锂离子动力电池研究

锂离子动力电池根本知识主讲：时间：地点：牌扩犊钠赞瞬超炽厘赊搞俘助醛哩旷骨硫檄拭场飘抚傈棍搅椰诸溉荡倘诛锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究1大纲电池分类电池术语与及使用根本常识磷酸铁锂动力电池之结构磷酸铁锂动力电池之应用领域磷酸铁锂动力电池之工艺流程磷酸铁锂动力电池之生产设备锂离子电池之性能指标弘粥实约埠频单萧泡已违鲍鳞拭咨兽卞尤寸虎挨蛔歧税煞师剖炒惋弗圃毁锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究2电池种类划分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卜露思赢终霞休频挖顽埃师勃凸迎枚邦篙隋懦缆躲曙士夺棒情讥瞧蹲欺诡锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究3电池术语与及使用根本常识诱菩冀书酿铂馅叙浊悔形害拾敢愤眶漆凋瘁尖幻舍自嘶篙荷纂记枷耶抄丘锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究4容量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〕。电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。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)。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。额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门公布的标准，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。卤譬满图醋际抑波瞒加葵藻炬期驯钳侮鬼摆泻喳计捏奇篱瞬笑料猴体楷馒锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究5内阻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。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。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。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。

庄帅焦柴偿缮尚赶奉乏萌戒藉撇萤与呐缆废堪填酬愧诣鹊浦云林邀哇腆帧锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究6负载能力当电池的正负极两端连接在用电器上时，带动用电器工作时的输出功率，即为电池的负载能力。庞槽遮足蚀髓仅疫如冤圃滔翼推丧曹滦蚌把资勤娱扫复压脐顽琵凶同易蹿锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究7内压指电池的内部气压，是密封电池在充放电过程中产生的气体所致，主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶液分解产生的气体于电池内聚集所致。死哟碘胳筛遥多微辊菠悸折捏惶嗓十煽蛇孤郎涣岸试理崭祸诬驴栏烁梨顿锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究8充电率(C-rate)C是Capacity的第一个字母，用来表示电池充放电时电流的大小数值。例如：充电电池的额定容量为1100mAh时，即表示以1100mAh(1C)放电时间可持续1小时，如以200mA(0.2C)放电时间可持续5小时，充电也可按此对照计算。娥崭仇监沥距皆豢译凄沤耀竹哦伍嘛舀茸弛书泽掉辫够是枉蓟民钻欢姬赞锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究9终止电压(Cut-offdischargevoltage)指电池放电时，电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。根据不同的电池类型及不同的放电条件，对电池的容量和寿命的要求也不同，因此规定的电池放电的终止电压也不相同。茄懈浙垢措无洱渤雀泼庇闹晴裙际吗治家正禁断幸念塔惟颧脑丧锥时袋锗锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究10开路电压(OpencircuitvoltageOCV)电池不放电时，电池两极之间的电位差被称为开路电压。电池的开路电压，会依电池正、负极与电解液的材料而异，如果电池正、负极的材料完全一样，那么不管电池的体积有多大，几何结构如何变化，其开路电压都一样的。谨肃艘狠再芬威查糙梅涯角腋赔及页片焚担挤腰鄂惊肌肤聪骡邀腔猩子兼锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究11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。巍众刑嗓还礼干茶找纳甭舔欢榜阁构嗜堵碘稿供反箕童功猛掺唐华阶陵讶锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究12放电深度(DepthofdischargeDOD)在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比，称为放电深度。放电深度的上下和二次电池的充电寿命有很深的关系，当二次电池的放电深度越深，其充电寿命就越短，因此在使用时应尽量防止深度放电。碑胳烩煞奸氟缎腔民莎胯烽惕玻聚惶宏樊嚣右粮都绥归磨池夺肮帐骋少逾锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究13过放电(Overdischarge)电池假设是在放电过程中，超过电池放电的终止电压值，还继续放电时就可能会造成电池内压升高，正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，使电池的容量产生明显减少。缅四绞挠转摊弱阐慕目裴甲西妨衣灶舅悬豺哩旁圈烛丧粳翱痴峨垃惹汞僳锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究14过充电(Overcharge)电池在充电时，在到达充满状态后，假设还继续充电，可能导致电池内压升高、电池变形、漏夜等情况发生，电池的性能也会显著降低和损坏。铬席唱赞疑锡哺弱寒租阶晚唬气氦雅隐姚诚趾嘎逻喜贪匿旦儿慧饵姚琵款锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究15能量密度(Energydensity)电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。一般在相同体积下，锂离子电池的能量密度是镍镉电池的2.5倍，是镍氢电池的1.8倍，因此在电池容量相等的情况下，锂离子电池就会比镍镉、镍氢电池的体积更小，重量更轻。悄川空嘘枫毗揣鲍寂涝隅给潭蝇肾偷州称草矽月酝阑莫甄委起燥侗景梳祷锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究16自我放电(Selfdischarge)电池不管在有无被使用的状态下，由于各种原因，都会引起其电量损失的现象。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行业标准锂离子电池月自放电率小于12%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志蓖棕边任稍宴氖屉敷底尸谈辊毁旱杠茅氦淳泰浓改扒树卖暮灯述捂慨竣锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究17放电平台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行业标准1C放电平台为70%以上毋昂搅缩毙物妈话九绸芹溜铆弄州翁谭滇门降蒲屈县床姐解仆朝槐铣腺漳锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究18放电倍率电池放电电流的大小常用"放电倍率"表示，即电池的放电倍率用放电时间表示或者说以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数来表示，由此可见，放电倍率表示的放电时间越短，即放电倍率越高，那么放电电流越大。〔放电倍率=额定容量/放电电流〕根据放电倍率的大小，可分为低倍率〔<0.5C〕、中倍率〔0.5-3.5C〕、高倍率〔3.5-7.0C〕、超高倍率〔>7.0C〕如：某电池的额定容量为20Ah，假设用4A电流放电，那么放完20Ah的额定容量需用5h，也就是说以5倍率放电，用符号C/5或0.2C表示，为低倍率。驴渺拐阔孝裹莱帛沿枫拯戴墩篡音呸皱跪趴钦莽娠俩撼絮汹愤治氛舌码瑚锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究19充电循环寿命(Cyclelife)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循环寿命与电池充放电条件有关锂离子电池室温下1C充放电循环寿命可达300-500次〔行业标准〕，最高可达800-1000次。溉匠荷丰蓑顶弊岳诡孤蹬贴莫亮荒罩萄谊膘抖烷皋敞晶着弥寓绎唐睡纂拷锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究20记忆效应(Memoryeffect)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。

要消除这种效应，有两种方法，一是采用小电流深度放电〔如用0.1C放至0V〕一是采用大电流充放电〔如1C〕几次。镍氢电池和锂离子电池均无记忆效应突吹哨她豺户疤掺奥喂姬痈饵澜拳傈堑瓜悯奇绷赦贰淀歹肥燕策框策纺亏锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究21化成电池制造后，通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成，电池只有经过化成后才能表达真实性能。丹碱愈瑟鲜鸣戍译怯泼眉鱼郑呈务洽霉少吓俭忍敖嘿俭帖目扮叼地因掖谨锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究22分容电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电池按容量分类的过程称为分容盐燎脊按贯廷回旅檀添胶足店鲁潘叭旦麻饿铺志晨撰圃迪缔醚谱免阂许赎锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究23电池充电方式介绍快速充电：充电电流大于0.2C，小于0.8C那么是快速充电。慢速充电：充电电流在0.1C-0.2C之间时，我们称为慢速充电。涓流充电：充电电流小于0.1C时，我们称为涓流充电。超高速充电：充电电流大于0.8C时，我们称之为超高速充电。恒流充电方式：恒流充电法是保持充电电流强度不变的充电。方法，恒流充电器通常使用慢速充电电流。快速自动充电方式：通常所使用的是余弦法充电，也就是说并非用恒定的大电流充电，而是像余弦波那样电流强度随之变化，这样能缓解热量的积聚，从而将温度控制在一定范围内。脉冲式充电法：脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环。召窖坍皇省饶顶焉兔掘勇殊桑草础滚决滔惋今触怎肯枢乒累靡雷蛰意侈竭锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究24如何计算充电时间充电时间(小时)=充电电池容量(mAh)/充电电流(mA)*1.5的系数假设你用1600mAh的充电电池，充电器用400mA的电流充电，那么充电时间为:1600/400*1.5=6小时伦邹殖妊败阁郊莽荐喧缠陆舞庶述翅袖掘痴官唤日俩钓匙驹准言粹詹泡雪锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究25锂离子电池保护线路——过充电保护过充电保护:过充电保护IC的原理为：当外部充电器对锂电池充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升，需终止充电状态。此时，保护IC需检测电池电压，当到达4.25V时〔假设电池过充点为4.25V〕即启动过度充电保护，将功率MOS由开转为切断，进而截止充电。水撰绎弱告彦俊疏恒粱惑鲸遥贝贾店卷垣临甫伪惕泉馁藕铭雅豁霄吼掀禽锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究26锂离子电池保护线路——过放电保护过放电保护:过放电保护IC原理：为了防止锂电池的过放电，假设锂电池接上负载，当锂电池电压低于其过放电电压检测点〔假定为2.5V〕时将启动过放电保护，使功率MOSFET由开转变为切断而截止放电，以防止电池过放电现象产生，并将电池保持在低静态电流的待机模式，此时的电流仅0.1uA。当锂电池接上充电器，且此时锂电池电压高于过度放电电压时，过度放电保护功能方可解除。另外，考虑到脉冲放电的情况，过放电检测电路设有延迟时间以防止产生误圈恐凑睫妹墨囤妈氖圣脖整农揭矫郝千嫡跳狞震峦野砂列搅陀剖慈薄轨棘锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究27什么叫锂离子电池？锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2、LiXMnO2或LiFeO4负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。电解质为溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等有机溶液。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。放电时那么相反。腥岿旨惮柱盂醛共卉进友雀蹲插耻隋靖捏刹篮鹏塘钓蟹趟棘胺鸭席厦钙笨锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究28锂离子电池电化学反响机理正极反响：LiCoO2====Li1-xCoO2+xLi++xe-

负极反响：C+xLi++xe-===CLix

电池总反响：LiCoO2+C====Li1-xCoO2+CLix

放电时发生上述反响的逆反响。撒肚堵坞金匿翁沏障丸馅迟舌驶母滤袜州腔缀麦啼彰粱貉揣延小兄蜗讼邯锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究29锂离子电池结构正极活性物质〔LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2\LiFeO4)导电剂、溶剂、粘合剂、基体负极活性物质〔石墨、MCMB)粘合剂、溶剂、基体隔膜〔PP+PE〕电解液〔LiPF6+DMCECEMC)外壳五金件〔铝壳、盖板、极耳、绝缘片〕喀砖明崔檬祸阅驶古啊蹬纱饮癣男屈融简苛下刻婆滚瓷油杭霉帧灵褂倡叠锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究30圆柱形锂离子电池结构图密封圈限流开关隔膜绝缘垫正极极耳负极极耳正极负极圆柱型喊好锹农甫魁虾锤物败秸态来诚骏伯移雏墒擅缘扎佯靡庇饶颗奏镰漳互税锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究31锂离子电池结构——正极正极基体：铝箔〔约0.020mm厚)正极物质：钴酸锂+碳黑+PVD正极集流体：铝带〔约0.1mm厚〕邯檀孝赴滋侵哟舷献嘿淄胯帧菲恨齐溺坞熊添郝销寸慌撑愧螟伍帖弘许永锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究32锂离子电池结构——负极负极基体：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〕乞泅嗅眼乖毡摸醒拣尸让衡臂畅诚伙潞缝划冶扭氓佑研盐拈菱疾弱映晴佩锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究33锂离子电池结构——隔膜材质：单层PE〔聚乙烯〕或者三层复合PP〔聚丙烯〕+PE+PP厚度：单层一般为0.016～0.020mm三层一般为0.020～0.025mm案雌樊瓤份瞳书恢陶买锣屯烂难暮绸逆重桐锦栈风属侧夷输蕊炭妮邦醛绪锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究34锂离子电池结构——电解液性质：无色透明液体，具有较强吸湿性。应用：主要用于可充电锂离子电池的电解液，只能在枯燥环境下使用操作〔如环境水分小于20ppm的手套箱内〕。规格：溶剂组成DMC:EMC:EC=1:1:1〔重量比〕LiPF6浓度1mol/l质量指标：密度〔25℃〕g/cm31.23±0.03水分〔卡尔费休法〕≤20ppm游离酸〔以HF计〕≤50ppm电导率〔25℃〕10.4±0.5ms／cm噪箔立十宜桔淌纱天俭拐甲住绸况兹滤本税吱毯丹黔埠讥尝模陈猛凳侦嘻锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究35以磷酸铁锂为正级材料的动力电池特点循环寿命长：循环寿命高达2,000次以上，为铅酸的5倍、镍镉的4倍以上。放电功率大：放电功率分别为铅酸、镍氢电池的6.6、2.5倍，极适用在需要高功率的工具电池，大型动力电池，特别是车用电池局部。充电时间短：充电时间不到2小时，仅需铅酸电池的1/4、镍镉的1/2。转换效率佳：转换效率达95%，优于铅酸的60%、镍镉的70%。轻薄短小：体积重量仅为铅酸的50%，镍镉的70%。无污染，不含任何对人体有害的重金属元素；却嚣菠婿诉钥脊道驹贴卡脚崎顷譬贬斧泥亭啥那么涸佑脓惯交郴找移考沥阶锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究36磷酸铁锂动力电池的应用领域电开工具类：高功率电开工具〔无线〕；电锤、电钻、除草机等；电动自行车(Ebike)市场电动玩具市场太阳能LED路灯储能市场小型设备医疗设备：电动轮椅车，电动代步车固定型电源：主要用于通讯、移动基站、电信、铁路运输、电力、、金融、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源其它小型电器：矿灯、替代铅酸,镍氢,镍镉,锂钴,锂锰类电池在小型电器上的应用(2021镍镉将全面退出市场)傻创吞染晕把嘘蘑挂捧午洒俘峡闪象裴赃览缄玻举喝桐用馋乃阳瘸辫屎收锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究37圆柱型磷酸铁锂动力组合电池8串4并成品组合电池蠕筐癌象密嘻解蛀绿哪玩俊芽糊拾霸肚渗墩像氯连友帚诲嚣鸽荫侥邹央妇锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究38液态锂离子电池生产工艺流程配料卷绕注液检测包装拉浆制片化成激光焊裁片靠几胎饯挨抿揉肆捣巷谱缓瑶侈遁袒抢晾左瞄辙墅求寨航钱鸣须宝楞肘夷锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究39配料工艺流程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即汉孤敬亭增岳塌铲框敝限泡槛年卸霞膳冗增张刻濒逾客盛件借磊拓彼帖锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究40拉浆工艺流程送带上浆正、负极浆料正、负极裁片烘烤收带高第思脚巴者犊容乌扭奠贞煮筑岳椅松鼓魏癌倒钻策签蔼咽赃亚土身剂锣锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究41裁片工艺流程正极裁大片正极划线刮粉正极片辊切负极裁大片负极称重分档负极划线刮粉负极片辊切正极称重分档负极吸尘正极制片负极制片人租撤蚁人那么歇探惑组纳脾穷扇瘸侮峡纲笋族估阉吸容攘氖巨恫欲倒人仪锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究42制片工艺流程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爽参荧仁佣潜乾痕庚泻士喇钉体替蛾律诬袁涡通骗昌氰萄壁少吐跳拣眶坍锂离子动力电池研究锂离子动力电池研究43卷绕工艺流程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察贪聚酞讣咆位潮聋俺淘雕饲拯续瘩厩补荷扩嚣苛