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1、锂离子电池基础知识本讲稿第一页，共三十页什么叫锂离子电池？锂离子电池是指锂离子电池是指LiLi+嵌入化合物为正、负极的二次电池。嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物正极采用锂化合物LiLiX XCoO2、LiXNiO2 2 或或LiLiXMnO2 2负极采用锂-碳层间化合物LiX XC C6。电解质为溶解有锂盐LiPF6、LiAsFLiAsF6 6等有机溶液。等有机溶液。在充放电过程中，在充放电过程中，LiLi+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的称为形象的称为“摇椅电池摇椅电池”。充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于从正极脱嵌，
2、经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态。富锂状态。放电时则相反。本讲稿第二页，共三十页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：6C+xLi+xe-=LixC6 电池总反应：LiCoO2+C6=Li1-xCoO2+LixC6 放电时发生上述反应的逆反应。充电放电充电放电充电放电本讲稿第三页，共三十页锂离子电池结构正极活性物质（LiCoOLiCoO2 2LiMnOLiMnO2 2LiNiLiNix xCoCo1-x1-xOO2 2)导电剂、溶剂、粘合剂、基体负极活性物质（石墨、（石墨、MCMB)MCMB)粘合剂、溶剂、基体隔膜（PP+PE）电解液（
3、LiPF6+DMC/EC/EMC)外壳五金件（铝壳、盖板、极耳、绝缘片）本讲稿第四页，共三十页方（角）形锂离子电池结构图正极帽安全阀绝缘件盖板 垫圈正极极耳隔膜本讲稿第五页，共三十页圆柱形锂离子电池结构图密封圈限流开关隔膜绝缘垫绝缘圈正极极耳本讲稿第六页，共三十页软包装锂离子电池结构图绝缘圈本讲稿第七页，共三十页锂离子电池结构正极正极基体：铝箔（约0.015mm厚)正极物质：钴酸锂+导电剂+PVDF正极极耳：铝带（约0.1mm厚）作用：提供锂源本讲稿第八页，共三十页锂离子电池结构负极负极基体：铜箔（约0.010mm厚)负极物质：石墨+CMC+SBR/石墨+PVDF负极极耳：镍带（约0.07mm
4、厚）作用：接受容纳锂离子本讲稿第九页，共三十页锂离子电池结构隔膜l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0.0200.025mm作用：将正负极完全隔开，防止正负极直接短路本讲稿第十页，共三十页锂离子电池结构电解液 性质：性质：无色透明液体，具有较强吸湿性。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（如环境水分小于境下使用操作（如环境水分小于20ppm20ppm的手套箱内）。的手套箱内）。规格：溶剂组成溶剂组成DMC:E
5、MC:EC=1:1:1DMC:EMC:EC=1:1:1（重量比）（重量比）LiPF6LiPF6浓度浓度1mol/l1mol/l质量指标：密度（密度（2525）g/cmg/cm3 31.230.031.230.03水分（卡尔费休法）水分（卡尔费休法）20ppm20ppm游离酸（以游离酸（以HFHF计）计）50ppm50ppm电导率（电导率（2525）10.40.5ms10.40.5mscmcm本讲稿第十一页，共三十页液态锂离子电池生产工艺流程配料卷绕注液检测包装匀浆化成激光焊裁片涂膜碾压装配本讲稿第十二页，共三十页液态锂离子电池性能常规性能：容量电压内阻可靠性性能：循环寿命自放电贮存性能高低温性
6、能跌落震动安全性能过充短路针刺挤压逆充热箱冲击本讲稿第十三页，共三十页容量 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 C表示。常用的单位为安培小时，简称安时（表示。常用的单位为安培小时，简称安时（AhAh）或毫安时）或毫安时（mAhmAh）。）。电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。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，即单位论值。为了比较不同系列
7、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，单位为体积或单位质量电池所能给出的理论电量，单位为Ah/kgAh/kg（mAh/g)mAh/g)或或Ah/L(mAh/cmAh/L(mAh/cm3 3)。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，单位为电流与放电时间的乘积，单位为AhAh，其值小于理论容量。，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。证电池
8、在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。本讲稿第十四页，共三十页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，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。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。本讲稿第十五页，共三十页内阻 电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低，此阻力称为电电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低，
9、此阻力称为电池的内阻。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。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。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
10、大，但不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。是线性关系，常随电流密度的对数增大而线性增大。本讲稿第十六页，共三十页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。本讲稿第十七页，共三十页循环寿命本讲稿第十八页，共三十页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 2/C0即为该电池之月自
11、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本讲稿第十九页，共三十页过充本讲稿第二十页，共三十页热箱本讲稿第二十一页，共三十页挤压本讲稿第二十二页，共三十页短路本讲稿第二十三页，共三十页逆充本讲稿第二十四页，共三十页影响电池安全的因素正极材料：结构、粒径，比表面积，纯度等负极材料：结构、粒径，比表面积，纯度等电解液：电解液的成分，配比，添加剂的种类和添加量等隔膜：材质，厚度，收缩率，熔点等结构及工艺等本讲稿第二十五页，共三十页影响电池循环寿命的因素正极材料：结构，粒径，比表面积，纯度负极材料：结构，粒径，比表面积，纯度正负极比例电解液：电解液的成分，配比，添加剂的种类和添加量，电解液量本讲稿第二十六页，共三十页方形锂离子电池部分设计原则根据性能要求选择正负极材料、隔膜、电解液等负极包住正极正负极的N/P比大于1隔膜要将正负极完全隔开敏感部位的保护极组与电池壳之间有一定的间隙本讲稿第二十七页，共三十页新产品投产流程本讲稿第二十八页，共三十页锂离子电池生产过程需严格控制的因素水分粉尘及异物毛刺本讲稿第二十九页，共三十页总结锂离子电池是个比较复杂的电化学体系，涉及到电化学、材料、机械、物理等学科锂离子电池生产流程较长，每个质量控制点都非常重要本讲稿第三十页，共三十页