锂离子电池基础.ppt

1、1,锂离子电池基础知识,2,电池发展的历史,3,4,5,6,铅酸电池 铅酸蓄电池已经有100 多年的使用历史，是目前唯一大量生产的汽车启动用电池。正极采用二氧化铅，负极采用海绵状铅，电解液是稀硫酸溶液，单元电压为2 V。 化学反应方程式为： PbO2+Pb+2 H2SO42 PbSO4+2 H2O,7,金属氢化物镍蓄电池 金属氢化物镍蓄电池是一种碱性电池，其正极采用氢氧化镍，负极采用贮氢合金，电解液采用氢氧化钾的水溶液，单体电压为1.2 V。 化学反应方程式如下： M+ x Ni(OH)2MHx + x NiOOH,8,锂离子电池 锂离子电池是1989年问世，1990年由日本索尼公司首先推向市

2、场的一种新型高能量蓄电池。其正极采用锂化过渡金属氧化物，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4等，负极采用能嵌入锂的炭纤维、石墨等炭材料，电解液采用含锂盐的有机溶液，单体电压为3.6 V。 化学反应方程式如下： LixC + Li1xMyOz C + LiMyOz 其中LixC为锂炭化合物，LiMyOz为锂化过渡金属氧化物。,9,各种化学电源的性能比较,10,化学元素周期表,11,金属锂是摩尔质量最小的金属元素(其原子量为6.94)，同时也是电化学当量最小(0.26gAh-1)、标准电极电位最负(-3.045V)的金属，锂的这些特性决定了它是一种高比能量的电极材料。锂电池的发展源于应用高

3、比能量的金属锂作负极材料，而锂电池应用中的安全性问题促使了锂离子二次电池的产生和发展。,12,电极材料理论容量的计算,Li-6.94 016 C12 Co58.93 Ni58.71 Mn54.94 Fe55.85 P30.97 Al26.98 Cu63.54 计算LiCoO2分子量(97.87), 计算其理论容量 274mAh/g 计算LiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2分子量(96.47), 计算其理论容量 278mAh/g 计算LiMn2O4分子量(180.8), 计算其理论容量 148mAh/g 计算LiFePO4分子量(157.76), 计算其理论容量 170mAh/g 计算C的理论

4、容量 372mAh/g 化合物分子量是按其分子式组成计算的； 化合物和单质理论容量的计算是根据反应方程式，如 电池反应：6C+LiCoO2 Li1-xCoO2+ LixC6 理论容量A=dc/dt, 对于1电子反应A=96485/3600/M=26.8/M 因为是一个电子反应，根据法拉第第二定律计算 LiCoO2理论容量：26.8Ah 97.87 = 274mAh/g,13,各种锂化合物的电位(vs. Li / Li+),14,阴极材料的性能 (vs. 石墨阳极),15,锂离子电池的结构和组成,圆柱型锂离子电池,方型锂离子电池,软包装和聚合物锂离子电池,16,方型锂离子电池（铝壳）,17,圆形

5、锂离子电池,18,聚合物与软包装锂离子电池,19,锂离子电池主要由正极、负极、电解质、隔 膜、电池外壳等组成，这些部件根据一定的规则 组成了一个电化学反应系统。,20,锂离子电池的电化学性能主要取决于 正负极活性材料和电解液体系,M. Broussely et al. J. Power Sources, 2004 ,136: 386,21,正极： 主要材料包括活性物质、黏结剂、导电剂 钴酸锂或锰酸锂：参与电化学反应的活性材料 导电剂：提高电极的导电性，如CB、KS、SS、SP、和LSTM 黏结剂： 把活性材料和导电剂黏结在铝箔(15和20微米厚）之上如 PVDF1300， 1700等 正极材料

6、需要做成有一定粘度的浆料涂覆在具有集流作用的载体上，并且能够与之紧密粘接，同时正极活性物质为半导体，导电性不好，因此需要加有一定量导电剂以增加正极的导电性，降低电池的内阻，因此正极中除需要有活性物质外还需要有导电剂、粘接剂、溶解粘接剂的溶剂等。 在配制正极浆料的时候应该考虑正极活性物质与导电剂之间具有较大的比重差异，应采用特殊的办法将他们混合分散均匀，粘接剂应该耐电解质的腐蚀，我们一般选用聚偏氟乙烯PVDF作为粘接剂。 集流体主要起到收集电流，承载活性物质的作用，同时应该能够耐电解液的腐蚀及在较高电压下的氧化，我们采用厚度为15微米到20微米的铝箔作为正极的集流体。,正极组成,22,负极： 主

7、要材料包括活性材料石墨、黏结剂、导电剂 活性材料石墨：参与电化学反应的活性材料如：MCMB、P15B HG、 MCF、天然石墨、CMS等 导电剂：提高电极的导电性，如SS、SP、LSTM等 黏结剂： 把活性材料和导电剂黏结在箔(15和20微米厚）上 ，如PVDF1100、SBR、CMC等 在配制负极浆料的时候应该考虑到负极活性物质与导电剂之间具有较大的比重差异，应采用特殊的办法将他们分散均匀，粘接剂应该耐电解质的腐蚀。 负极浆料需要涂覆在集流体上，集流体主要起到收集电流，承载活性物质的作用，应具有较高的导电性，同时应该能够耐电解质的腐蚀，电池放电情况下的氧化，我们采用厚度为8微米到18微米的铜

8、箔作为负极集流体。,负极组成,23,能较好的溶解电解质盐，即有较高的介电常数； 应有较好的流动性，即低黏度； 对电池的其他组件应该是惰性的，尤其是充电状态下的正、负极表面； 在很宽的温度范围内保持液态，熔点要低，沸点要高； 安全性要好，即闪点要高，无毒。,锂离子电池电解液特性要求,24,锂离子电池电解液组成示意图,25,隔膜： 主要作用是隔断电池正负极之间的内部接触，防止内短路， 同时提供锂离子通道，要求强度好、多孔结构，在电池温 度过高时，具有闭孔特性。 目前主要有如下几个厂家产品： Celgard 2300：PP/PE/PP 25微米 Tonen：PE： 20微米和16微米 Asahi：

9、PE： 25微米和18微米 Entek ：PE ：20 锂离子电池的隔膜应该能够耐电解液的腐蚀，并具有一定强度、较高的电子绝缘性，较高的保液性及较高的离子通过性，此外由于锂离子电池的安全性要求，要求隔膜在一定温度下（一般是130150之间）具有瞬间的关断特性以阻止失控反应的继续进行。常用聚乙烯、聚丙烯或者二者的复合物的微孔膜作为锂离子电池的隔膜。,26,电池外壳 锂离子电池内部存有参与反应的液态电解质，且不允许有水的存在，因此电池要求完成封闭，封装的壳体要求耐电解质及大气的腐蚀，且有一定的耐内部压力的能力， 一般采用不锈钢、镀镍钢或铝材，因为铝较轻且易于成型，因此我们主要采用铝壳壳体。 电池有

10、正负两极，电池壳体可以作为一极，另外一只需要于壳体绝缘，因此两极之间需要加装绝缘密封垫，电池壳体组件是以激光焊接的方式进行密封的，因此绝缘密封垫还应该具有较好的耐热性能。我们一般选用耐腐蚀性、耐高温性及密封性较好的氟塑料作为电池的绝缘密封垫,27,锂离子电池电化学反应机制,28,锂离子电池的工作原理,电池在充电时，锂离子从正极中脱出，通过电解质和隔膜，嵌入到负极中；电池放电时，锂离子由负极中脱出，通过电解质和隔膜，重新嵌入到正极中。在充放电过程中，锂离子在正负极之间嵌入脱出反复运动，实现化学能和电能的相互转化。电池体系中锂永远以离子的形态出现，不会以金属的形态出现，所以这种电池叫做锂离子电池。

11、 锂离子脱出反应式为： LiMO2xLi+Li1-xMO2+xe- 负极采用碳电极，从理论上讲，每6个碳原子可吸藏一个锂离子，锂离子嵌入反应式为： xe-+xLi+nCLixCn 式中的M为Co，Ni，Mn，Fe等金属元素，C表示负极化合物，如LiC6，TiS2，WO3等等。,29,正极材料,锂离子电池正极材料（是锂离子的唯一或主要提供者）为金属类复合氧化物，其性能和价格对锂离子电池影响最大。一般要求正极材料满足以下几个方面： 1)金属离子在嵌入时有较高的氧化还原电位,以保证电池有较高的 工作电压； 2)材料的脱、嵌锂的可逆容量要高，以保证电池获得高容量； 3)Li+扩散系数要高，以获得良好的

12、大电流放电性能； 4)在锂离子脱嵌过程中,材料结构变化要小,以保证电池有良好的循 环性能； 5)正极材料在相应的电化学窗口内稳定，不与电解质等发生反应； 6)材料易得，制备工艺简单，便宜，以降低电池成本； 7)无污染，符合绿色能源的要求。,30,锂离子电池正极材料的三种结构,可应用于锂离子电池中做正极材料的有很多种，目前研制成功并得到应 用的多为过渡金属嵌锂化合物，大致可分为三种结构：1）六方层状结构，代 表材料为包括LiCoO2、LiNiO2、Ni、Co、Mn复合氧化物，三元材料LiNi1-x- yCoxMnyO (0 x, y1, x+y1), ；2）尖晶石结构，代表材料为LiMn2O4；

13、 3）橄榄石结构，代表材料为LiFePO4等。,31,几种正极材料(vs. Li / Li+)的放电曲线比较,32,几种正极材料主要性能对比,33,对负极材料的基本要求,可逆贮锂容量高 锂离子在材料结构中扩散速度快 可逆贮锂过程中体积变化小 贮锂状态下保持稳定 导电性好 在配套电解质中呈化学惰性 空气中具化学和物理惰性,34,35,36,石墨为整齐的层状结构，层数达数百层，碳原子呈六角形排列并向二维方向延伸，其中每层碳原子以大键相连，层间距为0.335nm，放电时锂离子就嵌入到层间。嵌入后层间距发生变化，扩展为约0.372nm，脱出时还原。因此，在嵌脱过程中，其体积将发生变化。其层面是由SP2

14、状态的碳原子组成类似苯环的六角形的巨大平面。六角平面内三个SP2杂化轨道互成120角排列。与相邻碳原子生成共价键。剩余的一个2P电子在垂直于六角平面的方向上排列，网面上下方的电子相互重合，形成范德华键。层间距为0.3354nm，相邻层面上的碳原子并不重叠，而沿平面方向错开一定的距离，单晶石墨的理想晶体结构有六方晶系和三方（菱面体）晶系两种。每隔一层重叠形成ABABA.结构的属于六方晶系2H型(a型)(图1.1 a);还有一种每隔两层重叠形成ABCABCA.结构的属于菱面体晶系3R型(p型)。对于六方晶系的晶胞，其晶格常数a0=2.461埃、C0=6.708埃。晶胞内有4个碳原子，由此可计算出理

15、想石墨的密度为2.266g/cm3。,37,38,石墨负极材料在首次充电过程中，在0.8V左右会发生电解液的还原分解，从而在能与电解液接触的所有表面形成一层网状的固态电解质膜，即SEI膜，其主要成分是碳酸盐和烷基碳酸盐， SEI膜可以覆盖石墨颗粒的外表面，锂离子半径比较小，仅有0.078nm，可以自由通过SEI膜，在石墨基体中嵌入和脱出;但溶剂分子和溶剂化分子的直径都大于SEI膜的孔径，不能直接到达石墨表面，因此良好的SEI膜可以抑制石墨基体与电解液的继续反应和溶剂化分子的共嵌入，保证负极材料结构的稳定性和优良循环性能。但是，形成SEI膜的过程是不可逆过程，会消耗部分电荷造成一定量的不可逆容量

16、损失;并且会产生少量乙烯气体，气体的聚集有可能导致安全性问题;过厚的SEI膜又会增加电极材料电阻，在循环过程中也容易开裂，不能进一步保护石墨电极，这都不是所期望发生的，因此，我们希望得到薄而且均匀致密的SEI膜。锂离子电池用石墨负极材料的首次不可逆容量主要由形成SEI膜的反应引起的，而这个反应发生在能够与电解液接触的石墨电极表面上。,石墨的首次不可逆容量,39,在电池化成初次充电过程中： 电池电压大约在02.5V左右，电解质在负极表面还原，形成固态电解 质界面（SEI 膜：烷基碳酸锂、氧化锂、碳酸锂、氟化锂等），作用 是使溶剂化锂离子脱去表面溶剂分子得到电子嵌入石墨层内。此时正极 开始脱出锂离

17、子, 容量占总体容量的10%左右。 对电池而言表现为产生气体：主要成分为溶剂还原产物如乙烯、丙烯 和 CO2 等。 *由于电池初期的产气现象，电池内部压力增大同时使电液在极组中分布 不均匀，出现析锂和电池鼓胀现象。 目前解决方案1：就是开口排气，使化成初期产生的气体排出电池之外，采 用真空的方法可能效果更好，使气体排出的同时，使电液进一步在极组内部扩散。 解决方案2：采用新型电液添加剂，提高电池成膜电位，降低一次充电过程中的气体产生，从而实现闭口化成,电压在2.54.2V时,电池的活性物质开始发生电化学反应, 负极活性物质 开始嵌入锂离子,正极继续脱出锂离子。,40,过充情况下，电池的反应过程

18、： 产生氧气：3CoO2 Co3O4+O2,溶剂的氧化：ROCO2R+3O2,3CO2+3H2O,溶剂与水反应：ROCO2R+H2O,2ROH+CO2,盐与水反应：LiPF6+H2O,2HF +LiF+POF3,HF与正极反应：4HF+CoO2,CoF4+2H2O ？,因此正极表面包覆Al2O3作用就是抑制副反应，从而提高电池的安全性,41,过放电情况下，电池的反应过程 溶剂的还原和铜集流体的阳极化溶解：产生大量的烷烃气和铜离子在正极上还原成金属铜 ROCO2R+1/2H2 +e ROLiCO2 +Alkyl ROCO2R+H2 +2e+2Li Li2CO3 +R.R,+,正常充放电情况下，电

19、池的失效过程 溶剂的不可逆反应: 2EMC DEC+DMC 正负极表面反应产物的积累：Li2CO3、LiF 等 内部产生气体造成内压增大 正极材料结构发生变化, 如粉化、晶格塌陷等 随着电池循环进行，电池的SEI膜损坏和修复，消耗电液， 使电池内阻增大,42,生产工艺流程,43,在了解锂离子电池的电化学反应过程后，下一步 任务就是电池设计，该过程是一个经验性很强的工作，需要大家较长时 间的经验积累。 选择所要用的电池体系 根据电池的设计目标，进行材料体系的选择。 电池负极材料和电液的匹配性，如石墨体系就不能在电液中使用大量的PC，PC的量要低于10%，而且要在电液中添加VC。 正负极极片涂布参

20、数的确定 首先确定正负极可逆容量比 根据电池容量、电池壳体的内部尺寸来计算极片的尺寸（长、宽、厚） 和涂布方式 根据电极的单位面积容量和极膜各组分的配比，计算出涂布量 根据电极的涂布量需要设计浆料的黏度,44,电池制作工艺设计，该过程是理论和实践 相结合的过程。 电池正负极浆料制浆工艺（和工艺中的注意事项）： 首先就是制胶：PVDF1700或1100极其添加剂（草酸、偶联剂KH570、KH550）在NMP中溶解，变成溶液，一般浓度在6% 或9%左右，要求溶液无色透明或略微发黄（由于空气湿度较大的情况下发生） 干燥后的活性粉料和导电剂按照预先设定的比例放入胶中，进行搅拌（要求一定的固含量，决定电

21、池的空隙度和黏度）。 黏度调整，涂布的厚度或涂布量大时，采用的黏度要高一些，否则出现浆料在箔表面流延问题，造成涂布不均匀。（加NMP时要逐步加入，特别是PVDF1300每次加入NMP后搅拌时间要比PVDF的时间更长一些（15分钟变为30分钟），否则出现沉降和假黏度现象）,45,影响浆料性质的因素主要有： 活性材料的物理和化学性质：如粒度、PH值、比表面积，如果粒度大，真密度大，比表面积小则在同样胶量时浆料容易出现 沉降。 材料中的湿度大则使浆料中的黏度不稳定，呈现为假黏度 情况造成浆料在随后的涂布中涂布量不稳定。 胶的种类： PVDF1700的分子量高于PVDF1100，因此在金属上的黏结力更

22、高，但是不易溶解。,这个过程是决定电池性能最关键的步骤之一，要求活性粉料、导电剂和黏结剂在整个浆料中分布均匀，否则电池的性能无法保证。,46,电池正负极涂布工艺（和工艺中的注意事项）： 涂布机速度和烘干区温度梯度设置，目的是要使浆料中活性物质、导电剂和黏结剂在金属箔表面均匀分布。 当电极涂布速度过快或过慢，温度过高造成极片表面板结，活性材料沉降在底部，造成电池孔隙度低，表现为电池内阻大，整体性能低。 这个过程是决定电池性能最关键的步骤之一，要求活性粉料、导电剂和黏结剂在整个极片内部分布均匀，否则电池的性能无法保证。,47,匀浆和涂布过程中，我们要特别注意空气湿度的影响，容易造成浆 料的黏度不稳

23、定，涂布过程中电极的涂布量产生变化。,电极的碾压和剪切 极片的碾压方式有两种： 热滚压和冷滚压 我们采用的是冷压方式，该方式的缺点就是电极截面上的密度不一致，而且碾压后的极片在随后的高温烘干时容易反弹，成卷的电极由于内部受力较大造成内部和外部反弹的程度不一样。表现在电池的性能上相对于热滚压极片初期容量高，但是随后的循环寿命差，另外电池循环寿命一致性差。 热滚压技术，实现电极的均匀密度和抑制电极厚度发生反弹。 剪切过程中一定要注意极片边缘无毛刺，电池内物理短路的主要原因之一。,48,电池正负极干燥、卷绕工艺（和工艺中的注意事项）： 极片干燥的温度非常的重要 采用130度 4小时干燥主要有以下三个

24、原因： 除去电极中的水分 除去电极中的NMP（闪点为95度，沸点为150度左右） 使电极中PVDF结晶（结晶化温度在135度），提高PVDF的结晶可以提高电极中粉粒的黏结强度，但是不能过高，否则无定形态过低则电极的吸液能力降低。如果干燥温度过高、时间过长，则造成电极在随后的卷绕过程中掉粉和集流体铜铝箔的氧化，降低黏结力，卷绕时掉粉。,49,在卷绕过程中，最应注意的问题： 极组的外形尺寸，也就是说极耳的位置，其取决于电池（方型）盖的焊接位置 极组内正负极片的对称程度，影响电池的放电性能，正负极的活性物质要对应良好，否则将造成电池内部析出金属锂 正负极的边缘不要完全对应（负极比正极要宽0.51.0

25、mm)，否则容易在热压或冷压时造成短路 铝壳电池的最外圈为铝箔和铝极耳，内部的对应位置上应没有铜箔，这里也容易造成电池在压制和循环膨胀时短路。 极组卷绕时要适当的控制张力，特别是自动卷绕时，张力过大容易拉断极片，而且内部容易出现褶皱，在装配成电池后容易析出金属锂 手动卷绕时，要注意电极边缘是否有毛刺或掉粉，另外隔膜在空气中长时间放置后要进行干燥处理。 注意极组打开后，极片是否断裂,50,电池极组热压和冷压工艺（和工艺中的注意事项）： 为了让极组顺利的入壳，卷绕好的极组有一个冷热压过程，该过程非常重要，压力过大则使极组短路，热压温度过高（ 90度）则造成电池隔膜闭孔（在压力增大时，物质的熔点降低

26、），因此每次平压极组时必须调整压机的压力和温度 当极组的数目不一样多时，必须相应的调整压力及温度 应在此进行极组短路测试，用大于200兆欧以上的万用表测试极组的电阻，至少极组的电阻应大于200兆欧，HIGH-POT,51,极组入壳和焊接（和工艺中的注意事项）： 实验过程中的每一个数据都要记录和整理 注意极组入壳时底部胶带足够包满整个宽度 弯极耳时要注意镊子尖部包满胶带，注意极耳胶带不要和壳边碰撞 入壳前极耳长度，包胶带的高度 焊接壳盖前要检查盖上面极柱绝缘垫距离焊边合适与否 焊接正式电池前进行打压测试，以便调整激光焊接机的功率 焊接好的电池要进行：短路测量，用放大镜检测焊接的外观,52,电池注

27、液（和工艺中的注意事项）： 注液前电池的重量 检查电液的种类，是否添加合适的添加剂等 在真空烘箱中倒吸注液时要采用逐步抽真空方法，而不是一次就抽到很低的真空度 在达到一定的真空度时，进行一定时间的保压，以便电液完全吸入到极组内 称量电池的重量：目的是测量电池的吸液量 注液后电池的厚度测量、内阻测量,53,电池排气和化成工艺（和工艺中的注意事项）： 由于电池在化成过程初期有产气现象，因此我们在此加了一道排气工艺 注液后搁置6小时以上（为了使电液在极片内部扩散彻底均匀）的电池，进行内阻测量 上架进行化成，时间取决于型号，由于04、05电池的壳壁较薄，对极组的压力就更小一些，内部气体向外扩散困难，为

28、了让气体扩散出来，时间就长一些 下架后的电池在真空烘箱中进行真空排气，此处真空度不要太大，而且要分多次进行，使电池内残余的气体完全排出 测量电池的重量、内阻 电池封球，测量电池的厚度 电池随后在杭可设备上化成至满电 满电电池厚度、内阻统计,54,电池1C放电，确定容量 化成后电池的内阻统计 放电后电池容量统计 电池重新充满电进行随后的性能测试 循环寿命 倍率 高低温 储存 密封 安全测试：短路、过充（3C/10V， 3C/12V， 1C/12V）、过放 热箱（150度）、针刺、挤压、重物冲击,55,怎样检证Li-lon电池的安全性?,为达到安全基准的概念图,设计,异常时温度不上升的结构,根据温

29、度上升时电池内部的 破坏情况截断电流,或温度上升时电池容器的一 部分破坏、阻止过热,审查,设计品质的确认和实例,制造,达到设计品质的要求,防止或排除制造对品质的损耗,检查,确认是否达到设计品质的要求,确认是否排除了制造对品质的损耗,安全使用条件的设定,取得机械制造商 的协助,明确使用者的需求,例如：,（20C、4A的电流2180秒，PTC防止内部短路技术） （130150 C下使用Shut-down的隔膜）,（安装安全阀：20 C约1040kg/cm 80 C约520kg/cm 下起作用）,2,2,56,Li-lon 电池安全性实验方法的确立,设计阶段的验证 1、失效模式的确认 2、安全失效

30、机能的确认 *选择评价项目并检验、评价 *根据破坏性实验的检证 *事故、事例的 和防止再发生的对策 *安全装置作用的确认 制造阶段的验证 1、确认具备防止机械、人的错误的功能 2、确认制造时时产生的偏差 *过程FMEA的实施及对策的确认 检查阶段的验证 确认具备将与电池安全性等重要性能相关的不良品全部排除的功能 确立故障分析的方法 1、处理制造过程中的异常（故障）品的规则 2、处理市场异常（故障）品的规则,57,与安全性相关的最重要的项目是？,1、爆炸、喷火、冒烟 内部压力变大 2、喷火、冒烟 短路内短路 外短路 3、漏液 安全装置起作用 由于外力作用发生变形 4、安全装置 没有发挥作用（故障

31、）、发生了偏差 5、污染 制造时 废弃时,不良现象,原因,58,不良现象,内部压力变大 过充 再充电 高倍率充电 过充电 专用的充电器损坏 使用其他非专用的充电器 高温 临界温度实验，放置在热板上 高压时、安全阀没有起作用 火 在碳火上加热 在火炉上加热 压力 一块1.7Kg的铁块从2m处落下 用锤子敲 容器内产生气体 气体积聚 密闭的容器内由于充满了气体着火,原因,具体的故障,评价条件,爆炸、 冒烟 （1）,59,电池内短路 接触到极耳 正极和壳短路 正极和负极端子短路 正极耳和负极短路 正极耳和负极端子短路 隔膜不良、劣化 1、3、5的孔 枝状结晶 由于过充造成 开孔 开孔4 针刺 使铁块

32、落下,原因,具体的故障,评价条件,爆炸、 冒烟 （2）,电池外短路,短路,和配线、cell的短路 cell和配线的短路 焊接部位,Pack外短路,端子间接触（0） pack端子间隔远 （由于落下、振动、制造错误） 端子间接触（有间隙） pack端子间隔远 充电器故障 Fale Safe 连锁短路,其他的要因 冲击 1.7kg的铁块从2m高处落下,不良 现象,60,不良 现象,原因,具体的故障,评价条件,漏夜 （3）,安全阀 作动,安全阀作动低 作动压的偏差 安全作动压 安全阀劣化（树脂胶老化） 安全阀作动的设定不合理,内压变大（气压）由于过充产生气体 再充电 High rate充电 高温 在温

33、度的临界值充电 由于有杂质产生气体 （O2）消耗能力低下 （H2）的产生 电解液过量,外力变形 落下 1m的高度 冲击 10m的高度 压缩 1.7kg的铁块,腐蚀 密封部位的腐蚀 漏孔现象 安全阀部位腐蚀 腐蚀性的气体 H2S、SO2 壳体的腐蚀 水、海水 被盐水浸过,其他的要因 Pin Hole现象,61,不良 现象,原因,具体的故障,评价的条件,安全 装置 （4）,污染 （5）,安全装置动作 没有设定适合的条件 困难的安全实验的检测装置 安全装置没有动作 安全装置不良 困难的安全实验的检测装置,制造时 操作者的影响 环境 使用时 产生有害的气体 爆炸时燃烧的气体 漏液 废弃后 对土地是否影

34、响 水银、镉 二恶英 火 爆炸 水 水银、镉 二恶英 压力 爆炸,62,Sanyo Polymer Battery Cathode & Anode,Cathode,Anode,63,Cathode,Anode,64,Sanyo vs GS Melcotech Polymer Battery Cathode,Sanyo : Cathode,GS Melcotech : Cathode,65,Sanyo: Cathode,GS Melcotech : Cathode,Sanyo vs GS Melcotech,66,Sanyo Polymer Battery Cathode,Super-P,67,

35、SEM images - Celgard 2400,68,SEM images - Asahi,69,SEM images - Tonen,70,SEM images - Teklon/Entek,71,Separator comparison,充电性能曲线,倍率放电性能曲线,温度性能曲线/1C,温度性能曲线/0.2C,循环寿命曲线,荷电保持实验数据,电池密封性实验数据,高温贮存性能实验数据,高温贮存性能实验曲线,80,Retention: Cell, charged 4.2V, is stored at 90 for 4hours and followed by discharging at

36、 20with the current of 80mA right now. Recovery: After the retention test is finished, cell is cycled more than 5 times. And then cell is charged and discharged 80mA. All charge/discharge is performed at 20 .,短路实验曲线,过充实验曲线,热箱实验曲线,针刺实验曲线,冲击实验曲线,86,根据电池的SPEC，确定电池所用的体系 电极活性物质确定 导电剂 黏结剂 电液 隔膜 N/P 比：负极与正

37、极可逆容量比 正负极片厚度,电池体系的确定,87,电池极片涂布样式设计,根据电池内腔尺寸，确定电池极组的外形尺寸 确定电池的卷针尺寸,88,电极设计： 正负极材料的选择，导电剂比例，粘合剂比例，涂布量的设计。,三、极组卷芯设计,89,半电池及三电极体系的概念,90,极组卷芯的不同设计方式,卷绕式； 叠片式； 另类方式。,91,失效位置分析:,经过分析，失效点基本锁定在极组芯部，正极插入的位置附近。,失效点集中区域,92,在之前moto的SCAR分析中，失效点基本集中在极组侧面和极组芯部两处。经过对极组入壳半自动工艺的改进，极组入壳挫伤导致电池安全失效的不良在08年反馈中基本消失。但对极组芯部的

38、失效所采取的措施较少。其中有12个SCAR反映了极组内部的问题。 在失效分析中，从负极铜箔的分析来看，基本上都是极组内部的区域出现事故。 这反应了我们目前对于极组内部的结构和工艺保护措施薄弱。,93,安全问题改善措施和工艺改进,极组芯部的安全失效原因为： 1. 涂敷突起影响极片性能 2. 极片不平整影响热压后隔膜性能 3. 正极片铝箔剪切毛刺 4. 极片掉粉 对于第1和第2种失效，根据严重程度需要进行一定的充放电循环后才能导致电池出现着火或爆炸，目前无法通过早期检测手段剔除出来(诸如Hipot，AC漏电仪或自放电筛选)。,94,安全问题改善措施和工艺改进,由于涂敷突起问题造成电池安全失效的事例在负极不齐头的设计进行生产时, 发生电池在化成时的爆喷.在SCAR分析中,也出现了相同的事例,短涂敷面,长涂敷面,95,安全问题改善措施和工艺改进,对于采用COMMA辊涂敷方式生产的极片,应关注涂敷起始和末端的突起的控制.,目前,公司工艺对于电极涂敷突起的规定如下:,96,安全问题改善措施和工艺改进,