锂离子电池基础知识课件

广安鼎恒新能源锂电池制造股份有限公司锂离子电池基础知识皮德华1锂离子电池基础知识电池的定义电池分类锂离子电池之电化学反应机理锂离子电池之应用领域锂离子电池之结构液态锂离子电池之工艺流程液态锂离子电池之生产设备锂离子电池之性能指标目录2锂离子电池基础知识电池的定义什么叫电池？电池是一种能够将化学能转化为电能的一种装置。3锂离子电池基础知识电池的分类1.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）4锂离子电池基础知识电池的分类1.按工作性质分一次电池（原电池）二次电池（可充电池）5锂离子电池基础知识电池的分类2.按电解液分碱性电池（锌锰电池、镉镍电池，镍氢电池等）酸性电池（锌锰电池、铅酸电池）有机电解液电池（锂离子电池）6锂离子电池基础知识电池的分类3.按电池所用正、负极材料划分

锌系：锌锰电池、锌银电池等镍系：镉镍电池、氢镍电池、镍锌电池等锂系：锰锂、铁锂、镍钴锰（三元）电池等其它体系7锂离子电池基础知识电池的分类4.按电池用途分数码电池：手机、电脑、MP3、MP4、电子烟等动力电池：汽车动力、自行车动力等仪器仪表电池：万用表、电子称等储能电池：蓄电池（备用电源）8锂离子电池基础知识什么叫锂离子电池？锂离子电池是指以锂离子为反应活性物质的可充式电池，当电池放电到终止电压后能够再充电，以恢复到放电前的状态。正极采用锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2、LiFePO4或LiXMnO2

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。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。9锂离子电池基础知识锂离子电池电化学反应机理正极反应：LiCoO2====Li1-xCoO2+xLi++xe-

负极反应：C+xLi++xe-===CLix

电池总反应：LiCoO2+C====Li1-xCoO2+CLix

放电时发生上述反应的逆反应。10锂离子电池基础知识锂离子电池特点高能量密度高工作电压长循环寿命电化学特性稳定荷电保持能力强无污染无记忆效应

锂离子电池基础知识应用领域Li-ionBattery12锂离子电池基础知识锂离子电池结构正极活性物质（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2、LiFePO4)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）13锂离子电池基础知识方（角）形锂离子电池结构图14锂离子电池基础知识圆柱形锂离子电池结构图15锂离子电池基础知识软包装锂离子电池结构图16锂离子电池基础知识塑壳锂离子电池结构图负极极柱安全阀正极极柱塑壳塑料外壳材质：特殊PP塑料加35~40%玻璃纤维正极导柱为铝极柱；负极导柱为铜镀镍极柱；此复合材料热溶需在270℃以上；17锂离子电池基础知识锂离子电池结构——正极正极物质：钴酸锂+碳黑+PVDF18锂离子电池基础知识锂离子电池结构——负极负极集流体：镍带（约0.07mm厚）19锂离子电池基础知识锂离子电池结构——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0.020～0.025mm20锂离子电池基础知识锂离子电池结构——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，只能在干燥环境下使用操作（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／cm21锂离子电池基础知识锂离子电池生产工艺流程负极配料正极涂布负极涂布正极制片负极制片正极焊片负极焊片裁隔膜、正极配料正极+隔膜+负极全检侧封入壳顶封全检开口烘烤封口注电解液全检转交预充常温搁置二封高温搁置续充喷码出货客户负极配料正极涂布负极涂布正极对辊负极对辊正极模切负极模切裁隔膜、正极配料正极+隔膜+负极叠片全检组装冲孔短路测试壳入全检烘烤注电解液全检转交超声焊接常温搁置化成贴条码分容PACK全检内阻电压高温老化入库客户22锂离子电池基础知识锂离子电池生产设备真空搅拌机涂布机辊压机模切机叠片机超声波焊接机自动贴胶机锂动力电池塑壳自动封口机真空烤箱短路测试仪23锂离子电池基础知识锂离子电池生产设备注液机化成检测柜整形机分容检测柜电压内阻测试仪真空泵空气压缩机真空干燥机水分测试仪粒度分析仪24锂离子电池基础知识锂离子电池性能常规性能：容量电压内阻可靠性性能：循环寿命放电平台自放电贮存性能高低温性能安全性能过充短路针刺跌落湿水低压振动25锂离子电池基础知识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）。26锂离子电池基础知识容量的几种表达方式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。27锂离子电池基础知识电压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。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。28锂离子电池基础知识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。容量的几种表达方式29锂离子电池基础知识循环寿命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1000次以上。30锂离子电池基础知识放电平台（1C）（手机电池）时间平台电压平台容量平台31锂离子电池基础知识放电平台时间平台1.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）2.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）3.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）32锂离子电池基础知识放电平台电压平台：按表达方式分。1.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）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）平台电压：电池电压平稳下降的电压段的中点。（材料评估）2.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3.63～3.85V。（材料性能评估）33锂离子电池基础知识放电平台容量平台1.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。2.实际平台。实际放电至3.6V的容量。3.百分比平台。包括测试平台和出货平台。测试平台：电池放电至3.6V的容量与放电至3.0V的容量比。出货平台。电池放电至3.6V的容量与标称容量的比值。34锂离子电池基础知识放电平台实例：标称800mAh，实际825mAh35锂离子电池基础知识自放电电池完全充电后，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15%，我们可以做到6%-8%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36锂离子电池基础知识记忆效应记忆效应是针对镍镉电池而言，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，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37锂离子电池基础知识电池不良项目及成因

:1.容量低

产生原因：a.

附料量偏少；b.

极片两面附料量相差较大；c.

极片断裂；

d.

电解液少e.

电解液电导率低；f.

正极与负极配片未配好（偏轻）；

g.

隔膜孔隙率小；h.

胶粘剂老化（高温）→附料脱落；i.卷芯超厚（极片压片厚度过大、未烘干或电解液未渗透）j.

分容时未充满电；k.

正负极材料比容量小。

2.内阻高

产生原因：a.

极片与极耳虚焊；b.

正极未加导电剂；c.

电解液锂盐分解；d.

电池曾经发生短路；e.

隔膜纸孔隙率小。

3.电压低

产生原因：a.

副反应（电解液分解；正极有杂质；有水）；b.

未化成好（SEI膜未形成安全）；c.

客户的线路板漏电（指客户加工后送回的电芯）；d.

客户未按要求点焊（客户加工后的电芯）；e.

毛刺，粉尘；f.

微短路；g.

负极界面产生枝晶。

38锂离子电池基础知识电池不良项目及成因

:4.变形量过大的原因有以下几点:

a.

塑壳漏气;b.

电解液过少;c.

未烘干水分;d.

极柱密封性差;

e.

壳壁太厚;

f.

壳太厚;g.

电芯太厚(附料太多；极片未压实；隔膜太厚)。

5.起鼓成因有以下几点

a.

未化成好（SEI膜不完整、致密）；b.

烘烤温度过高→粘合剂老化→脱料；c.

负极比容量低；d.

正极附料多而负极附料少；

e.

极柱漏气，焊缝漏气；f.

电解液分解，电导率降低；g.电池制作过程吸水

39锂离子电池基础知识电池不良项目及成因

:6.爆炸

a.分容柜有故障（造成过充）；b.

隔膜闭合效应差;