锂离子电池基础知识

1、锂离子电池基础知识,教程大纲,电池分类 锂离子电池之电化学反应机理 锂离子电池之应用领域 锂离子电池之结构 锂离子电池之工艺流程 锂离子电池之性能指标 锂离子电池之质量认证,电池种类划分,一次电池（如5号、7号干电池）-电解质不流动 二次电池（又称蓄电池，能反复多次循环使用,二次电池有： 铅酸电池、锂离子电池、镉-镍电池、镍-氢电池等） 燃料电池 太阳能电池-地面光伏发电 其他新型电池,什么叫锂离子电池？,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LixCoO2、 LixMoO2或LixNiO2 负极采用锂-碳层间化合物LixC6 电解液为溶解有锂盐LiFP6、LiA

2、sp6等有机溶液 在充放电过程中， LI+在两电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的 称为：“摇椅式电池”。 充电时， LI+从正极脱嵌，经过电解液嵌入负极，负极处于富锂状态 放电时则相反。,锂离子电池电化学反应原理,正极反应LiCoO2= Li1-XCoO2 + xLi+ +xe- 负极反应 C + x Li+ xe-=CLix 电池总反应： LiCoO2+C= Li1-XCoO2+CLix 放电时发生上述反应的逆反应。,锂离子电池特点,高能量密度(体积小，容量高） 高工作电压 长循环寿命 电化学特性稳定 荷电保持能力强（自放电小） 无污染 无记忆效应,应用领域,手机、笔记本电脑、数码相机、PDA

3、、蓝牙耳机、电动工具、电动自行车、电动汽车、电子书、睡眠仪,锂离子电池结构,正极 活性物质（钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂等）、导电剂、溶剂、 粘结剂、基体（铝箔） 负极 活性物质（石墨）、导电剂、溶剂、粘结剂、基体（铜箔） 隔膜（PP+PE+PP）或PE 电解液（LiFP6+DMC EC EMC) 外壳五金件及其他（铝壳、盖板、极耳、钢珠、绝缘片、胶带）,安全性能排序：磷酸铁锂锰酸锂三元材料钴酸锂,正极材料,负极材料,负极材料分为以下几种： 人造石墨 如：青岛龙诚 AGM525 天然石墨 如：创亚G1620和贝特瑞168 中间相碳微球：杉杉MCMB 负极材料的性能 1、容量 2、压实密度

4、 3、极片膨胀率 4、循环性能,隔膜,1、电池隔膜最主要的功能是电子绝缘离子导通，即阻止正负电极在电池中的直接的电子接触，但是离子可以自由通过 。 2、隔膜一般份为单层隔膜和三层隔膜 16um的隔膜一般为单层隔膜，由PE组成 三层隔膜：如宇部20um的隔膜一般由PP/PE/PP 组成 3、隔膜的各项性能指标（见附表）,电解液,规格：EC：DMC：EMC1：1：1(体积比)LiPF61mol/L 性质：无色透明液体，具有较强吸湿性，易挥发 游离酸（如HF）50PPM 水20PPM 水和LiPF6和电解液中的有机溶剂发生反应产生气体 HF催化LiPF6的水解和催化有机溶剂的聚合，降低电导率 电导率

5、 电导率越大，电池倍率放电越好，平台越高 功能电解液按功能分有： 高温型、防过充型、低温型、倍率型等 不一样的正负极材料所匹配的电解液也不同 不一样的正极材料所需要的电解液量也不同,一车间工艺流程图,接上页,二车间工艺流程图,接上页,三车间工艺流程图,四车间工艺流程图,发货组工艺流程图,锂离子电池性能,常规性能 容量、电压、内阻、厚度 可靠性性能 循环寿命、自放电、贮存性能、高低温性能、倍率放电 安全性能 过充电 、短路、针刺、重物冲击、热冲击、扭曲、振动,容量,电池在一定条件下所能给出的电量叫电池的容量，以符号C表示，常用的单位为安培小时，简称安时Ah，或毫安时mAh。 电池的容量分为理论容

6、量、额定容量（标称容量）、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，单位为Ah/g（ 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，它等于放电时间与放电电流的乘积，单位为Ah或mAh，其值小于理论容量。 额定容量（标称容量），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。,影响容量低的因素有哪些？,正极极片偏轻 电解液少 温度低 负极余量少 充放电电流过大 正负极片压实密度过大,电压和平台,不同的材料电池的充放电电压和平台是不一样的 以钴酸锂为例

7、：电池完全充电后，放电至3.6V的时间称为放电平台，其容量记为C1，放电至3.0V的容量记为C0，C1/C0称为放电平台百分比,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。 电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化，因活性物质的组成，电解液浓度和温度都在不断地改变。 电池的内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化和浓差极化。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。 欧姆内阻遵守欧姆定律，极化内阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系，常随电流密度的对数增大而线性增大。,影响内阻大的因素有哪些？,注

8、液量少 正负极耳与正负极片虚焊 正负极耳与盖板虚焊 由于粉尘、极片毛刺等原因导致的内部短路 外面短路 过充电,厚度,影响电芯厚度的因素有： 压片厚度、隔膜厚度、水分、卷芯热压、封口（软包装电池是否上夹板）、过充电、短路等 其中水分最为重要水会与电解液中的成分发生反应产生气体使电池明显鼓胀。,循环寿命,用1C5A恒流充电至4.2V，4.2V恒压充电至截止电流0.05C5A，静置5min后，用1C5A恒流放电至2.8V，静置5min。重复上述步骤，直至连续两次放电时间小于36min，记录电芯充放电次数，放电次数要大于400次。 循环寿命与电池的充放电条件有关，充放电电流越小，容量保持率越高，循环寿

9、命越长，一般建议容量大于1500mAh的电池采用0.5C。 循环后的厚度鼓胀率,影响循环寿命的因素有哪些？,材料本身的性能 电解液少 负极余量少 正负极片的压实密度大 温度低 充放电电流过大,贮存性能,低电压电池 由于电池内部的粉尘、极片毛刺等引起的内部微短路而导致电池低电压。此类微短路的电池一般可以通过长时间搁置观察电池的电压降来进行挑选。 搁置可以分为两种，一种为常温搁置，一种为高温大约（35-45）度。 荷电保能力 电芯标准充电后在205条件下搁置28天，用0.2C5A恒流放电至2.75V，记录电芯放电时间 ，放电时间大于255min。,安全性能,过充电（3C，4.8V） 短路 针刺 重物冲击 热冲击（130度或150度/30min) 扭曲,锂离子电池质量认证,CE认证 CE认证是一种强制性认证，不论是欧盟内部企业生产的产品，还是其他国家生产的产品，要想在欧盟市场上自由流通，就必须加贴“CE”标志，以表明产品符合欧盟技术协调与标准化新方法指令的基本要求。这是欧盟法律对产品提出的一种强制性要求。 UL认证 UL安全标准为美国国家检测的标准，是进入美国市场的通行证。 ROHS 在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令 ，并明确规定了六种有害物质的最大限