电芯技术知识

电芯技术知识(三楼会议室，2014年2月13日),沃特玛电池有限公司电芯研究所许辉,电芯技术知识,电芯作用电芯结构组成电芯工作原理电芯制作工艺流程电芯性能电芯异常分析磷酸铁锂电芯优势,电芯作用,电芯技术知识,电芯作用电芯结构组成电芯工作原理电芯制作工艺流程电芯性能电芯异常分析磷酸铁锂电芯优势,电芯结构组成,磷酸铁锂电池结构示意图,安全气囊,电芯结构组成,正极基体：铝箔（约0.018mm厚),正极物质：LiFePO4+SP+KS-6+PVDF,正极集流体：铝带（约0.1mm厚）,磷酸铁锂电池电池-正极片,电芯结构组成,磷酸铁锂电池电池-负极片,石墨的分类：人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、碳纤维,负极基体：铜箔（约0.009mm厚),负极物质：石墨+SP+LA133,负极集流体：镍带（约0.07mm厚）,电芯结构组成,材质：单层PE（聚乙烯）或者三层复合PP（聚丙烯）+PE+PP厚度：单层一般为0.0160.020mm三层一般为0.0200.025mm,磷酸铁锂电池电池-隔膜,1.使电池的正，负极分隔开来,防止短路；2.吸附电池中电解液，确保高的离子电导率；3.有的还能防止对电池反应有害的物质在电极间迁移；4.保证在电池发生异常时使电池反应停止，提高电池的安全性能。,隔膜的作用：,电芯结构组成,磷酸铁锂电池电池-电解液,性质：无色透明液体，具有较强吸湿性。应用：主要用于可充电锂离子电池的电解液，只能在干燥环境下使用操作（如环境水分小于20ppm的手套箱内）。规格：溶剂组成DMC:EMC:EC=1:1:1LiPF6浓度1.01.2mol/l质量指标：密度（25）g/cm31.230.03水分（卡尔费休法）20ppm游离酸（以HF计）50ppm电导率（25）10.40.5ms/cm,电芯技术知识,电芯作用电芯结构组成电芯工作原理电芯制作工艺流程电芯性能电芯异常分析磷酸铁锂电芯优势,电芯工作原理,正极反应：,负极反应：,电池反应：,磷酸铁锂电池电池工作原理,电芯工作原理,LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过隔膜向负极迁移；在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。,电芯技术知识,电芯作用电芯结构组成电芯工作原理电芯制作工艺流程电芯性能电芯异常分析磷酸铁锂电芯优势,电芯制作工艺流程,打浆,关键工艺参数：固含量转速打浆时间,电芯制作工艺流程,涂布,关键工艺参数：涂布速度面密度烘烤温度,电芯制作工艺流程,对辊,关键工艺参数：压实密度压实厚度,电芯制作工艺流程,裁小片,关键工艺参数：极片长度极片宽度,电芯制作工艺流程,焊极耳,超声波金属点焊机,关键工艺参数：焊接强度焊接面积,电芯制作工艺流程,卷绕,关键工艺参数：卷绕速度隔膜张力,电芯制作工艺流程,滚槽,关键工艺参数：槽高总高扩口,电芯制作工艺流程,烘烤,关键工艺参数：烘烤温度烘烤时间真空度水含量,电芯制作工艺流程,注液,关键工艺参数：注液量真空度真空时间,电芯制作工艺流程,封口,关键工艺参数：封口总高封口肩高拉断压力开启压力,电芯制作工艺流程,预充分容,关键工艺参数：化成：0.05C恒流充120min0.15C恒流充300min高温老化：453天分容：1C放至2.0V1C充至3.65V3.65V充至0.03C1C放至2.0V循环2次，结束,电芯技术知识,电芯作用电芯结构组成电芯工作原理电芯制作工艺流程电芯性能电芯异常分析磷酸铁锂电芯优势,电芯性能,常规性能：容量电压内阻可靠性性能：循环寿命自放电贮存性能高低温性能倍率性能安全性能过充短路针刺跌落浸水挤压振动,电芯性能-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，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。,电芯性能-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电位的存在，电池的工作电压低于开路电压。,电芯性能-电压,重量比能量120.6Wh/kg放电能量17.8Wh、容量5.6Ah标称电压3.18V,电芯性能-电压,重量比能量165.7Wh/kg放电能量26.43Wh、容量7.0Ah标称电压3.78V,电芯性能-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。,电芯性能-循环寿命,电芯性能-高低温性能,电芯性能-倍率性能,电芯技术知识,电芯作用电芯结构组成电芯工作原理电芯制作工艺流程电芯性能电芯异常分析磷酸铁锂电芯优势,电芯异常分析,a.附料量偏少；b.极片两面附料量相差较大；c.极片断裂；d.电解液少；e.电解液电导率低；f.正极与负极配片未配好；g.隔膜孔隙率小；h.胶粘剂老化附料脱落；i.卷芯未烘干或电解液未渗透；j.分容时未充满电；k.正负极材料比容量小。,低容,电芯异常分析,高内阻,、正极配料导电剂过少（材料与材料之间导电性不好，因为锂钴本身的导电性非常差）。、正极配料粘结剂过多（粘结剂一般都是高分子材料，绝缘性能较强）。、负极配料粘结剂过多（粘结剂一般都是高分子材料，绝缘性能较强）。、配料分散不均匀。、配料时粘结剂溶剂不完全。、涂布拉浆面密度设计过大。、压实密度太大，辊压过实。、正极耳焊接不牢，出现虚焊接。、负极耳焊接或铆接不牢，出现虚焊，脱焊。,、卷绕不紧，卷芯松弛。、正极耳与壳体焊接不牢固。、负极极耳与极柱焊接不牢。、电池烘烤温度过高，隔膜收缩。、注液量过少、注液后搁置时间太短，电解液未充分浸润、化成时未完全活化。、化成过程电解液外漏太多。、生产过程水分控制不严格。、电池充电电压设置过高，造成过充。、电池贮存环境不合理。,电芯异常分析,低压,a.副反应（电解液分解；正极有杂质；有水）；b.未化成好（SEI膜未形成安全）；c.保护线路板漏电（加工后送回的电芯）；d.未按要求点焊（加工后的电芯）；e.内阻分压大；f.微短路；g.负极产生枝晶。,电芯异常分析,循环寿命短,a.未化成好（SEI膜不完整、致密）；b.烘烤温度过高粘合剂老化脱料；c.负极过量比低；d.负极石墨结构破坏；e.盖帽漏气，焊缝漏气；f.电解液分解，电导率降低。,电芯异常分析,拉断、开启,a.过充、过放；b.内部短路或内部微短路；c.料尘；d.卷绕不齐；e.高温；f.隔膜有洞；g