锂离子电池基础知识

1、锂离子电池基础知识 一.锂离子电池的研究与发展v 锂离子电池是在1990年由日本索尼公司宣布开发研制成功的，并在一年内推向市场。由于锂离子电池拥有高电压、高重量比能量和体积比能量等卓越的性能，经过短短十几年的发展，已经成为市场中的主流。 二.锂离子电池的结构 锂离子电池的结构与其他电池电池一样，均是由正极、负极、隔膜、电解液、外壳等部分组成。对于圆柱型锂离子电池（机械封口18650S）而言，电池内部还具有PTC安全装置。2.1正极 正极极片由基体材料和活性物质组成。目前大部分厂家均采用铝箔作为正极基体材料，因为铝在非水电解液中能形成表面钝化膜，耐腐蚀性能较好。活性物质可选用钴酸锂、镍酸锂、尖晶

2、石型锂锰氧化物等含有Li+的化合物，从可逆充放电容量、充放电效率、电压的平坦性等方面来比较，钴酸锂最有优势。因此，目前锂离子电池正极活性物质一般采用钴酸锂。活性物质+导电剂+粘合剂+集流体钴酸锂 钴酸锂有开路电压高，放电平稳，比能量大，能高速放电，循环性能好等特点，具有较好的应用前景。但是由于Co资源有限，价格昂贵，生产成本高以及污染等缺点。2.1.2 镍酸锂 镍酸锂比钴酸锂便宜，而且锂镍氧化物的理论容量为274mAh/g实际容190210 mAh/g。自放电低，对电解液要求低，没有污染。但是合成比较苛刻，电池安全性能不好，热力学和电化学稳定性不好。锰酸锂 锂锰氧理论容量为148mAh/g实际

3、容量为120mAh/g左右，价格便宜，而且对环境没有污染。但是高电压充电是电解液容易分解以及锰在电解液中的分解而导致它的循环性能不是很好，而且热稳定性不好。2.2负极 负极极片同样是由基体材料和活性物质组成。基体材料采用铜箔，活性物质可选用以下几种：碳材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金等，目前商品化的锂离子电池均采用碳材料作为负极活性物质。 活性物质+增稠剂+粘合剂+集流体2.3 隔膜 隔膜的基本作用就是有效隔离正负极，而对于锂离子电池而言，由于其采用的是有机电解液，在安全性方面对隔膜的要求很高，所选用的隔膜具有的一个重要特性是当外部短路时或有大电流通过电池时隔膜微孔闭塞，切断电流通过

4、电池的回路。目前锂离子电池隔膜采用的是多孔性高分子聚合物单层膜或多层膜，为了有效降低隔膜在电池中所占用的体积从而提高正负极活性物质涂覆量，锂离子电池隔膜非常薄，只有25m左右 。PP-PE-PP三层结构，具有化学稳定性及机械强度，而且离子通过率大等特点。2.4电解液 锂离子电池的电解液为有机电解液，电解质可选取LiClO4、LiPF6、LiAsF6等含Li+盐，从电池性能、环境等综合因素考虑最常用的电解质是LiPF6。溶剂基本为PC、C和DME、DEC、EMC等以一定的比例搭配所组成的混合有机溶剂。之所以采用混合有机溶剂主要目的是提高电解液的电导率。锂离子电池电解液的电导率可达2102S/cm

5、，但与Cd-Ni、MH-Ni电池所采用的水溶液电解液相比，电导率要低约2个数量级，所以锂离子电池的高倍率放电性能不是很好。PC，EC介电常数比较大，而DME、DEC、EMC等粘度比较低，将他们混合比例使用电解液电导率才能达到要求。同时，熔点低，沸点高，蒸汽压低的电解液溶剂是电池工作范围宽。三.锂离子电池工作原理 锂离子电池的工作过程是锂离子在正极和负极间的移动，通过在正负极活性物质的嵌入和脱嵌而进行电子的交换。充电时锂离子从正极活性物质晶格间脱出，迁移通过有机电解液后嵌入到碳材料负极中；放电时则相反，锂离子从负极碳材料中脱出回到正极中。四.锂离子电池的特性 （1）工作电压高 （2）比能量大 （

6、3）循环寿命长 （4）自放电率低 （5）无记忆效应 （6）无污染 五.锂离子电池命名厚度宽度高度材质,如063048S型号代表厚度为6毫米,宽度为30毫米,高度为48毫米,S代表钢壳,A代表铝壳 圆柱形二次锂离子电芯的表示方法为三个字母+五个数字 第一个字母表示负极，I表示锂离子电池，L表示锂电池 第二个字母表示正极的主要活性材料。C表示有一个钴电极，N表示有一个镍电极，M表示有一个锰电极，V表示铅电极。 第三个字母表示电池的形状，R表示圆柱形的电池, 字母后前两个数字表示电池的直径，单位为mm ,后两个数字表示电池的高度的十倍，单位为mm 如：ICR18650表示圆柱形锂离子电芯，正极主要材

7、料为钴，直径18mm，高度65mm 六.电池不良项目及成因v1.容量低v2.内阻高v3.电压低v4.超厚v5.爆炸v6.短路v7.断路1.容量低v产生原因：a. 附料量偏少（涂布不均匀） b. 极片两面附料量相差较大；（配片不清楚）c. 极片断裂；（压片，制片，卷绕过程）d. 电解液少； （注液量）e. 电解液电导率低；（材料，采购和原材料检验） g. 隔膜孔隙率小；（材料，采购和原材料检验） h. 胶粘剂老化附料脱落；（烘烤温度，极片空气暴露时间长）i.卷芯超厚（未烘干或电解液未渗透）j. 分容时未充满电；（分容设置参数）k. 正负极材料比容量小。（工艺设计）2.内阻高v产生原因： a. 负

8、极片与极耳虚焊；（点焊） b. 正极片与极耳虚焊； （超声焊） c. 正极耳与盖板虚焊；（超声焊） d. 负极耳与盖板虚焊; （点焊） e. 铆钉与压板接触内阻大； （原料检验，采购） f. 正极未加导电剂；（配料房） g. 电解液没有锂盐； （原材料检验） h. 电池曾经发生短路；（化成、分选操作不当） i. 隔膜纸孔隙率小。（原材料检验）3.电压低v产生原因：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）；f. 微短路； （粉尘）g. 负极产生枝晶。（水份，粉尘控制）4.超厚v产生超厚的原因有以下几点: a. 焊缝漏气; （激光焊） b. 电解液分解; （注液温度） c. 未烘干水分;（烤箱） d. 盖帽密封性差; （原材料检验） e. 壳壁太厚; （原材料检验） f. 壳太厚; （原材料检验） g. 卷芯太厚(附料太多；极片未压实；隔膜用错) 5.爆炸v产生原因：a. 分容柜有故障（造成过充）；b. 隔膜闭合效应差; c. 内部短路6.短路v产生原因： a.料尘； （装配制作过程） b. 装壳时装破；（