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锂离子电池基础知识 二O一三年六月二十一日 富力电池 2 深圳富力电池有限公司惠州赛能电池有限公司 联系人陈RQ 215573722 富力电池 3 锂离子电池基础知识 一 锂离子电池组成二 锂离子电池材料三 锂离子电池制造工艺四 锂离子电池一些基本概念五 锂离子生产和使用过程常见的一些问题 富力电池 4 一 锂离子电池组成 锂离子主要是由电极 正 负极 隔膜 电解液 外壳等组成 富力电池 5 二 锂离子电池材料 1 正极材料 2 负极材料 3 电解液 4 隔膜 5 外壳 富力电池 6 正极材料 钴酸锂 LiCoO2 性能优势 具有充放电效率高 热稳定性好 循环寿命长 自放电低 工作电压平稳 3 7V 等优点 是目前使用量最大的正极材料 但由于其属于资源类材料 正面临着价格不断上涨的局面 人们正在寻求替代材料 理论容量273 8mAh g 富力电池 7 其它正极材料 锰酸锂 iMn2O4 克比容量低 100mAh g 热稳定性差 自放电较大 压实密度低 使用受到一定的局限磷酸铁锂 LiFePO4 放电平台低 3 2V 压实密度 克比容量有一定的局限性 但由于安全性能优越 正逐步使用在电动工具 矿灯方面三元材料Li Ni1 3Co1 3Mn1 3 O2 克比容量同钴酸锂相当 但压实密度低 电芯对水份要求严格 正在逐步被使用 富力电池 8 负极材料 人造石墨 主要是由易石墨化的软炭材料 石油焦 焦油沥青 针状焦等 经过碳化 石墨化 人造整形 造粒等工序制成 富力电池 9 负极材料 人造石墨特点 性能稳定 循环寿命长 是目前使用量最大的负极材料 人造石墨克比容量在300 330mAh g 理论容量在372mAh g 富力电池 10 负极材料 天然石墨 天然石墨有微晶石墨和磷片石墨两大类 鳞片石墨可用作负极材料 使用前须经过粉碎造粒水洗烘干固相包覆 液相包覆炭化石墨化等一系列过程 包覆的目的是使石墨表层覆盖一层具有弹性包覆层 防止石墨材料在充放电过程中出现粉化现象 理论容量350 365mAh g 富力电池 11 负极材料 其他负极材料 合金类 如 硅碳类 目前处于研发阶段 未商业化使用 富力电池 12 电解液 优势电解液必须满足以下要求 1 电化学稳定性的电位范围宽 0 5V 2 电导率高 粘度低 3 良好的热稳定性 使用范围尽可能宽 高沸点 低熔点 4 化学性能稳定 与电芯内集流体和活性物质不发生化学反应 5 安全低毒 无污染 6 资源丰富 价廉易得 富力电池 13 电解液类别 普通电解液 功能电解液功能电解液 减少产气量电解液 防过充电解液 高温电解液 低温电解液等 我公司减少产气量电解液为普通电解液加1 VC 重量比 目的是更好的生成SEI膜和减少产气量 其他几种功能电解液使用量较少 电解液 富力电池 14 电解液 普通电解液 EC DMC EMC 1 1 1 1mol L LiPF6 EC DMC DEC EMC 2 1 2 1 1mol L LiPF6 等 根据要求不同可选用不同的配比要求 我公司使用的普通电解为EC DMC EMC 1 1 1 1mol L LiPF6 该电解液特点是 常温性能好 在 10 以下和60 以上电芯性能异常 富力电池 15 隔膜 隔膜是电池组成材料中一种极为重要的物料 责任重大 它既要保证将正 负两极完全分开 又要提供锂离子运行的通道 对其性能要求如下 1 化学性能稳定 不参与电芯内化学反应和电化学反应 2 电子的绝缘体 离子运行时阻力小 良好的透气性 孔隙率高 孔径大 厚度薄 富力电池 16 隔膜 3 有足够的机械强度 针刺强度大 保证加工性能 4 对电解液吸附能力强 5 具有优良的热反应能力 PE127 产生热闭合 PP137 产生热闭合 我公司使用隔膜是干法生产的三层隔膜PP PE PP聚乙烯 聚丙烯 富力电池 17 外壳 外壳 钢壳 铝壳 铝塑复合膜等 我公司主要生产铝壳电芯 富力电池 18 三 锂离子电池制造工艺 工艺流程图 配料涂布制片组装激光焊注液化成分容入库包装出货 富力电池 19 正极配料 导电剂 正极材料 LiCoO2 iMn2O4 LiFePO4等 属于半导体 颗粒之间导电能力差 需填充适量的粒径比较小的导电材料 Suerp Li S O 乙炔黑 以增强电子与粒子之间的导电能力 导电材料必须是性能稳定 粒径较小 比表面积适当 PH值接近中性 杂质含量低 易于压实等 导电材料份额根据放电倍率要求不同而加量不同 富力电池 20 正极配料 粘结剂 正极材料 导电剂等须通过粘结剂黏附在集流体上 粘结剂须分散均匀 份量适当 否则易引起黏附不牢或黏附过牢等现象 富力电池 21 负极配料 负极配料 情况同正极基本相当 富力电池 22 涂布 正 负极涂布须保证涂布面密度均匀 烘烤温度适当 各项参数满足工艺要求 富力电池 23 制片 正 负极制片压实密度至关重要 富力电池 24 组装 1 上线前极片必须经过全检 不良极片必须挑出返修或报废 2 卷绕时负极必须包住正极 3 注意跟进卷绕短路及拉尾短路情况 富力电池 25 注液 环境 注液量 铝壳外观要特别关注 化成 环境 参数设置 铝壳外观要特别关注 分容 参数设置 合格率等 富力电池 26 四 锂离子电池一些基本概念 容量 电池容量指在一定的放电条件下 电池所能放出的容量 单位是mAh或Ah 分理论容量 实际容量和额定容量 理论容量 理论上电池应该放出的电量 是理论值 计算值 实际容量 在一定放电条件下 电池实际放出的电量 是实际值 额定容量 额定容量又叫标称容量 是指在设计和制造电池时 规定电池在一定条件下应该放出的最低限度容量 三者之间的关系 理论容量 实际容量 额定容量 富力电池 27 电池电压 电压 电压分开路电压 工作电压 充电电压 放电电压 中值电压 平台电压 上限电压 下限电压 电动势等 开路电压 在外线电路断开时 电极两端之间的电位差 工作电压 电池在工作时 电池两极之间的电位差 充电电压 电池在充电时 电池两极之间的电位差 富力电池 28 电池电压 放电电压 电池在放电时 电池两极之间的电位差 中值电压 电池在放电量中点时的电压 平台电压 部分材料具有典型的放电平台 钴酸锂 磷酸铁锂等 放电平台的电压叫平台电压 钴酸锂平台电压3 6V 磷酸铁锂3 2V 上线电压 设定值 规定电池充电的最高电压 下限电压 设定值 规定电池放电的最低电压 电动势 理论值 正 负极理论电极电位之差 富力电池 29 内阻 内阻 电流通过电池内部时 遇到的阻力叫内阻 它分为欧姆内阻和极化内阻 欧姆内阻 电极材料 电解液 隔膜电阻及各部件接触内阻之和 属物理内阻 极化内阻 包括电化学极化和浓差极化引起的内阻 富力电池 30 循环寿命 电池在完成一个充放循环叫一个周期 在一定的放电制度下 电池容量降至规定值之前 循环后容量 循环前容量 60 完成循环的次数叫循环寿命 富力电池 31 自放电 在外线电路断开时 电池出现容量下降 电压减低的现象叫自放电 锂离子电池月自放电率规定小于3 安全性能 锂离子电池安全性能包括过充 过放 短路 热冲击 针刺 跌落 重物冲击等 富力电池 32 五 锂离子电池在生产和使用过程中常见的一些问题 1 制造过程中常见的问题 我公司电池分类中有A品 B品 C品之分 同一型号电池在不同批次生产中结果不同 这就是工序控制能力不一致造成的 常见的问题有容量低 厚度厚 内阻高 低压多 鼓壳甚至爆炸等 须引起我们足够的关注 造成电池不良原因主要有以下几个方面 配料 配料过程导电剂加量不当 粘结剂加量不当或分散不均匀都会出现低容量 高内阻 循环性能差 内阻 厚度变化大等一系列的问题 富力电池 33 极片不良 极片边缘有毛刺 折角 破损 折痕等不良时 生产出的电芯会出现容量低 低压 鼓壳甚至爆炸 因此严格控制极片质量 把好极片质量关非常重要 注液 注液手套箱温湿度控制 注液量等对电芯质量影响较大 手套箱湿度大时电芯会出现容量低 厚度厚等 注液量不足时 电芯会鼓壳甚至爆炸 富力电池 34