电池基础知识

锂离子电池

基础知识培训

目录

1：锂离子电池工作基本原理与结构

2：锂离子电池的命名和公司产品批号

3：软包锂离子生产工艺流程4：专业术语与常用知识

5：胀气失效模式分析

6：低电失效模式分析

一、锂离子电池理论知识和锂离子电池结构1.1锂离子电池原理

锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正极的二次电池。电子和Li+都是同时行动的，方向相同但路径不同，放电时，电子从负极经过电子导体跑到正极，锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。只要负极上的电子不能从负极跑到正极，电池就不会放电。（自放电）1.1反应原理正极采用锂化合物LixCoO2,（还有LixNiO2,或LiMn2O4等）,负极采用锂碳层间化合物LixC6。电解质为溶解有LiPF6,LiAsF6等的有机溶液。在充放电过程中，Li在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象地称为“摇椅式电池”（RockingChairBatteries,缩写为RCB）1.2锂离子电池结构正极活性物质：（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2)

辅助材料：SP、PVDF、CNT、KS-6、铝箔负极活性物质：石墨

辅助材料：SP、CMC、SBR、铜箔隔膜

（PP+PE）电解液（LiPF6+DMCECEMC)外壳（铝壳、钢壳、铝塑膜）1.2.1锂离子电池结构——正极正极物质：钴酸锂+（SP+KS-6）/CNT+PVDF正极引线：铝转镍带（约0.1mm厚）正极基体：铝箔（约0.014mm厚)活性材料：（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2)导电剂：SP/CNT粘结剂：PVDF溶剂：NMP绿色高温胶1.2.2锂离子电池结构——负极负极引线：镍带负极基体：铜箔（约0.008mm厚)负极物质：石墨+CMC+SBR活性材料：石墨导电剂：SP悬浮剂：CMC粘结剂：SBR溶剂：去离子水

正极的极耳使用的是铝转镍极耳，负极使用的是镍极耳。

极耳胶有三种，白胶、黑胶、黄胶；极耳需要能够耐电解液的浸泡，需要能够通过高温高湿的检验；铝极耳要能够弯折多次不断，镍极耳要容易上锡；1.2.3极耳1.3.3锂离子电池结构——隔膜材质：1、单层PE（聚乙烯）

2、三层复合PP（聚丙烯）+PE+PP

3、陶瓷隔膜（以PP，PE或者多层复合隔膜为基体，表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料，经过特殊工艺处理，和基体粘接紧密）厚度：1、单层一般为0.012～0.020mm2、三层一般为0.020～0.025mm3、陶瓷隔膜一般为0.009+0.003mm或0.012+0.004mm1.2.4锂离子电池结构——电解液电解液多为六氟磷酸锂的1mol/L碳酸酯溶液，根据电池的不同用途，溶质也可以是：六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基二乙基磺酸锂或者其组合等，溶剂可以是碳酸二甲酯、碳酸乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯或者其不同比例的组合等。电解液根据不同的安全性能的要求会添加不同的增强安全性能的添加剂，如防过充的、阻燃的、提高高温性能的、提高储存性能的、提高低温性能的等

电解液具有一定的腐蚀性，更换电解液时，须带防护眼镜1.2.5锂离子电池结构——铝塑膜

软包装锂离子电池的包装膜为铝塑膜；我们使用过的铝塑膜的主要生产厂家为：日本DNP和昭和，韩国栗村，国产有紫江，华谷，卓越等铝塑膜由多层聚合物薄膜和Al层复合而成，一般最外层为NYLON层，粘接到Al层，内层为CPP层，也有在CPP和Al层间多粘接一层PET层的，用来防止短路；二、锂离子电池的命名和公司产品批号举例：702337-605mAh-20171212批厚度：7.0mm宽度：23mm高度：37mm容量：605mAh2017年12月12日投料清批的重要性①能准确地清理出整批电池的数量

；

②更能清晰地对各工序的不良和报废更好的得到控制；

③更能直接地体现出电池的制造成本，使公司在制造成本上有一个更好的控制与降低的依据；

④有利公司的管理层对产品的制造有系统化，有数据依据。更能有针对性和直接性的管控。三、我司锂离子方形软包电池主要生产流程

四、专业术语4.1.面密度：单位面积物质的重量（单位：g/m²）；面密度=重量/面积4.2.压实密度：单位体积物质的重量（单位：g/cm3）；

压实密度=重量/面积（最大压实材料特性）小问：1.以我司现有条件如何计量压实密度?2.如何根据浆料重量根据已下发推算制片产量？

4.4极耳中心距、极耳胶外露高度、顶封预留宽度（外未封区）、顶封间隙（内未封区）极耳中心间距极耳外露高度顶封宽度侧封间隙顶封间隙顶封预留宽度4.3相对湿度与露点（科普）相对湿度：空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比（单位：%）。温度越高，相对湿度越大。绝对湿度：单位体积空气中所含水蒸气的质量。露点：在固定气压下，空气所含气态水达到饱和饱和而凝结成液态水所需降至的温度。ppm:百万分之

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）。4.5容量4.6电压4.7内阻电池正负极之间的电势差。常用的单位为伏特，简称伏（V）或毫伏(mV）。锂电(钴酸锂/三元/锰酸锂)安全工作上限电压4.2V或4.35V,下限电压3.0V。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。以符号R表示。常用的单位为欧姆，简称欧（Ω）或毫欧（mΩ）。以恒定的电流充电充至目标电压后，维持该电压不变的前提下以不断减小的电流充电。4.6恒流恒压充电4.7化成分容流程中电流计算4.8自放电-K值电流的规定一般为*C，比如0.5C，“C”代表的是电芯的容量，即：英文单词“Capacity”的第一个字母，0.2C的电流就是0.2*标称容量；一般情况下，大于2.0C以上的放电电流就叫倍率放电了。单位时间内电池的压降量，通常用mv/d，或mv/h。做的好的电池一般小于2mv/d或0.08mv/h电池标签标注的容量，电池容量存在个别差异下方便标识的估值。4.8标称容量4.9标称电压电池正负极之间的电势差维持放电时间最长的那段电压。区别于不同材料，分为3.7V（常规材料）和3.8V（高电压材料）五、锂离子电池胀气失效模式分析对策：1.现场管控软包电芯外部损伤；

涉及工序：组装到PACK2.封装按照SOP要求控制熔胶效果（撕熔胶与测厚）、未封区涉及工序：顶封、侧封、二封、切折烫3.低电管控（详见低电失效模式分析）涉及工序：所有工序

5.1外伤腐蚀（外力扎破铝塑膜）5.2内腐蚀5.3铝塑膜封装异常1.顶封（软封、硬封）a.封头温度b.气缸压力c.Stopper高度d.封印位置与尺寸e.辅助加热块状态f.中心距与偏心距不良造成的压极耳2.二封、侧封a.封头温度b.封头平行度c.气缸压力d.Stopper高度e.封印位置与尺寸（未封区尺寸过大、过小）f.二封边电解液过多g.注液后长时间未二封

二封熔胶异常负极过熔压极耳2024/11/102.折边后，印痕口变大，导致Al层完全暴露。为什么封印与电芯主体要有距离?1、热辐射使Pocket上PP层熔化,由于有收缩压力使隔离膜在PP上留下印痕，形成刺破口。5.4低电存储（电池自放电大）六、锂离子电池低电失效模式分析分析：1.正极材料磁性异常杂质含量较多；

涉及工序：来料、配料、涂布、对辊、制片、卷绕

2.粉尘刺穿隔膜引起电池正负极片微短路引起电压降；电解液量少；电解液电导率高（极化大）3.酒精清洗注液系统存在重大隐患4.水分超标涉及工序：注液前所有工序（重点工序：真空烘烤）对策1.配料过程中禁用铁质工具、浆料除铁、涂布烘道、制片除尘（重点切刀）2.粉尘控制：文件规范涂布烘道、制片环境粉尘、正负极片料的粘接好（是否易掉料）、卷绕机台清洁频率与要求3.注液前水分控制：严格按照工艺要求烘烤，做好过程自检巡检；4.禁止用酒精清洗注液系统；5.导入新的电解液前做压降评估测试；6.常规化成电芯谨慎推行精准注液，批量生产前进行试验；引起电池电压降类型及原理电化学类电压降(自放电)a.正极片里面含有磁性单质(如铁Fe、铜Cu等）造成电池充电过程磁性异物被氧化溶解出来形成离子态在负极还原并缓慢长大导致隔膜被穿透（多表现为隔膜有少量黑点黄点）形成内部微短路导致电压降；b.正极材料合成（烧制）不好（如钴酸锂LiCoO2在合成时碳酸锂LiCO2和四氧化三钴Co3O4未能充分反应导致Co在充电过程有溶出现象）从而被氧化形成离子态在负极还原并缓慢长大导致隔膜被穿透（多表现为隔膜有很多黑点黄点）内部微短路导致电压降；C.水分（H20）。水分在电池内部会产生HF导致SEI（固体钝化膜）溶解导致锂Li源不断被消耗从而引起电压降，但水分被电离后电池电压就会趋于稳定且隔膜不会发现有异常情况，只是负极尤其是边缘附近能发现嵌锂状态会有区别而已。物理类电压降(自放电)a制程粉尘。主要来源于涂布烘道、制片环境粉尘、正负极片料的粘接好（是否易掉料）、卷绕机台卫生及环境等。粉尘刺穿隔膜引起电池正负极片微短路引起电压降；b材料尤其是正极材料本身的微粉（粒径≤1um）含量多少。材料微粉含量越大，越易引起极片粘接性不良导致电池内部有颗粒刺穿隔膜引起电压降。零压电芯拆解分析