锂离子电池基础知识-电池

1、1主讲：主讲： xx电话：1234567892v电池的定义v电池分类v锂离子电池之电化学反应机理v锂离子电池之应用领域v锂离子电池之结构v液态锂离子电池之工艺流程v液态锂离子电池之生产设备v锂离子电池之性能指标v手机锂离子电池的使用3v什么叫电池？v电池是一种能够将化学能转化为电能的一种装置。41.按工作性质分2.按电解液分3. 按电池所用正、负极材料划分4.按用途分5.其它分类（使用领域、性能）51.按工作性质分v一次电池（原电池）v二次电池（可充电池）62.按电解液分v碱性电池（锌锰电池、镉镍电池，镍氢电池等）v酸性电池（锌锰电池、铅酸电池）v有机电解液电池（锂离子电池）73. 按电池所用

2、正、负极材料划分 v锌系：锌锰电池、锌银电池等v镍系：镉镍电池、氢镍电池、镍锌电池等v锂系：锂锰、锂铁、锂镍钴锰电池等v其它体系 84. 按电池用途分v数码电池：手机、电脑、MP3、MP4等v动力电池：汽车动力、自行车动力等v仪器仪表电池：万用表、电子称等v储能电池：蓄电池（备用电源）9v锂离子电池是指Li+ 嵌入化合物为正、负极的二次电池。v正极采用锂化合物钴酸锂、镍钴锰酸锂（三元材料，一种由镍、钴、锰结合一起的层状结构材料）、磷酸铁锂或锰酸锂v负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。v电解质为溶解有锂盐LiPF6 等有机溶液。v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

3、“摇椅电池”。 充电时，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。10电池总反应：LiCoO2 + C = Li1-xCoO2 + CLix 放电时发生上述反应的逆反应。11v高能量密度v高工作电压 v长循环寿命v电化学特性稳定v荷电保持能力强v无污染v无记忆效应12Li-ion Battery13v标准系列产品应用范围标准系列产品应用范围: 移动电话、手持电脑、笔记移动电话、手持电脑、笔记本电脑、本电脑、PDA个人数字助理、个人数字助理、v 数码产品、蓝牙耳机、数码产品、蓝牙耳机、 UPS、MP345、移动、移动DVD、GPS等。等。14产品系列应用范围产品系列

4、应用范围v高倍率系列产品应用范围高倍率系列产品应用范围: 用于航模、电动车、遥控玩用于航模、电动车、遥控玩具、电动工具等。具、电动工具等。v高容量系列产品应用范围高容量系列产品应用范围: 太阳能储电池、移动备用电源太阳能储电池、移动备用电源等。等。v异型系列高倍率产品应用范围异型系列高倍率产品应用范围: 电子烟及客户个性设计需求电子烟及客户个性设计需求等。等。15v正极 活性物质（LiCoO2LiMnO2LiNixCo1-xO2、 LiFePO4) 导电剂、溶剂、粘合剂、基体 v负极 活性物质（石墨、MCMB) 粘合剂、溶剂、基体 v隔膜（PP+PE）v电解液（LiPF6 + DMC EC E

5、MC)v外壳五金件（铝塑膜、极耳）161718密封圈限流开关隔膜绝缘垫限流开关隔膜密封圈限流开关隔膜密封圈限流开关隔膜1920正极基体：铝箔（约0.016mm厚)正极物质：钴酸锂+碳黑+PVDF正极集流体：铝带（约0.1mm厚）21负极基体：铜箔（约0.009mm厚)负极物质：石墨+CMC+SBR负极集流体：镍带（约0.1mm厚）22l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0.0200.025mm23v性质： 无色透明液体，具有较强吸湿性。v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

6、境水分小于20ppm的手套箱内）。v规格： 溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6浓度 1mol/lv质量指标： 密度（25）g/cm3 1.230.03 水分（卡尔费休法） 20ppm 游离酸（以HF计） 50ppm 电导率（25） 10.40.5 mscm24配料装配注液成型涂布烘烤化成卷芯烘烤制片分容检测包装入库25正极片负极片装配正极012 钴酸锂烘烤013 导电极烘烤014 PVDF烘烤015 正极配料016 正极过滤017 正极涂布018 正极对辊020 正极分切小片021 正极分档019 正极分切大片022 正极耳裁剪023 正极极耳超焊024 正极

7、耳贴高温胶纸025 正极片全检 011 负极片全检010 负极耳贴高温胶纸009 负极超焊008 负极耳裁剪005 负极分切大片007 负极片分档004 负极对辊013 负极涂布002 负极过滤001 负极配料负极006 负极分切小片260 4 7 注 液 后 静 置0 5 1 热 冷 压 整 形0 4 8 预 充0 5 0 预 充 后 全 检 电 压0 4 9 预 充 后 静 置0 5 2 二 封 抽 气0 5 3 二 封 边 补 封0 5 4 测 正 极 与 铝 塑 膜 间 电 压0 2 8 冲 壳0 2 7 裁 铝 塑 膜0 2 9 去 边注 液0 4 2 装 盒 . 开 口0 4 0

8、测 短 路0 3 9 贴 P E 保 护 膜0 4 1 全 检 外 观0 4 3 电 芯 烘 烤0 4 5 注 液 后 抽 真 空0 4 4 注 液0 4 6 抽 真 空 封 口包 装0 3 2 卷 绕检 测装 配0 3 8 顶 . 侧 封0 3 7 入 模0 3 0 裁 隔 膜 纸0 3 5 热 压 芯0 3 3 卷 绕 后 全 检0 3 1 发 料0 6 5 全 检 外 观0 6 4 全 检 尺 寸0 6 7 装 吸 塑 盒 . 装 箱 . 打 包0 5 5 自 动 切 折 烫 / 手 动 切 折 烫0 6 2 全 检 电 压 . 内 阻0 6 0 高 温 老 化 后 测 电 压0 6 1

9、 分 容0 6 3 撕 P E 保 护 膜0 5 9 高 温 老 化0 5 6 热 冷 压 整 形0 3 6 压 芯 后 测 短 路0 6 8 入 库0 5 7 贴 双 面 胶 折 正 极 耳0 5 8 贴 不 干 胶0 6 6 喷 码0 3 4 电 芯 吸 尘0 2 6 正 负 极 片 烘 烤注液0 4 7 注 液 后 静 置0 5 1 热 冷 压 整 形0 4 8 预 充0 5 0 预 充 后 全 检 电 压0 4 9 预 充 后 静 置0 5 2 二 封 抽 气0 5 3 二 封 边 补 封0 5 4 测 正 极 与 铝 塑 膜 间 电 压0 2 8 冲 壳0 2 7 裁 铝 塑 膜0

10、2 9 去 边注 液0 4 2 装 盒 . 开 口0 4 0 测 短 路0 3 9 贴 P E 保 护 膜0 4 1 全 检 外 观0 4 3 电 芯 烘 烤0 4 5 注 液 后 抽 真 空0 4 4 注 液0 4 6 抽 真 空 封 口包 装0 3 2 卷 绕检 测装 配0 3 8 顶 . 侧 封0 3 7 入 模0 3 0 裁 隔 膜 纸0 3 5 热 压 芯0 3 3 卷 绕 后 全 检0 3 1 发 料0 6 5 全 检 外 观0 6 4 全 检 尺 寸0 6 7 装 吸 塑 盒 . 装 箱 . 打 包0 5 5 自 动 切 折 烫 / 手 动 切 折 烫0 6 2 全 检 电 压

11、. 内 阻0 6 0 高 温 老 化 后 测 电 压0 6 1 分 容0 6 3 撕 P E 保 护 膜0 5 9 高 温 老 化0 5 6 热 冷 压 整 形0 3 6 压 芯 后 测 短 路0 6 8 入 库0 5 7 贴 双 面 胶 折 正 极 耳0 5 8 贴 不 干 胶0 6 6 喷 码0 3 4 电 芯 吸 尘0 2 6 正 负 极 片 烘 烤注液27v混料的目的混料的目的v是为了让活性物质分散是为了让活性物质分散v均匀均匀，v便于涂布时上料的恒定。便于涂布时上料的恒定。配料控制要点：配方，料重，搅拌时间搅拌速度，真空度，28涂布控制要点：温度，速度，面密度,间隙尺寸,双面对齐度，

12、膜片表观，胶辊钢辊料斗涂布刀箔材搬运时必须小心轻放，否则会造成以下不良情况：CoatingCoating目的目的: : 将糊状浆料涂制成薄膜将糊状浆料涂制成薄膜. .2930控制点控制点1.1.膜片一至性膜片一至性: : 重量重量, , 厚度厚度2.2.膜片的机械强度膜片的机械强度3.3.膜片的干燥度膜片的干燥度31SpacerKnifeRubberMetal rollSpacerMetal roll1st:2nd:3st:控制重点：1、毛刺（检极片两边毛刺，1、用手感触，2、目测。）2、宽度尺寸。3、边缘脱粉。4、极片折皱3233v辊压控制重点：v极片厚度，极片的柔软性、v放片的前后一致性v

13、严禁极片叠压34v保证焊接的强度v极耳在焊接时注意极耳是否平整，裁切处有无毛刺，有无卷边或折皱。v保证焊接好极耳与极片头部一边平行v注意极耳胶内侧与极片宽边边缘的距离潜在隐患：虚焊电池断路或内阻偏大极耳胶距偏短，封焊时无外露胶，易短路，或极耳胶嵌入电芯，划破隔膜纸，引起短路；偏长，封头会压在铝带上，易漏气。35v极片在制造过程中会因各种原因产生掉粉或毛刺现象，所以要通极片在制造过程中会因各种原因产生掉粉或毛刺现象，所以要通过刷粉工序，清除极片上的余粉与刷平毛刺：过刷粉工序，清除极片上的余粉与刷平毛刺：v刷粉控制点：刷粉控制点： 1、保证极片上无残留粉尘颗粒与毛刺、保证极片上无残留粉尘颗粒与毛刺

14、 2、保证整张极片表面都有刷到、保证整张极片表面都有刷到 3、刷片时注意两手平行拿极片，严禁使极片打折或碰撞。、刷片时注意两手平行拿极片，严禁使极片打折或碰撞。36 把平面铝膜拉伸成合乎电池 尺寸的凹槽 拉裂，导致漏液鼓胀；褶皱，封焊后易造成漏气鼓胀；有凹凸点，引起外观不良或刺破其他电池；有杂物，使电池发生其他化学反应，引起电池鼓胀或其他不良。冲壳冲壳潜在问题潜在问题监控项目：包装膜铝层厚度包装膜边宽、槽深和总长37v控制重点：控制重点：v正负对位，也就是说负极要在隔膜中间，正负对位，也就是说负极要在隔膜中间，正极要在负极中间。正极要在负极中间。v一般隔膜比负极片宽一般隔膜比负极片宽2-3mm

15、,2-3mm,负极片比正极负极片比正极片宽片宽1-2mm1-2mm（如下图）（如下图）v卷绕时注意不能松紧不一致，严禁极片与卷绕时注意不能松紧不一致，严禁极片与隔膜打皱；隔膜打皱；v极片对位要准确，负极一定要盖住正极。极片对位要准确，负极一定要盖住正极。v极片要放到位，严禁卷芯螺旋形，严禁极极片要放到位，严禁卷芯螺旋形，严禁极耳错位或放不到位耳错位或放不到位380.5-1mm卷针（弹性钢0.7-1.0mm)隔离膜正极片负极片隔膜负极正极39404142注意不能让短路卷芯下转。43工序要点平压时，查看极片状态正极片因为面密度不稳定或者厚度不稳定，平压会断片，入壳不可入反。4445除去电芯中的水分

16、温度失控温度偏高会损坏电池，温度过低会影响水分的去除，导致电池容量低、内阻不稳定、循环差及尺寸异常等问题。抽真空时不达标真空度不够会影响电芯中水分的去除电芯烘烤电芯烘烤潜在问题潜在问题46环境控制：环境控制：湿度：要求电液在湿度：要求电液在2%2%以下湿度中方可使用，否则不允许生产。以下湿度中方可使用，否则不允许生产。温度：尽量控制在温度：尽量控制在2525左右，否则电液会挥发。注液环境温度左右，否则电液会挥发。注液环境温度 越低越好，因为低温下电液不会结晶，一、不会挥发越低越好，因为低温下电液不会结晶，一、不会挥发 二、电池表面电液不会干，所以就不会腐蚀电池外壳。二、电池表面电液不会干，所以

17、就不会腐蚀电池外壳。在锂离子电池的电解液注液过程中，为何必须要在干燥房中进行？在锂离子电池的电解液注液过程中，为何必须要在干燥房中进行？A A 防止溶剂挥发防止溶剂挥发 B B 防止锂盐分解防止锂盐分解C C 防止正极氧化防止正极氧化 D D 防止负极氧化防止负极氧化47注：1)指进行完第2组试验的电池 2)指进行完第5组试验的电池。化成时控制重点： 正负极性（铝壳柜上负下正,软包左正右负）电流:一定要小电流化成时一般充入70%-85%时间：时间与电流成正比时间越长充入的电量也就越多，所以在化成时一定要控制电流与时间（如自动柜可以自动完成但须人工设置）电压：电压在下柜时必须达到3.88V以上，

18、否则不允许封口。48检测设备检测设备全程监视器49监控项目：真空度封装温度、封装效果50混料:让活性物分散均匀涂布:Coating目的目的: 将糊状浆料涂将糊状浆料涂制成薄膜制成薄膜.控制点膜片一至性: 重量, 厚度膜片的机械强度膜片的干燥度51v制片：湿度控制，压片厚度，烘烤，毛刺，粉尘v卷绕：负极大过正极，整齐度v封装：密封性v注液: 湿度，注液量v化成：电流，时间，环境湿度5253v常规性能： 容量 电压 内阻v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v安全性能 过充 短路 针刺 跌落 湿水 过放 振动54v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

19、表示。v常用的单位为安培小时，简称安时（Ah）或毫安时（mAh）。55v电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。v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)。v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。v额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，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。56v 开路电压 电池在开路状态下的电压称为开路电压。电

20、池的开路电压等于电池正极的还原电极电势与负极电极电势之差。v 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。57v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。v电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化，因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。v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。v欧姆电阻

21、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。 58v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80%，此时循环次数即为该电池之循环寿命v循环寿命与电池充放电条件有关v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2000次以上。59v时间平台v电压平台v容量平台60时间平台v1.标称平台：根据客户要求或国家（国外、国际）、行业标准要求，电池在1C倍率下的最低放电时间。表达方式为分钟。（标准、要求）v2.实际平台：在1C倍率下，3.6V的放电时间与截止3V时的放电时间的比值。表达方式为百分比。（测试

22、）v3.使用平台：在1C倍率下，以60min为标准放电平台，实际放至3.6V的时间与60分钟的比值。表达方式为百分比。 （出货）61v电压平台：按表达方式分。v1.电压值：包括中值电压和平台电压，表达方式为电压值，如3.73V。（材料评估）v 中值电压：放电至3V的时间中点对应的电压值。（材料测试、性能评估）v 平台电压：电池电压平稳下降的电压段的中点。（材料评估）v2.电压范围：电池电压平稳下降的范围。其表达方式为范围值，如3.633.85V。（材料性能评估）62v容量平台v1.标称平台。根据国家（国外、国际）、行业标准要求，放电至3.6V的最小要求容量。v2.实际平台。实际放电至3.6V的容量。v3.百分比平台。包括测试平台和出货平台。v测试平台：电池放电至3.6V的容量与放电至3.0V的容量比。v出货平台。电池放电至3.6V的容量与标称容量的比值。63162min101min64v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