锂离子圆柱电池入门教材

1、Editor: Frank Veken_Baowang1锂离子电池基础知识 主讲：刘道淦 研发中心制作 2006年2月25日Editor: Frank Veken_Baowang2l电池分类（10min)l锂离子电池之电化学反应机理 (20min)l锂离子电池之应用领域（5min)l锂离子电池之结构(20min)l液态锂离子电池之工艺流程(30min)l液态锂离子电池之生产设备(15min)l锂离子电池之性能指标 (20min)l锂离子电池质量认证（10min)Editor: Frank Veken_Baowang3l一次电池l小型二次电池：镍镉、镍氢、锂离子l铅酸电池l动力电池l燃料电池l太

2、阳能电池-地面光伏发电l其他新型电池Editor: Frank Veken_Baowang4l锂离子电池是指Li+ 嵌入化合物为正、负极的二次电池。l正极采用锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2 或LiXMnO2 l负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。l电解质为溶解有锂盐LiPF6 、 LiAsF6等有机溶液。l在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的称为“摇椅电池”。 充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态。 放电时则相反。Editor: Frank Veken_Baowang5正极反应：LiCoO2= Li1-xCoO2 + xLi+ +

3、xe 负极反应：6C + xLi+ + xe- = LixC6 电池总反应：LiCoO2 + 6C = Li1-xCoO2 + LixC6 放电时发生上述反应的逆反应。Editor: Frank Veken_Baowang6l高能量密度l高工作电压 l长循环寿命l电化学特性稳定l荷电保持能力强l无污染l无记忆效应Editor: Frank Veken_Baowang7Li-ion BatteryEditor: Frank Veken_Baowang8l正极 活性物质（LiCoO2LiMnO2LiNixCo1-xO2) 导电剂、溶剂、粘合剂、基体 l负极 活性物质（石墨、MCMB) 粘合剂、溶剂

4、、基体 l隔膜（PP+PE）l电解液（LiPF6 + DMC EC EMC)l外壳五金件（铝壳、盖板、极耳、绝缘片）Editor: Frank Veken_Baowang9Editor: Frank Veken_Baowang10Editor: Frank Veken_Baowang11Editor: Frank Veken_Baowang12正极基体：铝箔（约0.020mm厚)正极物质：钴酸锂+导电剂+PVDF正极集流体：铝带（约0.1mm厚）Editor: Frank Veken_Baowang13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0.0

5、7mm厚）Editor: Frank Veken_Baowang14l材质：单层PE（聚乙烯）或者 三层复合PP（聚丙烯） +PE+PPl厚度：单层一般为0.0160.020mm 三层一般为0.0200.025mmEditor: Frank Veken_Baowang15l性质： 无色透明液体，具有较强吸湿性。l应用： 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： 溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6浓度 1mol/ll质量指标： 密度（25）g/cm3 1.230.03 水分（卡尔费休法） 20pp

6、m 游离酸（以HF计） 50ppm 电导率（25） 10.40.5 mscmEditor: Frank Veken_Baowang16配料卷绕注液检测包装拉浆制片化成激光焊裁片Editor: Frank Veken_Baowang17正极干粉处理正极筛浆料正极混干粉正极真空搅拌负极干粉处理负极真空搅拌负极筛粉负极搅拌负极筛浆料正极拉浆负极拉浆正极负极Editor: Frank Veken_Baowang18送 带上 浆正、负极浆料正、负极裁片烘烤收 带Editor: Frank Veken_Baowang19正极裁大片正极刮粉正极片辊切负极裁大片负极称重分档负极刮粉负极片辊切正极称重分档负极吸

7、尘正极制片负极制片Editor: Frank Veken_Baowang20正极真空烘烤正极吸尘正极片辊压负极真空烘烤负极吸尘负极片辊压负极贴胶纸正极焊极耳负极焊极耳卷绕卷绕正极贴胶纸正极吸尘负极冲压极耳卷绕Editor: Frank Veken_Baowang21卷绕贴底部胶纸压芯入壳正、负极片配片隔膜隔膜裁剪测短路套绝缘片并固定负、正极极耳点焊离心入壳测短路压盖帽激光焊底部超声焊铝镍复合带Editor: Frank Veken_Baowang22上夹具称重分级激光焊接注液全检内阻全检气密性Editor: Frank Veken_Baowang23真空烘烤称重注液化成贴胶纸包纸巾擦洗Edit

8、or: Frank Veken_Baowang24高温烘烤抽真空化成测电压、贴不干胶，半成品入库清洗压钢珠高温贮存自检电压铝镍复合片点焊Editor: Frank Veken_Baowang25充电反充电放电客户装盒、包装全检电压清洗全检内阻全检尺寸Editor: Frank Veken_Baowang26l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化成检测柜Editor: Frank Veken_Baowang27l常规性能： 容量 电压 内阻l可靠性性能： 循环寿命 放电平台 自放电 贮存性能 高低温性能l安全性能 过充 短路 针刺 跌落 湿水 低压 振动

9、Editor: Frank Veken_Baowang28l电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安时（Ah）或毫安时（mAh）。l电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。l理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，单位为Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。l实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为 Ah，其值小于理论容量。l额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标

10、准，保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。Editor: Frank Veken_Baowang29l 开路电压 电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池的正极的还原电极电势与负极电极电势之差。l 工作电压 工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示的电压，又称放电电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。 电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电位的存在，电池的工作电压低于开路电压。Editor: Frank Veken_Baowang30l电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低，此阻力称为电池的内阻。l电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化，

11、因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。l电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。l欧姆电阻遵守欧姆定律；极化电阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系，常随电流密度的对数增大而线性增大。 Editor: Frank Veken_Baowang31l电池在完全充电后完全放电，循环进行，直到容量衰减为初始容量的75%，此时循环次数即为该电池之循环寿命l循环寿命与电池充放电条件有关l锂离子电池室温下1C充放电循环寿命可达300-500次（行业标准），最高可达800-10

12、00次。Editor: Frank Veken_Baowang32l锂离子电池完全充电后，放电至3.6V时的容量记为C1，放电至3.0V时的容量记为C0，C1/C0称为该电池之放电平台l行业标准1C放电平台为70%以上，我们现在可以作到83%-85%l放电平台对手机电池使用效果影响最大，关系到手机通话的声音清晰度Editor: Frank Veken_Baowang33l电池完全充电后，放置一个月。然后用1C放电至3.0V，其容量记为C2；电池初始容量记为C0；1-C2/C0即为该电池之月自放电率l行业标准锂离子电池月自放电率小于12%，我们可以做到6%-8%l电池自放电与电池的放置性能有关，其大小和电池内阻结构和材料性能有关Editor: Frank Veken_Baowang34l记忆效应是针对镍镉电池而言的，由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台。电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池的容量变得更低。 l要消除这种效应，有两种方法