鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí).

1、鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí) 品質(zhì)部QA組2Contents 提要提要v 鋰離子電池的發(fā)展、分類(lèi)v 鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)v 應(yīng)用領(lǐng)域v 工作原理v 液態(tài)鋰離子電池的正負(fù)極材料和電解液3鋰離子電池的發(fā)展鋰離子電池的發(fā)展 1980年，M. Armand等人首先提出用嵌鋰化合物來(lái)代替二次鋰電池中的金屬鋰負(fù)極，并提出“搖椅式電池”（rocking chair battery）的概念,嵌鋰化合物代替二次鋰電池中的金屬鋰負(fù)極，電池的安全性大為改善，并且具有良好的循環(huán)壽命，同時(shí)電池的充放電效率也得到提高 。 1990年日本Sony公司研制出以石油焦為負(fù)極、LiCoO2為正極的鋰離子二次電池 。Dend

2、riteLi metal4v鋰離子電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理鋰離子電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理正極反應(yīng)：LiCoO2= Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- 負(fù)極反應(yīng)：C + xLi+ + xe- = CLix 電池總反應(yīng)：LiCoO2 + C = Li1-xCoO2 + CLix 放電時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。5鋰離子電池鋰離子電池液態(tài)鋰離子電池液態(tài)鋰離子電池(LIB）聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池(LIP)鋰離子電池的分類(lèi)鋰離子電池的分類(lèi)液態(tài)鋰離子電池與聚合物鋰離子電池相比：聚合物鋰離子電池中正極和電解質(zhì)都可使用聚合物材料，通常所說(shuō)的聚合物鋰離子電池是指采用了聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池。這類(lèi)電池的正、

3、負(fù)極活性物質(zhì)及工作原理與液態(tài)鋰離子電池基本相同，但采用的不是游離的電解液，而是固態(tài)或者是半固態(tài)的聚合物電解質(zhì)。6鋰離子電池特點(diǎn)鋰離子電池特點(diǎn)v 高能量密度v 高工作電壓 v 長(zhǎng)循環(huán)壽命v 電化學(xué)特性穩(wěn)定v 荷電保持能力強(qiáng)v 無(wú)污染v 無(wú)記憶效應(yīng)7應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域Li-ion Battery8鋰離子電池結(jié)構(gòu)鋰離子電池結(jié)構(gòu)v 正極 活性物質(zhì)（LiCoO2LiMnO2LiNixCo1-xO2) 導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體 v 負(fù)極 活性物質(zhì)（石墨) 粘合劑、溶劑、基體 v 隔膜（PE、PP/PE/PP）v 電解液（LiPF6 + DMC /EC /EMC)v 外殼五金件（鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片）9

4、鋰離子電池結(jié)構(gòu)鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極正極正極基體：鋁箔正極物質(zhì)：鈷酸鋰+碳黑+PVDF正極集流體：鋁帶10鋰離子電池結(jié)構(gòu)鋰離子電池結(jié)構(gòu)負(fù)極負(fù)極負(fù)極基體：銅箔負(fù)極物質(zhì)：石墨+CMC+SBR負(fù)極集流體：鎳帶11鋰離子電池結(jié)構(gòu)鋰離子電池結(jié)構(gòu)隔膜隔膜l材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E（聚乙烯）或者 三層復(fù)合PP（聚丙烯） +PE+PPl厚度：?jiǎn)螌右话銥?.0160.020mm 三層一般為0.0200.025mm12鋰離子電池結(jié)構(gòu)鋰離子電池結(jié)構(gòu)電解液電解液v 性質(zhì)： 無(wú)色透明液體，具有較強(qiáng)吸濕性。v 應(yīng)用： 主要用于可充電鋰離子電池的電解液，只 能在干燥環(huán)境下使用操作（如環(huán)境水分小于 20ppm的手套箱內(nèi)）。v 規(guī)格： 溶劑

5、組成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6濃度 1mol/lv 質(zhì)量指標(biāo)： 密度（25）g/cm3 1.230.03 水分（卡爾費(fèi)休法） 20ppm 游離酸（以HF計(jì)） 50ppm 電導(dǎo)率（25） 10.40.5 mscm13液態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)工藝流程液態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)工藝流程配料卷繞注液檢測(cè)包裝涂布制片化成激光焊分容出貨14配料工藝流程配料工藝流程泡膠正極篩漿料正極混干粉正極真空攪拌泡膠負(fù)極真空攪拌負(fù)極攪拌負(fù)極篩漿料正極拉漿負(fù)極拉漿正極負(fù)極15拉漿工藝流程拉漿工藝流程送 帶上 漿正、負(fù)極漿料正、負(fù)極裁片烘烤收 帶16裁片工藝流程裁片工藝流程正極裁大片正極壓大片正極裁小片

6、正極稱(chēng)重分檔正極制片負(fù)極制片正極焊極耳負(fù)極裁大片負(fù)極壓大片負(fù)極裁小片負(fù)極稱(chēng)重分檔負(fù)極焊極耳正極片烘烤負(fù)極片烘烤17卷繞工藝流程卷繞工藝流程卷繞貼底部膠紙壓芯入殼正、負(fù)極片配片隔膜隔膜裁剪測(cè)短路套絕緣片并固定負(fù)、正極極耳點(diǎn)焊離心入殼測(cè)短路壓蓋帽激光焊底部超聲焊鋁鎳復(fù)合帶18激光焊工藝流程激光焊工藝流程上夾具激光焊接注液全檢內(nèi)阻全檢氣密性撕保護(hù)膜19注液注液-化成工藝流程化成工藝流程真空烘烤封口注液預(yù)處理化成清洗分容20檢測(cè)包裝工藝流程檢測(cè)包裝工藝流程充電返充電放電客戶裝盒、包裝全檢電壓全檢內(nèi)阻全檢尺寸21液態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)所用設(shè)備液態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)所用設(shè)備v 真空攪拌機(jī)v 拉漿機(jī)（涂布機(jī)）v 裁

7、切機(jī)v 輥壓機(jī)v 卷繞機(jī)v 激光焊機(jī)v 真空注液機(jī)v 化成檢測(cè)柜22液態(tài)鋰離子電池性能液態(tài)鋰離子電池性能v 常規(guī)性能： 容量 電壓 內(nèi)阻v 可靠性性能： 循環(huán)壽命 放電平臺(tái) 自放電 貯存性能 高低溫性能v 安全性能 過(guò)充 短路 針刺 跌落 濕水 低壓 振動(dòng)23容量容量v 電池在一定放電條件下所能給出的電量稱(chēng)為電池的容量，以符號(hào) C表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱(chēng)安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）。v 電池的容量可以分為理論容量、額定容量、實(shí)際容量。v 理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計(jì)算而得的最高理論 值。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積 或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量

8、，單位為Ah/kg（mAh/g) 或Ah/L(mAh/cm3)。v 實(shí)際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電 流與放電時(shí)間的乘積，單位為 Ah，其值小于理論容量。v 額定容量也叫保證容量，是按國(guó)家或有關(guān)部門(mén)頒布的標(biāo)準(zhǔn)，保證 電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。24電壓電壓v 開(kāi)路電壓 電池在開(kāi)路狀態(tài)下的端電壓稱(chēng)為開(kāi)路電壓。電池的開(kāi)路電壓等于電池的 正極的還原電極電勢(shì)與負(fù)極電極電勢(shì)之差。v 工作電壓 工作電壓指電池接通負(fù)載后在放電過(guò)程中顯示的電壓，又稱(chēng)放電電壓。 在電池放電初始的工作電壓稱(chēng)為初始電壓。電池在接通負(fù)載后，由于歐姆電 阻和極化過(guò)電位的存在，電池的工作電壓低

9、于開(kāi)路電壓。25內(nèi)阻內(nèi)阻v 電流通過(guò)電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱(chēng)為電池的內(nèi)阻。v 電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在放電過(guò)程中隨時(shí)間不斷變化，因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液濃度和溫度都在不斷地改變。v 電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化與濃差極化。內(nèi)阻的存在，使電池放電時(shí)的端電壓低于電池電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓，充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓。v 歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關(guān)系，常隨電流密度的對(duì)數(shù)增大而線性增大。 26循環(huán)壽命循環(huán)壽命v 電池在完全充電后完全放電，循環(huán)進(jìn)行，直到容量衰減為初始容量的75%，此時(shí)循環(huán)次數(shù)即為該電池之循環(huán)壽命v

10、循環(huán)壽命與電池充放電條件有關(guān)v 鋰離子電池室溫下1C充放電循環(huán)壽命可達(dá)300-500次（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），最高可達(dá)800-1000次。27放電平臺(tái)放電平臺(tái)v 鋰離子電池完全充電后，放電至3.6V時(shí)的容量記為C1，放電至3.0V時(shí)的容量記為C0，C1/C0稱(chēng)為該電池之放電平臺(tái)v 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1C放電平臺(tái)為70%以上v 放電平臺(tái)對(duì)手機(jī)電池使用效果影響最大，關(guān)系到手機(jī)通話的聲音清晰度28自放電自放電v 電池完全充電后，放置一個(gè)月。然后用1C放電至3.0V，其容量記為C2；電池初始容量記為C0；1-C2/C0即為該電池之月自放電率v 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池月自放電率小于8%v 電池自放電與電池的放置性能有關(guān)，其大小

11、和電池內(nèi)阻結(jié)構(gòu)和材料性能有關(guān)29記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)v記憶效應(yīng)是針對(duì)鎳鎘電池而言的，由于傳統(tǒng)工藝中負(fù)極為燒 結(jié)式，鎘晶粒較粗，如果鎳鎘電池在它們被完全放電之前就 重新充電，鎘晶粒容易聚集成塊而使電池放電時(shí)形成次級(jí)放 電平臺(tái)。電池會(huì)儲(chǔ)存這一放電平臺(tái)并在下次循環(huán)中將其作為 放電的終點(diǎn)，盡管電池本身的容量可以使電池放電到更低的 平臺(tái)上。在以后的放電過(guò)程中電池將只記得這一低容量。同 樣在每一次使用中，任何一次不完全的放電都將加深這一效 應(yīng)，使電池的容量變得更低。 v要消除這種效應(yīng)，有兩種方法，一是采用小電流深度放電 （如用0.1C放至0V）一是采用大電流充放電（如1C）幾次。v鎳氫電池和鋰離子電池均無(wú)記憶效應(yīng)。30鋰離子電池質(zhì)量認(rèn)證鋰離子電池質(zhì)量認(rèn)證31總結(jié)總結(jié)v 電池是個(gè)比較復(fù)雜的電化學(xué)體系，涉及到