《锂电池培训资料》PPT课件.ppt

锂电池初级培训 1 常见电池分类2 锂电池的基础知识3 锂电池的应用场合4 电芯品牌的鉴别5 电池保护板浅谈6 电池的相关认证7 锂离子电池性能8 电池的价格组成与核算 常见电池分类 一次电池 不可充电电池 金属锂电池 锂锰电池 锂亚电池 锂铁电池 干电池 锌锰干电池 碱性锌锰电池 贮备电池 银锌电池二次电池 可充电电池 可充电电池 铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池 锌空气电池 液态锂离子电池 聚合物锂离子电池其它电池 只能发电 不能储电 燃料电池 氢氧燃料电池 直接甲醇燃料电池 太阳能电池 单晶硅太阳能电池 多晶硅太阳能电池 非晶硅太阳能电池 光敏化学太阳能电池 锂电池与其他二次电池的对比 锂离子电池的基础知识 锂离子电池外壳的分类 钢壳锂离子电池1 早期角形锂离子电池大多为钢壳 多用于手机电池 后由于钢壳重量比能量低 且安全性差 逐步被铝壳和软包装锂离子电池所替代 目前仍有一些小厂采用钢壳制作B品手机电池和一些低附加值的MP3 MP4电池 2 但在柱式锂电池当中 有另外一种景象 绝大部分厂商都以钢材作为电池外壳材质 因为钢质材料的物理稳定性 抗压力远远高于铝壳材质 在各个厂家的设计结构优化后 安全装置已经放置在电池芯内部 钢壳柱式电池的安全性已经达到了一个新的高度 君不见目前绝大部分的笔记型电脑电池的电芯均以钢壳作为载体的 铝壳锂离子电池铝壳锂离子电池由于质量较轻且安全性稍优于钢壳锂离子电池 目前已成为手机电池的主力军 由于铝壳开模成本较高 因此型号比较少 且订单起订量要求较高 主要型号集中于一些常见手机电池型号 软包装锂离子电池软包装锂离子电池由于其质量轻 开模成本较低 安全性高等优点 逐步在扩大其市场份额 主要应用于数码产品 目前也逐渐往手机 笔记本电脑 电动工具等市场发展 可以预见在未来几年内软包装锂离子电池的市场份额还将继续稳步扩大 应用范围更加广泛 因外包为铝塑膜 抗压力很弱 限于目前国内封装厂的技术和环境限制 发生鼓胀的比例还是较为偏高 锂离子电池正极材料的分类 钴酸锂正极材料目前用量最大最普遍的锂离子电池正极材料 其结构稳定 比容量高 综合性能突出 但是其安全性差 成本非常高 主要用于中小型号电芯 标称电压3 7V 锰酸锂正极材料一种成本低 安全性好的正极材料 但是其材料本身并不太稳定 容易分解产生气体 因此多用于和其它材料混合使用 以降低电芯成本 但其循环寿命衰减较快 容易发生鼓胀 寿命相对短 主要用于大中型号电芯 动力电池方面 其标称电压为3 8V 锂镍钴锰三元正极材料一种在容量与安全性方面比较均衡的材料 循环性能好于正常钴酸锂 前期由于技术原因其标称电压只有3 5 3 6V 在使用范围方面有所限制 但到目前 随着配方的不断改进和结构完善 电池的标称电压已达到3 7V 在容量上已经达到或超过钴酸锂水平 全球5大电芯品牌SANYO PANASONIC SONY LG SAMSUNG已推出三元材料的电芯 相当部分的笔记型电池线都用三元材料的电芯替换了之前的钴酸锂电芯 SANYO SAMSUNG柱式电池方面更是全面停产钴酸锂电芯转向三元电芯的制造 目前国内外小型的高倍率动力电池大部分使用三元正极材料 磷酸铁锂正极材料目前广受关注的一种新兴锂离子电池材料 其突出特点是安全性非常好 不会爆炸 循环性能非常优秀可达到2000周 这些特点使其非常适合电动汽车 电动工具等领域 其标称电压只有3 2 3 3V 因此其保护线路部分也与常用锂离子电池有所区别 但他的缺点也比较明显 能量密度远低于钴酸锂和三元材料 锂离子电池正极材料的特性 锂离子电池主要结构成分 正极材料 钴酸锂 锰酸锂 磷酸铁锂 镍钴锰酸锂 镍钴酸锂等及其混合物 负极材料 人造石墨 改性天然石墨等 隔膜材料 聚乙烯薄膜 聚丙烯薄膜或两者的复合膜 电解液 EC PC DEC DMC EMC等溶剂和六氟磷酸锂配成的溶液 正负极端子 正负极耳 外壳 钢壳 铝壳 铝塑膜 锂离子电池的工作原理 充电 放电 锂电池的应用场合消费类电子 消费类电子 消费类电子 消费类电子 消费类电子 高端消费类电子 工业工具类电子 新型电子产品 仪器仪表产品 仪器仪表产品 仪器仪表产品 医用设备仪器产品 行政办公产品 电芯品牌的鉴别 国外主要圆柱锂离子电池供应商SANYO SONY PANASONIC LG SAMSUNG等 国内主要一线圆柱锂离子电池供应商力神 比克 ATL等 国内主要二线圆柱锂离子电池供应商华粤宝 创明 豪鹏 德朗能 毅力 国外主要铝壳锂离子电池供应商SANYO LG SAMSUNG PANASONIC 国外主要锂聚合物电池供应商SONY SAMSUNG 国内主要铝壳锂离子电池供应商比亚迪 力神 光宇 比克 邦凯 国内主要锂聚合物电池供应商ATL 力神 优科 国内主要软包锂离子电池供应商优科 精进能源 力神 光宇 TCL 邦凯 美拜 柱式电芯 三洋电芯 红色透明外包软PVC材质唯有三洋独有 所有电芯均统一包装 容量级别和类型区别在正极绝缘帽颜色 松下电芯 松下独有的点阵标示 所有电芯均统一包装 容量级别和类型区别在PVC颜色 索尼电芯 索尼标示 UL认证标志 批号 区域号 LG电芯 LG标示 生成批号 区域 客户代码 三星电芯 配对代号 容量标示2200mah 批号 三星SDI标示 比克电芯 配组代号 比克标示 创明电芯 德赛聚能电芯 德赛的开头英文字母 电池满载电量 批号 生产日期信息条码 锂电池保护板浅谈 锂电池 可充型 之所以需要保护 是由它本身特性决定的 由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充 过放 过流 短路及超高温充放电 因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板出现 主流保护IC提供商 硬件保护系列日系主流 精工 理光 美之美 三菱台系主流 新德 富晶 软件保护系列美系 德州仪器 美信日系 索尼 三菱台系 O2 ATMEL 硬件保护和软件保护的对比 硬件保护电路的保护参数是预先在IC内部设定好的 外部无法更改保护参数 优点是性能稳定价格低廉 缺点是参数只能一对一对号入座 软件保护智能保护芯片的保护参数可以通过上位机电脑对线路板进行设定编程 以达到最终想要的保护参数 优点是通用性强 应用范围广 缺点是价格昂贵 软件操作稍复杂 硬件保护充电控制 IC 过放控制 过充控制 充电 电量 硬件保护充电控制 IC 过放控制 过充控制 充电 电量 硬件保护充电控制 IC 过放控制 过充控制 充电 电量 硬件保护充电控制 IC 过放控制 过充控制 充电 电量 硬件保护充电控制 IC 过放控制 过充控制 充电 电量 STOP 3 8 4 1V 此时充电控制MOS打开 硬件保护放电控制 IC 过放控制 过充控制 放电 电量 硬件保护放电控制 IC 过放控制 过充控制 放电 电量 硬件保护放电控制 IC 过放控制 过充控制 放电 电量 硬件保护放电控制 IC 过放控制 过充控制 放电 电量 硬件保护放电控制 IC 过放控制 过充控制 放电 电压 2 3 2 5V 此时放电控制MOS打开 STOP 主流硬件保护电路原理图 主题以目前主流硬件保护IC厂家精工 SEIKO 作为参考范例 主流单节保护原理图 S 8261系列电路 主流两节保护原理图 S 8242系列电路 S 8232系列电路 主流三节保护原理图 S 8254A系列三节接线电路 主流四节保护原理图 S 8254A系列四节电路 采用BQ26500单节智能电池硬件保护原理图 采用BQ20Z75多节智能SMBUS通讯协议软件电池原理图 18650专用3 7V单节板 保护板实物图 普通两节7 4V保护板 带温度开关的两节7 4V保护板 带电量管理两节7 4V智能硬件保护板 普通三节11 1V保护板 大电流三节11 1V保护板 带SMBUS通讯协议的三节大电流硬件保护板 保护板正面 保护板背面 普通四节保护板 大电流普通四节保护板 大电流带虚拟电量显示及充放电独立的四节保护板 带I2C通讯协议和电量平衡的智能大电流七节软件控制保护板 锂离子电池性能 常规性能 容量电压内阻可靠性性能 循环寿命放电平台自放电贮存性能高低温性能安全性能过充短路针刺跌落湿水低压振动 容量 电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量 以符号C表示 常用的单位为安培小时 简称安时 Ah 或毫安时 mAh 电池的容量可以分为理论容量 额定容量 实际容量 理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得的最高理论值 为了比较不同系列的电池 常用比容量的概念 即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量 单位为Ah kg mAh g 或Ah L mAh cm3 实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量 它等于放电电流与放电时间的乘积 单位为Ah 其值小于理论容量 额定容量也叫保证容量 是按国家或有关部门颁布的标准 保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量 电压 开路电压电池在开路状态下的端电压称为开路电压 电池的开路电压等于电池的正极的还原电极电势与负极电极电势之差 工作电压工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示的电压 又称放电电压 在电池放电初始的工作电压称为初始电压 电池在接通负载后 由于欧姆电阻和极化过电位的存在 电池的工作电压低于开路电压 内阻 电流通过电池内部时受到阻力 使电池的电压降低 此阻力称为电池的内阻 电池的内阻不是常数 在放电过程中随时间不断变化 因为活性物质的组成 电解液浓度和温度都在不断地改变 电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻 极化内阻又包括电化学极化与浓差极化 内阻的存在 使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压 充电时端电压高于电动势和开路电压 欧姆电阻遵守欧姆定律 极化电阻随电流密度增加而增大 但不是线性关系 常随电流密度的对数增大而线性增大 循环寿命 电池在完全充电后完全放电 循环进行 直到容量衰减为初始容量的75 此时循环次数即为该电池之循环寿命循环寿命与电池充放电条件有关锂离子电池室温下1C充放电循环寿命可达300 500次 行业标准 最高可达800 1000次 放电平台 锂离子电池完全充电后 放电至3 6V时的容量记为C1 放电至3 0V时的容量记为C0 C1 C0称为该电池之放电平台行业标准1C放电平台为70 以上放电平台对手机电池使用效果影响最大 关系到手机通话的声音清晰度 自放电 电池完全充电后 放置一个月 然后用1C放电至3 0V 其容量记为C2 电池初始容量记为C0 1 C2 C0即为该电池之月自放电率行业标准锂离子电池月自放电率小于8 我们可以做到3 5 电池自放电与电池的放置性能有关 其大小和电池内阻结构和材料性能有关 关于电池的安全问题 Sony锂离子电池安全事故 松下锂离子电池安全事故 国内锂离子电池安全事故 锂离子电池安全性问题 锂离子电池安全性问题原因 安全性解决方法 Sony电池安全事故 2006年6月21日于日本大阪举行的一次重要会议上一台正在演示的戴尔笔记本突然爆炸起火 后来证实此电脑采用索尼OEM的锂离子电池组 随后索尼锂离子电池组遭到大多数笔记本厂商的召回 截止目前 各PC厂商所召回的索尼电池数量已将近800万块 其中 戴尔420万块 苹果180万块 东芝83万块 联想52 6万块 富士通28 7万块 直接损失近4亿美元 松下电池安全事故北京时间2007年8月16日消息 据国外媒体报道 在索尼笔记本电池召回事件一年后 一个类似的事件再度困扰日本家电企业 这次事件的主角是松下电器 被召回的产品是手机锂电池 这起事件也凸显出电池工业正在面临的巨大挑战 诺基亚周二宣布 松下制造的部分锂离子电池存在过热的问题 公司将主动召回这些产品 并为用户更换电池 据悉 与此次召回事件有关的手机高达4600万部 目前尚不清楚该公司将召回和更换多少块电池 但其召回的数量预计比索尼电池事件高出四倍多 成为业内最大的一起电池召回事件 松下目前是全球四大锂电池生产商之一 该公司表示 其电池问题是在制造过程中产生的 当用于防止短路的一个绝缘层发生破损时 过热现象就会产生 诺基亚称 迄今为止 松下锂电池造成的过热问题仅报告了100起 而且没有造成严重伤亡事件 尽管如此 诺基亚仍将采取预防措施 更换所有生产日期在2005年12月和2006年11月之间产地为大阪的同类电池 松下预计将承担更换电池的大部分费用 费用估计将高达1 7亿美元 国内锂离子电池安全事故2007年6月19日 位于甘肃省金塔县双城镇的营盘铁选厂一电焊工作业时 手机电池突然爆炸 导致其肋骨断裂并刺破心脏而死亡 事件发生后 金塔县立即成立联合调查组展开调查 据该厂一位知情人透露 死者名叫肖金鹏 是该厂的一名电焊工 今年22岁 6月19日端午节那天中午 当地气温较高 肖金鹏戴着面罩作业时 其装在胸前衣兜里的手机突然一声巨响 肖金鹏倒在了血泊中 后其被送往医院经抢救无效死亡 事后他们才知道 是手机电池爆炸炸死了他 警方勘查现场并进行尸检后初步认为 肖金鹏是由于手机电池在高温下发生爆炸 被炸断肋骨刺破心脏身亡的 关于电池的安全问题 锂离子电池安全问题的原因目前广泛使用的锂离子电池正极材料为钴酸锂 钴酸锂理论克容量为270mAh g 但是实际只能发挥135 140mAh g的容量 过多的发挥会破坏其材料结构 如发生某些意外 比如管理系统损坏而导致电池充