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锂离子电池基本知识培训资 料二一一七年二月 锂离子电池基本知识锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLIB)两类。其中，液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4或，LiFePO4负极采用锂-碳层间化合物LixC6。电解质为溶解有锂盐LiPF6，LAsF6等的有机溶液。典型的电池体系为 LiC6|LiFP6-EC十DEC|LiCoO2放电时,锂与碳的相嵌化合物中的锂,从负极溶解形成锂离子到电解液中,穿过电解液并在正极晶体中嵌入形成嵌入化合物.充电时,在正极嵌入的锂离子重新回到电解液中,然后在负极上与碳形成嵌入化合物,周而复始。在充、放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象地称为“摇椅电池”(Rocking Chair Batteries缩写为RCB)。锂离子电池一般可分为液态锂离子电池和固态锂离子电池。聚合物锂离子电池属于固态锂离子电池中的一种电池。锂离子电池从外形分类一般分圆柱形和方形两种，聚合物锂离子电池除制成圆形和方形外，还可根据需要制成任意形状。电池内阻电池内阻有欧姆电阻和电极在电化学反应时所表现的极化电阻。欧姆电阻、极化电阻之和为电池的内阻。欧姆电阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。隔膜电阻是当电流流过电解液时，隔膜有效微孔中电解液所产生的电阻。开路电压和工作电压开路电压是指外电路没有电流流过时电极之间的电位差，一般开路电压小于电池电动势。工作电压又称放电电压或负荷电压，是指有电流通过外电路时，电池两极间的电位差。工作电压总是低于开路电压，因为电流流过电池内部时，必须克服极化电阻和欧姆内阻所造成的阻力。电池的工作电压与放电制度有关，即放电时间、放电电流、环境温度、终止电压等都影响电池的工作电压。 (1)放电方法 放电方法分恒流放电和恒阻放电两种。此外，还有连续放电与间歇放电。连续放电是指在规定放电条件下，连续放电至终止电压。间歇放电是指电池在规定的放电条件下，放电间断进行，直到所规定的终止电压为止。 (2)终止电压 电池放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压称为终止电压。一般在低温或大电流放电时，终止电压低些。因为这种情况下，电极极化大，活性物质不能得到充分利用，电池电压下降较快。小电流放电时，终止电压可高些。因小电流放电，电极极化小，活性物质能得到充分利用。 (3)放电电流 在谈到电池容量或能量时，必须指出放电电流大小或放电条件，通常用放电率表示。放电率指放电时的速率，常用“时率”和“倍率”表示。时率是指以放电时间h)表示的放电速率，即以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数。例如，电池的额定容量为30Ah，以2A电流放电，则时率为30Ah2A15，称电池以15小时率放电。“倍率”指电池在规定时间内放出其额定容量所能出的电流值，数值上等于额定容量的倍数。例如，2“倍率”的放电，表示放电电流数值为额定容量的2倍，若电池容量为3 Ah，那么放电电流应为236A，也就是2“倍率”放电。换算成小时率则是3Ah6Al2小时率。电池放电电流(I)、电池容量(C)、放电时间(t)的关系为 ICt电池的容量与比容量电池容量是指在一定的放电条件下可以从电池获得的电量分理论容量、实际容量和额定容量。理论容量 活性物质的理论上可发挥的容量实际容量(C) 实际容量是指在一定的放电条件下，电池实际放出的电量。额定容量(C)在设计和制造电池时，规定电池在一定放电条件下应该放出的最低限度的电量。实际容量总是低于理论容量。电池容量是指其中正极(或负极)的容量。电池工作时，通过正极和负极的电量总是相等。因此实际工作中常用正极容量控制整个电他的容量，而负极容量过剩。电池寿命一次电池的寿命是表征给出额定容量的工作时间(与放电倍率大小有关)。二次电池的寿命分充、放电循环使用寿命和湿搁置使用寿命。蓄电池经历一次充放电，称一个周期。在一定的放电制度下，电池容量降至规定值之前，电池所经受的循环次数，称使用周期。影响蓄电池循环使用寿命的主要因素有：在充放电过程中，电极活性物质表面积减小，电极上活性物质脱落或转移；电极材料发生腐蚀；电池内部短路；隔膜损坏和活性物质晶型改变，活性降低。锂离子电池的性能包括电池充放电特性、温度特性、循环寿命、自放电特性、安全性等。隔膜隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开采，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂离子电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。由此可见，电池种类不同，隔膜性能也要求不一样，就需要使用不同的隔膜材料。电池中常用的隔膜材料一般是用纤维素纸或非织物、合成树脂制得的多微孔膜。锂离于电池一般采用高强度、薄膜化的聚烯烃系多孔膜。常用的隔膜有PP（聚丙烯）和PE（聚乙烯）微孔隔膜、PE-PP-PE微孔隔膜等。浆料粘度制备电极浆料时，粘度是浆料的一项重要性能指标，粘度太小，电极活性物质会产生沉淀，浆料粘度会随时间变化，导致浆料性能不稳定，影响电极质量；粘度过大，不能将电极活性物质分散，同样会降低电极质量。浆料粘度的主要影响因素是浆料的配比和电极活性物质的性能(如形态、粒度、比表面积等)。锂离子电池制造过程1）配料用专门的溶液和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。正极：磷酸铁锂（LiFePO4），负极：石墨2）涂布将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片。正极使用铝箔，负极铜箔。3）装配按负极片隔膜正极片隔膜自上而下的 顺序放好，经卷绕或叠片制成电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池装配过程。制成成品电池。4）化成电池制造后，通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成，电池只有经过化成后才能体现真实性能。5）分容电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电池按容量分类的过程称为分容。用专用的电池检测柜对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测。筛选出合格的成品电池，待出厂。1、锂离子蓄电池由那些原材料组成正极活性物质，负极活性物质，铜箔，铝箔，隔膜，电解液，外壳等材料组成。2、锂离子蓄电池型号与电池的那些特征有关？电池的外形长、宽、高及电池的容量。3、影响锂离子电池循环性能的两个最重要的因素是什么？活性物质的性质和杂质的种类、含量。4、如何在生产过程中控制电池内部的水份？1、作好防潮、防湿处理。2、缩短操作时间，减少极片在空气中暴露时间。3、合理正确地进行烘烤作业。4、尽量在干燥环境下进行作业。5、 锂离子蓄电池的活性正极材料是什么？锂盐；如钴酸锂，锰酸锂，镍酸锂，磷酸铁锂（LiFePO4）等。6、 锂离子蓄电池的活性负极材料是什么？石墨粉7、 电极材料为何要加入导电剂？在电池工作时，电池的活性物质无论充放电都不会溶解在电解液中，为加强活性物质与铝箔的导电性，而加放导电剂。8、 锂离子蓄电池的电解液的组成是什么？常用的为六氟磷酸锂LiPF69、 配料的目的是什么？使活性物质分散均匀，便于拉浆均匀，上浆量恒定。10、正、负极片涂布的三个基本参数涂布温度、速度、敷料量。11、 如何控制极片的敷料量？根据正负极浆料的固含量、比重调节涂布机机头刀具间隙，控制涂布的厚度，以达到控制。12、 如何头判定涂布过程中极片的质量好坏极片表面平整、光滑、敷料均匀、附着力好、干燥，不脱料、不掉料、缺料、无积尘、无划痕、无气泡的极片为好的极片，有缺陷的为不好的极片。13、 正、负极片裁片的主要的设备。裁纸器、裁片机。14、 正、负极片的主要注意事项。1、检查刀口有无毛刺、不平，作业时注意用刀的安全。2、正负极裁片用刀不可混用。3、在裁片过程中随时检查极片的质量，将不合格的分档分开，不可混淆放置。4、裁完的片经检查后极时转入以后的工序作业中。15、 正、负极正烘烤的目的是什么？除去极片内的水份和有机溶剂。16、 正、负极片辊压的目的？使活性物质与铜箔、铝箔接触紧密，减小电子的移动距离，降低极片的厚度，增加装填量，提高电池体积的利用率。从而提高电池的容量。17、 辊压厚度对电池性能有什么影响？辊压厚度太厚时，容易使电池内活性物质量减少，单位体积的活性物质量的减少和极化电位的增大，从而造成电池的容量降低。辊压厚度太薄时，容易造成电池内的活性物质量增加，极片表面有效面积减小，从而造成活性材料的浪费和大电流的困难。18、 为什么要进行刷片操作？清除极片上的积尘，积料，毛刺等。19、 焊接极耳的设备？正极用超声波焊机，负极用电阻点焊机。20、 装配车间的湿度对电池质量有什么影响？装配车间内的湿度大时，极片吸水量大，增加了极片的水份含量，在电池中产生气体量增加，使电池的内压增加，危害电池的安全性能。湿度小反之。21、 装配车间中空调机和除湿系统的作用？保持室内的温度恒度，减小室内的湿度，以提高电池的性能。22、 卷绕电池芯的主要注意事项？1、极片与隔膜纸铺平对齐。用手按住极片与隔膜纸时，用力大小适中均匀。电池芯卷绕松紧适当。2、注意极片上有无划痕、掉料、缺料、气孔、起泡等不良及隔膜纸有无不良，如有作废品处理。3、卷绕时注意手脚的谐调性，不被卷针划伤手。23、电池芯贴胶纸的目的和位置？电池芯贴纸的位置在电芯卷绕成型后不变形。底部贴胶纸防止电芯内的正极片底部与电池外壳接触电池造成短路。侧面贴纸使电芯卷绕成型后不变形。底部贴胶纸防止电芯内的正极片底部与电池外壳接触造成电池短路。24、为何极耳也要贴胶纸？增加牢固性和防止极耳接触产生短路。25、如何在现有条件下防止未封口电池在车间吸水？1、作业电池应少量多次。缩短电池在空气中暴露时间。2、作业完毕的电池及时转送到下一工序。尽量缩短电池在制程中的停滞时间。26、 干燥房的湿度对电池的性能有什么影响？湿度增加使电池芯的吸水量增大，使电池的容量下降，内压增加。27、如何尽量防止湿气进入干燥房？少进少出，少开门，干燥房的门不能同时打开。28、