锂离子基础知识ppt课件

1、锂离子电池芯介绍锂离子电池芯介绍目录一电池的基本知识二制造工艺三性能介绍四应用技术电池分类基本概念锂离子电池的组成锂离子电池的工作原理1.电池分类 一次电池 小型二次电池：镍镉、镍氢、锂离子 铅酸电池 动力电池 燃料电池 太阳能电池-地面光伏发电 其他新型电池 2基本概念a内阻 R = Rf + Rb容量与比容量 理论容量 C0 = 26.8( m0 / M ) = m0 /q 273.8 mAh /g 实际容量 C = I * t 140 mAh /g 比容量 Cm= C/m （Ah/kg mAh/g）c自放电 单位时间内容量降低的百分数d使用寿命与贮存寿命 一次电池寿命指工作时间，二次电次

2、指充、放电循环寿命 及贮存使用寿命 3组成a正极 LiCoO2 + PVDF + 溶剂 + 乙炔黑 + 导电基体铝Al箔b负极 C碳材料 + PVDF + 溶剂 + 乙炔黑 + 导电基体铜Cu箔 先将前几种物质制备成均匀分散的粘稠状的浆料，再涂覆于导电箔片上 C 电池容量 = Cm活性物比容量 * m 涂布在箔片上的活性物质量c隔膜 PP/PE/PP 聚乙烯/聚丙烯 复合膜d电解液 1M/L LiF6P有机溶剂 EC+DEC+DMCe外壳 Al壳 钢壳 铝复合膜f其它 盖板 镍带 铝带 绝缘胶 保护片等正极基体：铝箔约0.020mm厚)正极物质：钴酸锂+碳黑+PVDF正极集流体：铝带约0.1m

3、m厚）负极基体：铜箔约0.015mm厚)负极物质：石墨+CMC+SBR负极集流体：镍带约0.07mm厚）l材质：单层PE聚乙烯或者l 三层复合PP聚丙烯） l +PE+PPl厚度：单层一般为0.0160.020mml 三层一般为0.0200.025mml性质：l 无色透明液体，具有较强吸湿性。l应用：l 主要用于可充电锂离子电池的电解液，只能在干燥环境下使用操作如环境水分小于20ppm的手套箱内）。l规格：l 溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比）l LiPF6浓度 1mol/ll质量指标：l 密度25）g/cm3 1.230.03l 水分卡尔费休法） 20ppml 游离酸以

4、HF计） 50ppml 电导率25） 10.40.5 mscm 工作原理图：4.工作原理 工作原理图：极片制备电芯装配分级检测电芯注液、化成极片工艺配 料 负极(C+导电剂+PVDF液)正极(LiCoO2+导电剂+PVDF液)制 浆涂 布 尺寸分 切辊 压 密度干 燥制粘合剂溶液PVDF装配工艺极耳铆接超声焊接）卷绕 （+隔膜）芯子压扁短路检验装壳装 盖激光封口焊缝检验 化成工艺 真空干燥 注液 化成 清 洗点焊注液孔6h内压扁 贴盖板胶测试电压分选工艺老化分容测自放电分选内阻、电压成品检验入 库出货售前检分选厚度l真空搅拌机l拉浆机涂布机）l裁切机l辊压机l卷绕机l激光焊机l真空注液机l化成

5、检测柜涂布机真空搅拌机激光焊机化成检测柜电性能安全性能a容量b内阻c电压d厚度e自放电f高低温性能g循环性能 i. 充放电曲线容 量 C 平均容量 = 138 mAh /g * 4.32 g = 596 mAh02414921125123020406080100120540550560570580590600610容量(mAh)数量(pcs)内 阻 R = Rf + R011219469155220501001502002503540455055606570内阻(m)数量(pcs)电 压 标称电压(工作电压): 3.7 V 充电最高电压: 4.2 V 放电截止电压: 2.75 V 最佳贮存电压

6、: 3.8 0.1 V (45%60%容量荷电状态) 现行业出货电压: 3.8 3.9 V 过充电保护电压: 4.28V以下厚 度12345678容 量mAh579576581577583574577581电 压V4.174.184.184.174.184.184.174.182525贮存贮存3030天后天后容量mAh534527541535539536535541保持率%92.291.593.192.792.493.392.793.1电压(V)4.094.104.114.114.114.094.104.10变华量(V)0.080.080.070.070.080.090.070.08测试结果：

7、自放电率都在15%以内，电压变化率在3%以内自放电性能温度特性 电芯低温放电容量大于80%（-20 、0.2C），高温放电容量大于90%（55 、1C）600-2025-10383450A锂电芯循环曲线图30801301802302803303804304805305806306801306090120150180210240270300循环周次容量(mAh)电池循环性能 1C满充电4.2V，1C放电2.75V，循环300周。充放电曲线图倍率放电性能 锂离子电芯最大放电电流可达3C倍率，1C放电时间大于60分钟0.2C2C1C0.5C3C0.2C2C1C0.5C3CBS9300 新威容量/循环

8、测试仪内阻测试仪（一机理（二措施（三工程a短路性能b过充电性能c热冲击性能d针刺e自由跌落 发生条件：发生条件： 锂离子电池的安全性问题主要发生在电池的非常状锂离子电池的安全性问题主要发生在电池的非常状态下。这些状态包括：异常充放电状态，如过充和短路；态下。这些状态包括：异常充放电状态，如过充和短路；机械条件滥用：如冲击、穿刺、振动等；异常受热状态：机械条件滥用：如冲击、穿刺、振动等；异常受热状态：如高温等。最危险的因素：过充、短路含内部短路如高温等。最危险的因素：过充、短路含内部短路和高温冲击。和高温冲击。发生机制：发生机制： 由于电池内部温度过高，引发系列热放反应，导致由于电池内部温度过高

9、，引发系列热放反应，导致电池内部热量的大量积累，结果造成电池内压急剧上升，电池内部热量的大量积累，结果造成电池内压急剧上升，发生爆炸、燃烧。发生爆炸、燃烧。表1 锂离子电池材料的热稳定性温度范围 反应类型反应热(J/g)评述110-150LixC6 与电解液反应350钝化层分解130-180聚乙烯隔膜熔化-190吸热160-190聚丙烯隔膜熔化吸热180-500Li0.3NiO2 分解600约在200释放O2220-500Li0.45CoO2 分解450约在230释放O250-300Li0.41Mn2O4 分解450约在300秋放O2130-220LiPF6分解 250放热较少240-350L

10、ixC6与PVDF反应1500反应剧烈不安全行为的发生机制 A.当电压超过电解液的分解电压时约4.5V)，造成电解液的氧化分解，并放出大量的热，引起电池温度的升高； B.短路时，电池的放电电流可达20C以上，过大的电流导致电池温度快速上升； C.热冲击直接导致电池温度过高 当电池温度达到阳极钝化层的分解温度时约130），表面钝化膜开始分解，引发电解液同阳极LixC6放热反应，促使电池温度继续上升。当电池内部局部温度升高到约200时，阴极物质发生分解析氧，并继续同电解液发生剧烈反应，产生大量的热量并形成高内压。从而导致发生爆炸、燃烧等不安全行为。 1. 1. 添加剂添加剂 原理原理: :在电解液

11、中加入聚合物单体分子，当充电电压在电解液中加入聚合物单体分子，当充电电压超过限制时超过限制时, ,电极表面发生聚合成膜，电氧化聚合反应封闭电极表面，电极表面发生聚合成膜，电氧化聚合反应封闭电极表面，阻断电池反应以防止不安全行为的发生；阻断电池反应以防止不安全行为的发生；提高电池安全性的措施：提高电池安全性的措施：01002003004003.64.04.44.85.2 Voltage / Vtime /min.01002003004005003.64.04.44.8b Voltage /Vtime /min.a.空白溶液空白溶液; b.添加后添加后 2. 2. 隔膜隔膜 PP/PE/PP PP

12、/PE/PP 好于好于 PE PE 、PPPP；当电池受热时，内部隔膜；当电池受热时，内部隔膜中间层中间层PEPE微孔先封闭，阻碍电流通过，从而起到安全作用；微孔先封闭，阻碍电流通过，从而起到安全作用； 3. 3. 安全阀安全阀 安全阀的开启压力及灵敏度是影响电池安全性的重要安全阀的开启压力及灵敏度是影响电池安全性的重要因素，能在一定程度上减小爆炸的威力；因素，能在一定程度上减小爆炸的威力； 4. 4. 结构设计结构设计 指电芯内部安全隔离措施，包括正负、极及隔膜指电芯内部安全隔离措施，包括正负、极及隔膜宽度，固定限位片，负极极片两端贴胶，芯子贴胶等。宽度，固定限位片，负极极片两端贴胶，芯子贴

13、胶等。 提高电池安全性的措施：提高电池安全性的措施： 外 短 路 电池满充电后，用电阻小于50 m的导体将正负极短路。测试前/后电 压(V)内 阻(m)厚 度(mm)14.171/0.04540.0/605.13.76/4.3124.172/0.02039.7/402.13.82/4.29 测试结果：电池短路后不起火、不爆炸。3项 目 过 充 电 电池在1C倍率、5V电压条件下过充电，电池不爆炸、不起火 热 冲 击 电池满充电后，放入温箱以5 /min的速率升温至135，保温30min 。电池鼓壳、发热，不起火、不爆炸。 针 刺 将电池固定在安全装置的夹具上，用直径2.5mm的钢钉用力打下，使

14、电池完全穿透。电池漏液、发热，不起火、不爆炸。自 由 跌 落 X、Y、Z六个面在1000mm的高度上各跌落2次 编 号12345678跌落前内 阻54.151.355.252.350.453.155.049.6电 压4.184.184.184.184.184.184.174.17跌落后内 阻55.252.055.853.750.653.456.250.4电 压4.174.164.174.174.184.184.164.17放电时间6164626262636361跌落后电芯电压、内阻、容量等正常，无发热、鼓壳等不良跌落测试仪BS9360电池测试仪 振动测试仪 碰撞测试仪1应用2检测3加工其它Li-ion Battery检测测试方法： 1恒流充电 ：1C 4.2V 60min 2恒压充电：4.2V 20 mA 90min 3恒流放电：1C 2.75V 70min 前三步是用于分选容量 4. 恒流充电 1C X V 60min 5恒压充电：X V 20 mA 60min 注:此两步用于补电，要求采用恒流恒压充电，这样可获得电压一致性好的电芯。测试仪器：BS9083加 工点焊：铝壳正极、钢壳负极最佳点焊位置电芯底部。超声焊：压力太大可能会对电芯挤压。锡焊：不要碰到电芯，否则会造成鼓壳。加 工 贮存：产