路等紙）2）外慢部短揭路3）過(guò)槐充，筒過(guò)放左，過(guò)伯流4）高隔溫導(dǎo)扔致隔冊(cè)膜劇舅烈收另縮