锂电池工作原理.ppt

锂离子电池的工作原理 及安全性 2005年8月 目录 锂离子电池的工作原理及组成 锂离子电池的性能及测试 影响锂离子电池安全性的因素 改善电池安全性的措施和方法 18650 电池示意图 隔膜 正极 负极 安全阀 电解液 锂离子电池的工作原理 Li+ + 6C + eLiC6LiMO2MO2 + Li+ + e 锂电制作的一般流程 配浆涂布辊压 装配注液化成 检测出货 如何评价锂离子电池 安全性: 短路, 过充, 热冲击 稳定性: 循环和存储 容量: 电池的重量能量比和体积能量比 锂离子电池的测试 安全性: 外短路, 针刺, 过充, 热冲击. 稳定性: 循环500 次和存储性能. 电化学性能: 容量, 不同倍率电流放电性 能，高低温放电等. 可靠性测试: 振动, 撞击, 跌落, 挤压. 不同倍率电池放电性能 不同倍率放电容量相近 不同温度下的电池放电特性 1C at 55oC 1C at 25oC 0.5C at -20oC 锂电池安全性 由于能量密度较高, 锂电较容易发生安全 性事故. 在使用锂电过程中, 除要求电芯本身要安 全可靠外, 成品电池要有保护线路板. 国际上有关锂电池爆炸的报道 2004年全球共有一百二十万电池和电池组被招回 影响锂离子电池安全性 的内部因素(1) 材料: 正极材料: LiCoO2的热稳定性及其与电解 液反应活性 负极材料的稳定性及配比 电解液的组成 隔膜的选择 材料体系影响整个电池的过充和热稳定性 影响锂离子电池安全性 的内部因素(2) 电池结构 结构设计的合理性 工艺 电池制作的过程控制: 极片毛刺, 极粉脱落, 卷绕对位. 不良电池的筛选 内短路: 微短路, 结构性内短路 微短路 主要由正负极片上微粉或凸点刺穿隔膜, 引起 电芯内部短路造成. 轻微的将造成自放电率高 严重的将造成电池爆炸 极粉刺穿隔膜造成电池爆炸 极粉内短路 内层负极片掉粉刺穿隔膜, 造成电芯鼓胀 电芯内部短路 主要由于电芯极耳过长, 与极片或与壳体 接触造成短路. 或极耳压迫卷芯, 导致正负极短路. 引起电芯发烫, 严重时会导致爆炸. 过充电(电压) 外短路 过温: 150度 30 分钟 以上几种情况均有可能导致电池发生 安全性事故 影响锂离子电池安全性 的外部因素 如何防范电池出现安全问题(1) 针对电池的内短路主要从以下几个方面 解决 电池结构设计优化 在关键工序使用自动化设备和改善工夹具 通过严格存储条件筛除微短路和内短路电芯 同时材料体系的稳定性也有助于安全性的改 善. 微短路和内短路电芯的筛除 自放电严重的电芯有安全隐患 半荷电电芯, 正常情况下, 开路电压大约1个月 压降为15-20mV, 2 个月的压降为25-35mV, 半年压降为50-60mV. 通过严格存储条件, 可把有微短路和内短路隐患的 电芯筛除. 如何防范电池出现安全问题(2) 针对外短路, 过充，和热稳定性主要从电 池的材料体系来解决 正负极材料的的选择和处理 电解液组成及添加剂 提高电池本身稳定性和安全性. 过充安全性 主要与电芯正极材料有关. LiCoO2 在 4.2V 时, 结构不稳定并放出氧气. 同时电解液在4.2V 时分解, 与LiCoO2反 应产生大量热. 导致电芯内压急剧升高发生爆炸. 正负极材料的选择和二次处理 选择安全性和稳定性较好的正负极材料 对比表面较大的材料采取二次处理的方式, 以 降低正负极材料的反应活性. 其好处是明显的 电解液的添加剂 改善电池的稳定性: 提高电池的循环性和 存储性 改善电池的过充安全性 提高电芯的高，低温性能. 小结 锂离子电池是高能量, 长寿命的移动能源. 但有 一定安全隐患. 评价锂离子电池优主要从三个方面:安全性, 稳