锂离子电池基本知识培训

锂离子电池基本知识培训Preparedby:殷世抒Date:2012/03/2内容1.关键词

1.1二次电池的主要类别1.2锂离子电池的特性

2.反应原理2.1正常充放电过程2.2异常充放电过程

3.材料的主要成分，作用及其特性2.1正极材料2.2负极材料2.3隔膜2.4电解液2.5铝塑膜/钢壳-盖帽2.6极耳4.主要的性能参数，影响因素及相对应的关键控制点1.2锂离子电池的特性（1）1.2.1安全性锂离子电池由于具有能量密度高、输出电压高、容量高等优点；而这些优点同时也带来了锂离子电池的安全性隐患。一般来说，能量密度，电压及容量越高，安全性就越差。锂离子电池的电极反应机理，电池的材料体系决定了锂离子电池一旦出现滥用，将非常容易导致热失控，从而引发起火，爆炸等安全事故。1.2锂离子电池的特性（2）各种电池的比较技术参数镍-镉电池镍氢电池锂离子电池工作电压（V）1.21.23.7克容量/（mAh/g)5065130~160能量密度/（Wh/L)150~200280~320490~570充放电循环/次500500500-1000自放电率（%/年）25--3030--356--9记忆效应有无无对环境的影响镉,严重污染重金属污染无污染安全性高高低锂离子电池为高储能体2反应原理基本反应原理：充电过程：锂离子在负极表面得到电子，被还原为锂原子；然后在微弱的共价键作用下，镶嵌到石墨分子（6个碳原子）中。放电过程:锂原子从LiC6中脱嵌而出，失去电子变成锂离子，回到电解液和正极。

+充电放电2.1正常充放电过程充电过程：正极反应：Li1MO2---->Li1-xMO2+xLi+xe-负极反应：C+xLi++xe-----CLix总反应：Li1MO2+C--Li1-xMO2+CLix放电过程：正极反应：Li1-xMO2+xLi++xe----LiMO2负极反应：CLix-----C+xLi++e-总反应：Li1-xMO2+CLix--Li1MO2+C

2.2异常充放电过程过充电：通常指电压高于4.2v以上。一般高于4.35v会严重损伤电池性能。从分子层面看，可以直观的理解，过度充电将把太多的锂原子硬塞进负极碳结构里去，当没有足够的石墨分子来“存放”锂原子时，锂原子将在负极石墨表面结晶，即“析锂”现象；当枝晶越长越大时，可能刺穿隔膜导致短路。过放电：通常指电压低于3.0v。一般低于2.0v会严重损伤电池性能。过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷。同时，当电池电压低于铜的氧化电位时，铜箔将会溶解进入电解液，并在正极片上面结晶析出，即“析铜”现象。过电流充（大倍率）放电：可能会严重损伤电池，导致鼓胀，起火，爆炸等事故。严重过充的可能后果:1）：容量衰减快，电压衰减快；2）：鼓胀，起火，爆炸。严重过放的可能后果：1）：容量衰减快，电压衰减快；2）：鼓胀2.3析锂和析铜的照片析锂析铜3电池材料3.1正极材料：

材料克容量(mAh/克)平台(3.6v)过充性能高温性能循环寿命安全性钴酸锂140-16080-90%4.6v好1000次差锰酸锂100-12090%4.8v差300次差三元(锂镍钴锰)130-15050%4.6v好500-800次差磷酸铁锂130-14090%(3.2v)?好3000次好正极材料的主要作用：提供导电正电荷（Li离子）。

正极材料的晶体结构3.2负极材料负极材料主要是石墨，分天然石墨，人造石墨，改性石墨等。

石墨吸附能力非常强，很容易吸收水分，吸收灰尘，吸收气体，因此要密封保存。层状石墨无定形体在空气中的着火点很高(1000度以上），但如果颗粒非常小，有明火存在时则在750-800度比较容易被引燃。化学性能稳定，常温下不与酸性，碱性，有机或无机溶液发生反应。负极材料的主要作用：1）包容锂原子，形成LiC，降低Li原子的化学活性。2）导电性好，有利于降低电池的内阻。小问题：卷绕工序为什么要求负极必须完全包住正极？3.3隔膜隔膜的成分：PP+PE隔膜的结构分类：单层，双层，三层常用的隔膜是一层PP和一层PE（或两层PP）压合在一起形成。每层膜的微观结构上都有很多微孔，能够透过分子直径比较小的气体分子，能通过离子，但不能通过电子。隔膜的特性:1）受热收缩：80°以上的环境中，长度和宽度两个方向都会受热收缩；2）离子导通，电子关断。3）软化点130-140°，熔点170-190°。隔膜的作用：1）在正负极之间起到绝缘作用；2）充放电的过程中，通过锂离子穿行来实现电荷的转移。小问题：1）设计上，隔膜宽度为什么要比正负极都宽？2）注液前真空烘烤工序的烘烤温度为什么要求是在80-90°？3.4电解液主要成分1）溶剂：PC/EC/DEC/EMC/DMC等碳酸酯类的混合物，还有一些添加剂，其中DMC（碳酸二甲酯）的凝固点为4°，沸点为90°。2）溶质：六氟磷酸锂LiPF6.浓度通常为1mol/升。作用：在充放电过程中作为一种媒介，并提供足够多的正电荷。化学特性：1.溶剂：1）低温易凝固，阻抗增加，使导电能力急剧减弱；2）高温易分解，产生许多种复杂的气体组分，电池内部气压升高导致鼓胀漏液，或者内阻升高，电压及容量迅速衰减。2.溶质：LiPF6极易发生水解，产生大量的氢氟酸。LiPF6+H2O-----LiPO3+3HF+LiF小问题：午饭后上班时，手套箱杯子里面的电解液为什么要倒掉？

3.5极耳组成：金属片+极耳胶金属片的作用：连接电池内部的极片和外部的保护线路或用电器。极耳胶的作用：1）顶封时，通过极耳胶把上下两层铝塑膜粘合起来；2）防止金属片与铝塑膜的铝箔短路。小问题：1）极耳胶的宽度为什么是5mm而不是4mm？2）顶封时，极耳胶外露为什么至少要有0.1mm？3.6铝塑膜铝塑膜的供应商1）Showa，即昭和电工株式会社。2）DNP，即大日本印刷株式会社。铝塑膜的结构铝塑膜的作用：小问题：为什么顶侧封的温度是180—210°？小问题：DNP铝塑膜封印厚度150-170um是否合理？40um30um30-35um5um5um3.澡7圆柱叙盖帽盖帽影的结介构1）铁佳帽2）PT队C3）大厉铝片4）小海铝片5）胶超圈小问仙题：1）盖度帽来叛料为棵什么摔要均宝匀涂掌胶水赌？2）高还倍率踪蝶电池脊的盖妙帽为零什么欺没有PT恼C？3）短男路测撕试通乒不过炼时，险为什晌么设那计上利在极为耳外糕面焊介接一芦个PT句C就可走以通尺过测售试？4电池污的主潜要性遍能（1）4.向1容量绸的影盛响因笨素1）正殿极偏凑轻（投材料叫偏少示）2）负秧极比顽例不构够，爆导致丹正极被容量蛙发挥务不出摆来3）负幸极未贼包住庭正极彩，析胞锂导付致容烛量损嗓失4）电涌解液凶性能通不好纪，或漂电解外液量舞不足5）隔稻膜孔声隙率端太小柿，锂领离子较难以易穿过6）内把部短范路导宗致漏瓶电流见偏大7）过漠充/过放乔导致通正负故极或龟隔膜咽严重唉损伤8）鼓独胀或捞漏液4电池孩的主枝要性基能（2）4.逆2内阻遣的影除响因景素1）电亦解液暴电导底率2）隔翠膜孔钥隙率3）正客负极晃材料牲的导功电性4）正所负极间材料树结构首及其刚稳定童性5）涂轮布面观密度丈及压翼实密京度6）电仅芯的塘卷绕律结构绘，容盒量7）虚辱焊8）断筋片9）鼓醉胀或境漏液10）盖地帽内匪部脏知污11）内灶部短券路4电池缴的主绿要性贸能（3）4.钻3电压术衰减1）烧挠极耳2）内筛部微庙短路3）过鞋充过面放，尖过流4）鼓猾胀5）保貌护板投漏电千流大4电池歇的主哭要性撞能（4）4.银4鼓胀彼的影桶响因定素1）电胆芯内刑部水茄含量僚高2）外钳部短距路3）内歌部短测路4）过系充，鹊过放溪，过少流5）温勺度过陡高，才导致锦电解听液分指解6）封隙口不垄良，怨水汽欠进入7）电像解液响严重覆不够4电池蛙的主选要性伙能（5）4.番5起火/爆炸愚的主闹要原育因1）内间部短翠路（批如圆树柱电脆芯正局极耳李碰壁途，封淘口短紫路等纸）2）外慢部短揭路3）过槐充，筒过放左，过伯流4）高隔温导扔致隔册膜剧舅烈收另缩