鋰電池工作原理.ppt

1、鋰離子電池的工作原理及安全性,2005年8月,目錄,鋰離子電池的工作原理及組成 鋰離子電池的性能及測試 影響鋰離子電池安全性的因素 改善電池安全性的措施和方法,18650 電池示意圖,隔膜,正極,負極,安全閥,電解液,鋰離子電池的工作原理,Li+ + 6C + e,LiC6,LiMO2,MO2 + Li+ + e,鋰電制作的一般流程,配漿,涂布,輥壓,裝配,注液,化成,檢測,出貨,如何評價鋰離子電池,安全性: 短路, 過充, 熱沖擊 穩(wěn)定性: 循環(huán)和存儲 容量: 電池的重量能量比和體積能量比,鋰離子電池的測試,安全性: 外短路, 針刺, 過充, 熱沖擊. 穩(wěn)定性: 循環(huán)500 次和存儲性能.

2、電化學(xué)性能: 容量, 不同倍率電流放電性能，高低溫放電等. 可靠性測試: 振動, 撞擊, 跌落, 擠壓,不同倍率電池放電性能,不同倍率放電容量相近,不同溫度下的電池放電特性,1C at 55oC,1C at 25oC,0.5C at -20oC,鋰電池安全性,由于能量密度較高, 鋰電較容易發(fā)生安全性事故. 在使用鋰電過程中, 除要求電芯本身要安全可靠外, 成品電池要有保護線路板,國際上有關(guān)鋰電池爆炸的報道,2004年全球共有一百二十萬電池和電池組被招回,影響鋰離子電池安全性的內(nèi)部因素(1,材料: 正極材料: LiCoO2的熱穩(wěn)定性及其與電解液反應(yīng)活性 負極材料的穩(wěn)定性及配比 電解液的組成 隔膜

3、的選擇 材料體系影響整個電池的過充和熱穩(wěn)定性,影響鋰離子電池安全性的內(nèi)部因素(2,電池結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性 工藝 電池制作的過程控制: 極片毛刺, 極粉脫落, 卷繞對位. 不良電池的篩選 內(nèi)短路: 微短路, 結(jié)構(gòu)性內(nèi)短路,微短路,主要由正負極片上微粉或凸點刺穿隔膜, 引起電芯內(nèi)部短路造成. 輕微的將造成自放電率高 嚴重的將造成電池爆炸,極粉刺穿隔膜造成電池爆炸,極粉內(nèi)短路,內(nèi)層負極片掉粉刺穿隔膜, 造成電芯鼓脹,電芯內(nèi)部短路,主要由于電芯極耳過長, 與極片或與殼體接觸造成短路. 或極耳壓迫卷芯, 導(dǎo)致正負極短路. 引起電芯發(fā)燙, 嚴重時會導(dǎo)致爆炸,過充電(電壓) 外短路 過溫: 150度 3

4、0 分鐘 以上幾種情況均有可能導(dǎo)致電池發(fā)生 安全性事故,影響鋰離子電池安全性的外部因素,如何防范電池出現(xiàn)安全問題(1,針對電池的內(nèi)短路主要從以下幾個方面解決 電池結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化 在關(guān)鍵工序使用自動化設(shè)備和改善工夾具 通過嚴格存儲條件篩除微短路和內(nèi)短路電芯 同時材料體系的穩(wěn)定性也有助于安全性的改善,微短路和內(nèi)短路電芯的篩除,自放電嚴重的電芯有安全隱患 半荷電電芯, 正常情況下, 開路電壓大約1個月 壓降為15-20mV, 2 個月的壓降為25-35mV, 半年壓降為50-60mV. 通過嚴格存儲條件, 可把有微短路和內(nèi)短路隱患的 電芯篩除,如何防范電池出現(xiàn)安全問題(2,針對外短路, 過充，和熱穩(wěn)定

5、性主要從電池的材料體系來解決 正負極材料的的選擇和處理 電解液組成及添加劑 提高電池本身穩(wěn)定性和安全性,過充安全性,主要與電芯正極材料有關(guān). LiCoO2 在4.2V 時, 結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定并放出氧氣. 同時電解液在4.2V 時分解, 與LiCoO2反應(yīng)產(chǎn)生大量熱. 導(dǎo)致電芯內(nèi)壓急劇升高發(fā)生爆炸,正負極材料的選擇和二次處理,選擇安全性和穩(wěn)定性較好的正負極材料 對比表面較大的材料采取二次處理的方式, 以降低正負極材料的反應(yīng)活性. 其好處是明顯的,電解液的添加劑,改善電池的穩(wěn)定性: 提高電池的循環(huán)性和存儲性 改善電池的過充安全性 提高電芯的高，低溫性能,小結(jié),鋰離子電池是高能量, 長壽命的移動能源. 但有一定安全隱患. 評價鋰離子電池優(yōu)主要從三個方面:安全性,