国光电子锂电池培训(中).ppt

1、目录,锂电池的发展及应用,保护板功能说明,锂电池的结构及原理,锂电池的组成成分,锂电池的技术性能(电池测试概念),锂电池的安全性能,锂电池的分类,1974年美国教授J. Goodenough发现嵌锂晶体LiCoO2，LiNiO2，LiMn2O4可以用作电池材料。 1985年美国、日本和加拿大生产和销售Li/ LiCoO2、Li/MoS2二次电池。 1989年加拿大公司Moli Energy生产的Li/MoS2二次电池在顾客使用中发生爆炸，造成人身伤害，全世界从此认识到金属锂电池作为二次电池的危险性。 1990年Sony公司在美国佛罗里达州国际会议上第一次提出锂离子电池的概念，用石墨代替金属锂作

2、为负极。 1993年Sony公司第一次在国际市场上销售锂离子电池。,一、锂电池的发展及应用：,一、锂电池的发展及应用：,锂电池主要应用于以下几个方面： 1、携式通讯器材：手机、掌上电脑、手提电脑、个人数字助理(PDA)、小型摄像机、数字照相机、双向无线电通讯、游戏机、便携式DVD/VCD和MP3播放机等。 2、电单车、电摩托车 3、零排放汽车：电动车（ZEV: Zero Emissions Vehicles） 4、低排放汽车：油-电混型车（HEV: Hybrid Emissions Vehicles） 5、 移动通讯电源: 卫星、移动站 6、备用电源：公用事业的电话设备需要为其系统配备备用电源

3、。小型的、分散的备用电源系统更受欢迎，特别是当光纤代替普通的电线系统以后。 7、军用设备,二、锂电池的分类：,锂电池按其应用范围可分为： 常规电池，动力电池，高温电池 按其包装不同可分为： 钢壳锂电池，铝壳锂电池，软包装锂电池 按其内部结构不同又可分为： 卷绕式锂电池，叠片式锂电池,三、锂电池的结构及原理,充放电原理,正极 (LiNi(x)Co(y)Mn(z)O2 ),正极: LiNi(x)Co(y)Mn(z)O2 Li1-nNi(x)Co(y)Mn(z)O2 + nLi+ + ne- 负极: C + nLi+ + ne- CLin,负极 (CLin),隔膜,四、锂电池的组成成分,基本电池单元

4、组成包括：负电极、正电极、电解质、隔膜、外壳 负电极材料：石墨和碳粉（C） 正电极材料：钴酸锂LiCoO2 电解液：1M LiPF6加溶剂，EC碳酸乙烯酯，DMC碳酸二甲酯，EMC碳酸甲乙脂，DEC碳酸二乙脂 隔膜：聚乙烯PE，聚丙烯PP，或两者混合物 外壳：不锈钢或者铝壳。聚合物锂电池用铝复合膜。,从锂电池的结构元件来看，活性成分是正极、负极和电解质。而非活性成分是基片、隔膜纸、引线和外壳。 正极成分 活性材料：钴酸锂(LiCoO2)，钴镍酸锂(LiNiCoO2)，锰酸锂(LiMn2O4) 非活性材料：铝基片，导电碳粉，树脂粘结剂(PVDF)，溶剂(DMF) 负极成分 活性材料：石墨(C)，

5、锂合金(LiAl)，碳纤维 非活性材料：铜基片，导电碳粉，树脂粘结剂(PVDF)，溶剂(DMF) 电解液 活性材料：锂盐(LiPF6) 非活性材料：碳化物溶剂(DMC, EC, EMC, PC, DEC) 隔膜纸：聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)多孔膜 引线：铝、镍 外壳：不锈钢、铝外壳,四、锂电池的组成成分,五、锂电池的技术性能,C-倍率 充放电效率 容量 循环寿命 自放电率 记忆效应 开路电压 温度特性 电池内阻,1、C-倍率 0.2C，0.5C，1C，2C，3C10C 例如：800mAh电池，在充满电之后，做放电测试。在I=800mA恒定电流下，放电至3V截止。放电时间为一小时，此放电C-

6、倍率(速率) 为1C。 0.2C =C/5=800/5= 160mA, 即放电电流I=160mA, 放电时间t=5h小时; 2C =C/0.5=800/0.5= 1600mA, 即放电电流I=1600mA, 放电时间t=0.5h小时. 2、充放电效率 充放电效率=（放电容量/充电容量 ）X100% 充放电效率也与C-倍率有关，在0.2C条件下，锂电池的充放电效率应该在99.8%。,五、锂电池的技术性能,3、容量 充电容量 = 充电电流x 充电时间 = Ah 或者mAh 放电容量 = 放电电流x 放电时间 = Ah 或者mAh 由于充放电是在一定的C-倍率条件下进行的，因此电池的容量与C-倍率直

7、接相关。通常情况下电池的标称容量是指0.2C条件下测试得到的电容量。 C-倍率越大，电池的放电容量越小。,五、锂电池的技术性能,4、循环寿命 锂电池的寿命测试一般在0.2C下进行，但为了缩短寿命的测试时间，普遍采用的1C。,五、锂电池的技术性能,5、自放电率 电池满充后，在与外电路没有接触和常温放置的条件下，其容量会自然衰减。电池容量衰减（自放电率）的表达方法和单位为：%/月。,五、锂电池的技术性能,6、记忆效应 电池的记忆效应是指完全放电的电池，在下一次充电时，所能充电的百分比。为了消除电池的记忆效应，在下次充电之前，必须先完全放电，然后在充电。只有这样，才能百分百的充满电池。电池的记忆效应

8、给电池的快速充电带来了不便。,五、锂电池的技术性能,8、开路电压（OCV） 开路电压是指电池在没有连接外电路或者外负载时的电压。开路电压与电池的剩余能量有一定的联系，因此，手机的电池显示器是利用这种关系而制造。下图中显示了电池的剩余能量与电池的开路电压之间的关系。,五、锂电池的技术性能,9、温度特性 由于锂离子在电解液体和电极片中的迁移速率与温度密切相关，因此温度的上下波动会显著的影响锂电池的技术性能。锂电池的正常使用温度为-20C+55C。当温度降到低于-20C时，电池中的电解液会凝固，电池的内阻会变得无穷大，电池将无法使用。当温度升高到超过+55C时，电解液会发生副反应而产生大量的气体，电

9、极片中的树酯粘接剂也会发生变质，从而导致整个电池逐渐老化和衰退，甚至在短期内失效。,五、锂电池的技术性能,10、电池内阻 电池内阻的影响因素为：电解液的成分；正负极片中的成分配方，如导电碳粉的含量；正负电极片的几何面积，以及比表面积；金属基片；电解液与正负电极片界面的状态；温度；充电状态（电池的开路电压）；测量频率的高低；电池的内部结构设计等等。,五、锂电池的技术性能,六、锂电池的安全性能,安全标准 锂电池的安全性能特点 四种正极材料的比较 安全性能测试,六、锂电池的安全性能,1、安全标准 目前普遍擦用的安全标准有美国的UL和欧洲共同体的IEC。各个手机厂家可能有参照上述国际标准而自行指定的产

10、品标准。中国也有自己的国标。本公司生产的产品在安全性能测试方面将要参照中国国标、UL、IEC和产品使用厂家自行颁布的标准。另外，还有日本标准SBA、国际航空组织标准ICAO和美国运输部标准。这些标准尚未普遍采用，因此只作参考。 不管以上几种安全测试标准如何变化，其内容基本可以概括为：过充、过放、过热、短路、针刺和冲击等六种。,六、锂电池的安全性能,2、锂电池的安全性能特点 锂电池不具有承受过充电的能力，而且在充电末期(接近4.2V时) 对任何过电压都非常的敏感。在锂电池三大元件中，正电极中活性材料所放出的能量最大，因此，正电极中活性材料的安全性最为引人注目。材料的安全性能可以用DSC仪器进行测

11、试和评定。,3、四种正极材料的比较 四种常用正极材料的DSC数据曲线显示如下：,六、锂电池的安全性能,六、锂电池的安全性能,4、安全性能测试 合格标准：电池不起火，不爆炸。 测试项目如下： 1）高温：a)130 高温：以每分钟 5加热至 1302保 温10min; b)150 高温：以每分钟 5加热至1502保 温30min。 2）过充：a)4.8V过充：以1C恒流，4.8V恒压过充电2h； b)10V过充：以3C恒流，10V恒压过充电至截止 电流为0A。,六、锂电池的安全性能,3)室温短路：255常压下满充，用电阻0.1的铜导 线短接至电池体温度为室温。 4)室温针刺： 255常压下满充后用

12、钢针刺穿。 5)挤压：电池满充后，用两块平板，连续挤压到 17.2MPa，最大压力13kN1kN或压降达初始电压 的1/3时停止。 6)重物冲击：电池满充搁置1h后，放在平台上，一条直径 15.8mm棒放在电池表面，9.1Kg砝码从 61025mm高度落下。,六、锂电池的安全性能,7)跌落：将满充电池搁置1h，从1.2米高度跌落到混凝土地 面上，每个方向进行一次，共跌落6次。 8)强制放电：电池完全放完电后，与一个满充的电池串 联，直至电池完全放电且电池温度接近室温。,七、保护板功能说明,为了确保锂电池安全使用，电池块中加入保护线 路是必要的 。 保护板连接结构图,七、保护板功能说明,焊盘说明

13、,七、保护板功能说明,基本功能 过充保护 电池在充电过程中当电池电压达到过充保护电压(通常4.254.30V)时，并且这个电压保持在过充延迟时间以上，则保护板切断充电回路，停止对电池充电，使电池不被过充。,七、保护板功能说明,过放保护 电池在放电过程中当电池电压下降到过放保护电压(通常2.33.0V)时，并且这个电压保持在过放延迟时间以上，保护板切断放电回路电流，电池停止对外放电。只有当电池充电且电池电压上升到2.3V以上时，保护板打开放电回路恢复到正常状态。,七、保护板功能说明,过流保护 当放电电流超过过流保护电流（通常小于5C电流）且这个电流保持在过流延迟时间（12ms）以上时，保护板切断放电回路，电池停止放电。当负载解除后电池恢复放电功能，保护板恢复到正常状