三锂离子电池培训教材.ppt

锂离子电池基础知识（一）,毅力能源有限公司制订：,二次锂离子电池工作原理图,电池反应方程式：,LiCoO2+6C=Li1-CoO2+LiC6,二次锂离子电池工作原理图,电池反应原理图：,二次锂离子电池组装图,二次锂离子电池组装图,圆柱形,锂离子电池结构,1.绝缘体2.垫片3.PTC元件4.正极端子5.防爆阀6.正极7.隔膜8.负极9.负极引线10.正极引线11.外壳12.电解液,锂离子电池设计,1.电池设计的目的和基本原则,电池设计,就是根据仪器设备的要求,为其提供具有最佳使用性能的工作电源或动力电源。因此，电池设计首先必须满足用电电器的使用要求，并进行优化，使其具有最佳的综合性能，以此来确定电池的电极、电解液、隔膜、外壳和其它零部件的参数，并将它们合理搭配，制成具有一定规格和指标的电池或电池组。,锂离子电池设计,2.电池的设计要求,（1）电池的工作电压；（2）电池的工作电流，即正常的放电电流和峰值电流；（3）电池的工作时间，包括连续放电时间，使用期限或循环寿命；（4）电池工作环境，包括电池工作时间所处状态及环境温度；（5）电池的最大允许体积；（6）综合考虑：A.材料来源,B.电池性能,C.电池特性的决定因素,D.电池工艺,E.经济指标,F.环境问题等方面的因素。,锂离子电池设计,3.评价电池性能的主要指标,（1）容量，电池容量是指在一定放电条件下，可以从电池获得的电量，即电流对时间的积分，一般用Ah或mAh来表示，它直接影响到电池的最大工作电流和工作时间。（2）放电特性和内阻，电池的放电特性是指电池在一定的放电制度下，其工作电压的平稳性，电压平台的高低以及大电流放电性能等，它表征电池带负载的能力，电池内阻包括欧姆内阻和电化学极内阻，大电流放电时，内阻对放电特性的影响尤为明显。,锂离子电池设计,3.评价电池性能的主要指标,（3）工作温度范围，用电器的工作环境和使用条件要求电池在特定的温度范围内具有良好的性能。（4）贮存性能，电池贮存一段时间后，会因某些因素的影响使性能发生变化，导致电池自放电；电解液泄漏；电池短路等。（5）循环寿命（二次电池）循环寿命是指二次电池按照一定的制度进行充放电，其性能衰减到某一程度（例如，容量初始值的80%）时的循环次数。,锂离子电池设计,3.评价电池性能的主要指标,（6）内压和耐过充性能（二次电池）对于密封型二次电池，大电流充电过程中电池内部压力能否达到平衡，平衡压力的高低，电池耐大电流过充性能等都是衡量电池性能优劣的重要指标，如果电池内部压力达不到平衡或平衡压力过高，就会使电池限压装置（如防爆阀）开启而引起电池泄气或漏液，从而很快导致电池失效。如果限压装置失效，则有可能会引起电池壳体开裂或爆炸。,锂离子电池设计,4.决定电池特性的因素,（1）电极流活性物质决定了电极的理论容量和电极平衡电位，从而决定着电池容量和电池电动势。电极的理论容量是指活性物质全部参加电池的成流反应，根据Faraday(库仑)定律计算出的电量。电池活性物质除了要有较高的理论容量和较正（正极）或较负（负极）的平衡电位外，还要求活性物质具有合适的晶型、粒度、表面状态等，从而获得较高的活性。而且电池在开路情况下，活性物质应具有良好的稳定性，与电池内各组分不发生任何作用。,锂离子电池设计,4.决定电池特性的因素,（2）电解液是电池的主要组成之一，电解液的性质（冰点、沸点、熔点等）直接决定了电池的工作温度范围。改善电解液的性质可以扩大电池工作温度范围，发问电池的高低温性能；电解液的比电导直接影响电池的内阻，一般应选择比电导较高者。但还应该注意电池的使用条件，如在低温下工作，还要考虑电解液的冰点情况。电解液需要长期保存于电池中，所以要求它具有良好的稳定性，电池开路时，电解质不发生任何反应。电解液必须具有足够的分解电压，锂离子电池通常选用分解电压大于4.5V以上的溶剂，常见的有LiPF6作电解质，用EC+DMC/DEC或PC+DMC/DEC作溶剂的电解液体系。,锂离子电池设计,4.决定电池特性的因素,（3）隔膜，化学电源对隔膜的基本要求是有足够的化学稳定性和电化学稳定性，有一定的耐湿性、耐腐蚀性，具有足够的隔离性和电子绝缘性，能保证正负极的机械隔离和阻止活性物质的迁移，具有足够的吸液保湿能力和离子导电性，保证正负极间良好的离子导电作用，此外，还要有较好的透气性能，足够的机械性能和防震能力。隔膜的以上性质对于电池的内阻、放电特性、贮存性能及自放电循环性能、内压和耐过充性能等都有着重要的影响，合理选择使用隔膜的种类和厚度，对电池性能尤为重要(隔膜纸为PP或PE多孔塑料膜）。,锂离子电池设计,4.决定电池特性的因素,（4）电池结构与装配，合理的电池结构有利于发挥电池的最佳性能。两极物质的配比、电池组装的松紧程度、电池上部气室的大小都对电池的内阻、内压和活性物质的利用率有一定程度的影响。,锂离子电池常见问题,（1）容量衰减过快循环寿命短；（2）电池放电平台低；（3）电池厚度发鼓；（4）电池短路/断路；（5）电池漏液/爆炸；（6）电池外观尺寸不良等,锂电池为什么有安全性问题,在科技飞速发展的今天，各种移动的电子设备在人类生活中大量应用，锂电池也随之迅速发展成为二次电池领域中重要的一个产业。锂电池在比容量、无记忆效应、长寿命、环保等综合性能远远超过其他二次电池，锂电池被称为“终极电池”，但为什么在大容量电池领域却没有见到锂电池的身影呢？关键问题是受到锂电池的安全性问题的制约。希望通过这次培训能够为各位认识锂离子电池的安全性，对于选择和应用锂离子电池带来帮助，推动我们公司锂离子电池的发展。,锂电池为什么有安全性问题,锂电池为什么有安全性问题,1、内部短路是如何形成的：锂离子电池的最大的隐患是应用钴酸锂的锂离子电池在过充的情况下（甚至正常充放电时），锂离子在负极堆积形成枝晶，刺穿隔膜，形成内部短路。2、产生大电流：外部短路，内部短路将产生几百安培甚至更大的过大电流i.外部短路时，由于外部负载过低，电池瞬间大电流放电。在内阻上消耗大量能量，产生巨大热量。ii.内部短路，主要原因是隔膜被穿透，内部形成大电流，温度上升导致隔膜熔化，短路面积扩大，进而形成恶性循环而使产生爆炸或其他安全问题；,锂电池为什么有安全性问题,3、气体是哪里来的：锂离子电池为达到单只电芯3.04.2V的高工作电压（镍氢和镍硌电池工作电压为1.2V，铅酸电池工作电压为2V），必须采取分解电压大于2V的有机电解液，而采用有机电解液在大电流，高温的条件下