锂电池基础知识

电池基础知ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd •化学电池特长和用途•什么是锂离子电池•锂离子电池的优点和缺点•二次电池产品种类性能比较•锂离子电池的应用•锂离子电池工艺流程-圆柱电池/角形电池•锂离子电池的构成-圆柱电池/角形电池•锂离子的基本材料组成•锂离子电池的相关性能要求•锂离子电池设计技术要求•锂离子电池的使用要求•生产过程各工序控制管理•锂离子材料与岗位知识2ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd2 电池的定义：即不使用机械的手段储存或产生直流电能的装置，从其工作原理可大致分为:化学电池、物理电池、生物电池。化学电池:利用物质的电化学反应,产生电能。一般的,为人所知的「电池几乎都属于这类「化学电池」。物理电池:依靠光或热等物理变化，变换或产生电能。生物电池:利用生物化学变化,产生电能。一次电池：只能放电,放电结束后使用寿命也随之结束的电池。即所谓的干电池。二次电池：即使放电通过再次充电,如此可反复使用的电池。=充电式电池。3ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd3主要的化学电池的特长和用途因为正极使用了空气中的氧,电池内可聚集负极大量的锌,即使体积小也能获得大容量的电流.适用于助听器、呼叫机等。氧化银电池因为正极使用的物质价格很高,电池的价格也随之较高。因此产生了使用比较便宜的二氧化锰的强碱钮扣电池。经济实惠,使用范围广。是一种体积小高电压、大电流而且使用寿命长的电池。在照相机、电子商务等方面发挥稳定的性能。另外，柱型锂电池可作为夜钓用电浮的电源，薄型锂电池被使用在薄的贮存卡、IC卡等上面。计算机、录像设备的记忆支持(记忆保持功能)。如果是锂电池使用510年都没问题。4ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd4主要的化学电池的特长和用途是一种我们最熟悉的充电式电池。反复地每天使用时，将使用完的干电池充电即可再次使用。适用于无线电话、电动刷、电动剃刀等每日经常使用的电器上。因为具有标准镍镉电池的约2倍的电容量，一次充电可使用更长使间。是一种使机器小型量轻化的电池。体积小重量轻高能量。是手机等不可缺少的电池。摄像机、手机等更小更轻时，这种电池偏大。从小的电气制品,如汽车用的电瓶、到大的设备,如医院、高层建筑因火灾等停电时作为非常设备的电池，这些领域使用较多。5ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd5什么是锂离子电池锂电池的正极材料是锂金属，负极是碳。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion又叫摇椅式电池。锂层石墨层6ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd6锂离子电池的优点1、高能量密度目前能达到的实际比能量为170-200Wh/kg和310-350Wh/L（2倍于Nl-Cd，1.5倍于Ni-MH）,未来随着技术发展,比能量可高达250Wh/kg和400Wh/L2、工作电压高~一个锂离子电池单体的工作电压是3.63.8V,这相当于3个串联的镍氢或镍镉3、安全性能好,无公害,无记忆效应.Li-ion前身的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域,Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题7ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd74、循环寿命长一般均可达到500次以上,甚至1000次.对于小电流放电的电器,电池的使用期限将倍增电器的竞争力。5、快速充电使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器可以使锂离子电池在一至两个小时内充满电。室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的30-35%8ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd8锂离子电池的缺点1、电池成本较高。主要表现在LiCoO2的价格高（Co的资源较小），电解质体系提纯困难。2、不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对其他类电池大。故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在0.5C以下，只适合于中小电流的电器使用。3、需要保护线路控制。A、过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命；同时过充电使电解液分解，内部压力过高而导致漏液等问题；故必须在4.1V-4.2V的恒压下充电；B、过放保护：过放会导致活性物质的恢复困难，故也需要有保护线路控制。9ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd9二次电池产品种类性能比较镍镉电池镍氢电池好好好23.7重量能量比4150-80体积能量比100-200200~300200~300300~500-20~60-20~60-20~60-20~60记忆效应无有无ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池的应用锂电池的应用ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池的工艺流程-圆柱电池ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池的工艺流程-角形电池ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，LtdShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，LtdShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池的基本材料组成1.正极材料：钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂（三元材料），新材料有磷酸铁锂、镍酸锂等。2.负极材料：人造碳素、天然石墨等，目前大量应用。3.导电剂：炭黑、乙炔黑等；4.粘合剂：聚偏氟乙烯材料5.隔膜：PE、PP的复合膜，是一种微孔膜。6.导电柄：镍带、铝带、铝镍复合带等；7.保护胶带：高温保护胶带；8.绝缘板：材质PP9.电解液：EC、DEC等有机溶剂+LiPF6。10.安全防护部件：正极端子、PTC、安全阀等。11.壳体：金属铝、不锈钢镀镍钢壳、铝塑复合膜。ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池相关性能要求：•安全性能（圆柱UL1642（国际标准）角形：UL46972，GB/T18287-2000（国标）：～ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池相关性能要求：材料特性；一般和容量成反比；循环性能常温>50020％容量衰减）环境影响：30－40度表现最佳，>50度衰减加速较大ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池相关性能要求：倍率性能•一般使用对倍率的要求约1C•大电流电池要求很高的倍率放电性能，如5C，10C等。•自放电比较小，常温存储<5％/月。ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池相关性能要求：高温储存性能•测试在某种SOC下，一定温度下存储后的容量保持率、内阻变化和厚度增长。•一般测试温度有60、80、85度•对软包装电池，最重要的是厚度增长不能超标（一般要求％）高温高湿检测性能•对电池密封性的一种测试。•测试环境湿度约95温度为65度。•要求容量保持率、内阻变化和厚度变化在规定范围内。ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池相关性能要求：ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池相关性能要求锂电池相关性能要求：过充电性能•模拟电池使用过程中可能会面临的非正常充电状态下安全性能，要求不冒烟，不着火，不爆炸。•正极是过充失效的主要控制环节。•主要失效原因是正极导致的热失控和化学反应失过放电性能•要求放电到0V不冒烟不起火不爆炸。•我们的电池一般只是鼓气，百分百通过。•模拟测试电池抗意外机械破坏时的安全特性。ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂离子电池设计技术要求ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂离子电池设计技术要求 ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂离子电池使用要求ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池生产过程各工序控制管理配料/搅拌：目的：使活性物质分散均匀，便于涂工均匀，上浆涂布量恒定。潜在问题A、膏料胶体的形成及及其稳定性，进而导致电极涂④导电剂配比不良过多会造成安全问题，过少会造成容量、放电倍ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd潜在问题潜在问题①涂布厚度不均匀--会引起电极集流体上的②涂布间歇尺寸不合格--会引起电极活性物质③温度不稳定/过高或过低—会造成电极片烘响极片活性物质的粘接性能或电极残留水分引起电解液反应、Li+消耗、 变性分解出现掉锂电池生产过程各工序控制管理增加电极活性物质的压实密度（活性当量），并使表面平整。潜在问题潜在问题①压力不足/过大，辊压厚度不到位或超标--造成电芯装配困难、电极断裂、卷绕对位不准等不良，会引起电池放电倍率、循环、自放电、安全等问题。②辊面不平整—极片表面不光滑甚至有毛刺，会引起电池析锂枝晶短路、自放电、甚至出现安全等问题。③作业环境的温湿度超标—会造成电极吸水形成‘结晶水’，影响性能甚至安全问题。ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池生产过程各工序控制管理按型号要求分切/冲切电极。潜在问题潜在问题①切口有批锋、毛刺--会引起电池短路、自放电等不良、甚至出现安全问题（起火、爆炸等）。②电极片分切尺寸不良、弧形弯片等--会造成电芯X线不良、电芯装配困难、容量不良、卷绕不良等，严重时可能引起电池短路甚至电池安全问题。③电极分切掉粉、粉尘—会引起电池严重的自放电低压、短路、容量不良等。 锂电池生产过程各工序控制管理潜在问题潜在问题⑥过多用手整理/搬运电芯—会造成电极/ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池生产过程各工序控制管理潜在问题潜在问题②电芯绝缘胶带不良位置不当或粘贴不牢固，电池在受外界震动或碰撞③烘烤温度失控—温度偏高会损坏电池，温度④烤箱真空度不良—真空度不够，会影响电池⑤注液量不精确—注液量过多会导致电池漏液⑦电池封口气密性不良会造成电池漏液、吸水，进而影响电池各项性能ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池生产过程各工序控制管理潜在问题潜在问题②电池的SEI层膜的形成不良，进而会造成ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd生产注意点-干燥房（注液室）•干房是指与普通环境相比空气中的水份极少且温度超低的房间。•湿度用露点(空气中的水份凝结的温度)来表示。若以相对温度来说是2％以下。露点-25℃以下•锂离子电池不喜欢水.空气中的水份进入,即使微量的水份也会导致电池性能低下或膨胀发生。•为了将水份的影响降低至最小化，就要在干房内制作电池。•干房的环境，使房间内大半空气处于循环，并除湿。•持有水份最多的是人。(呼吸、发汗、衣着)•为了除去人的水份，如果超出除湿机的能力范围，人一进入，露点就会上升。•因此，干房内要设立入室定员的规定。•如果带入湿了的衣、物，即使规定入室人员，若超过除湿能力，也会导致露点上升。•另外，如果带入大量纸或棉布等易吸湿的物体，也会导致露点上升。•不要带入纸箱。部材等放入塑料容器内带入。•对电池来说，酒精和水份是一样的。酒精的使用要在最小限度内且需慎重。ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd生产各工程共通注意点•混入电池的水分会分解电气、这也是形成电池性能低下以及膨胀的原因。•禁止将淋湿电池、禁止将淋湿物品及吸湿物带入车间。•要使用酒精时尽量使用最小量。同时尽量不要将酒精付着到部品上。•电池材料以外物体混入会引起电池性能低下。•注意由正负极材料混放引起的交叉汚染而产生的杂质。尽量避免不必要的接触。•正负极兼用的物品(设备、治具等)更换机种时要彻底清扫。•从手上分泌的汗.皮脂及水分也是产生污染源的原因。•另外、材料中有危险物品。安全起见必须戴手套。以电极为首的各部材出现的压折伤痕会造成短路原因危険。•工作人员要配合好、确实做好设定、确认工作.•设备及材料的少许变化会引起大量的不良。•时常注意日常产生的变化、在异常出现前就行动。ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd锂电池的材料与岗位知识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，为加强活性物质与网栅、集流片的接解导电性，而加放导电剂。涂浆、如何控制极片涂工量1、将搅拌好的浆料均匀地涂在金属箔的表面烘干。正极使用铝箔，负极使用铜箔2、根据正负极浆料的固含量、比重调节涂工机喷嘴间隙，控制拉浆的厚度，以达到控制。3、极片称重的目的是什么？准确了解和掌握正负极片的涂工量。4、如何判定涂浆过程中极片的质量好坏？极片表面平整、光滑、涂工量均匀、附着力好、干燥，不脱料、不掉料、不缺料、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。ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd为什么正电极用铝箔，负电极用铜箔，为什么不都用铝箔或都用铜箔，选择极流体应该从哪些方面考虑1、采用两者做集流体都是因为两者导电性好,质地比较软(可能这也会有利于粘结)，也相对常见比较廉价，同时两者表面都能形成一层氧化物保护膜。2、铜表面氧化层属于半导体，电子导通，氧化层太厚，阻抗较大；而铝表面氧化层氧化铝属绝缘体，氧化层不能导电，但由于其很薄，通过隧道效应实现电子电导，若氧化层较厚，铝箔导电性级差，甚至绝缘。一般集流体在使用前最好要经过表面清洗，一方面洗去油污，同时可除去厚氧化层。3、正极电位高，铝薄氧化层非常致密，可防止集流体氧化。而铜箔氧化层较疏松些，为防止其氧化，电位比较低较好，同时Li难与Cu在低电位下形成嵌锂合金，但是若铜表面大量氧化，在稍高电位下Li会与氧化铜发生嵌锂发应。AL箔不能用作负极,低电位下会发生LiAl合金化。4、集流体要求成分纯。AL的成分不纯会导致表面膜不致密而发生点腐蚀，更甚由于表面膜的破坏导致生成LiAl合金ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd正、负极片压延的目的正、负极片压延的目的使活性物质与网栅及集流片接触紧密，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。压延厚度对电池性能有什么影响？压延厚度对电池性能有什么影响？压片厚度太厚时，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。压片厚度太薄时，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。ShanghaiChampionScience&TechnologyCo.，Ltd正、负极片切割的主要注意事项1、检查刀口有无毛刺、不平，作业时注意用刀的安全2、正负极切割用刀不可混用。3、在切割过程中随时检查极片的质量，将不合格的贴上标识，黄色条纹不良胶带不良蓝色整段不良其它不良4、切割好的电极经检查后及时转入以后的工