鋰離子動(dòng)力電池基本知識(shí)-ppt課件

1、主講：時(shí)間：地點(diǎn)：l電池分類(lèi)l電池術(shù)語(yǔ)與及使用基本常識(shí)l磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之結(jié)構(gòu)l磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之應(yīng)用領(lǐng)域l磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之工藝流程l磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之生產(chǎn)設(shè)備l鋰離子電池之性能指標(biāo)l一次電池l小型二次電池：鎳鎘、鎳氫、鋰離子l鉛酸電池l動(dòng)力電池l燃料電池l太陽(yáng)能電池-地面光伏發(fā)電l其他新型電池l電池在一定放電條件下所能給出的電量稱(chēng)為電池的容量，以符號(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱(chēng)安時(shí)Ah或毫安時(shí)mAh）。l電池的容量可以分為理論容量、額定容量、實(shí)際容量。l理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計(jì)算而得的最高理論值。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給

2、出的理論電量，單位為Ah/kgmAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。l實(shí)際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為Ah，其值小于理論容量。l額定容量也叫保證容量，是按國(guó)家或有關(guān)部門(mén)頒布的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。l電流通過(guò)電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱(chēng)為電池的內(nèi)阻。l電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在放電過(guò)程中隨時(shí)間不斷變化，因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液濃度和溫度都在不斷地改變。l電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化與濃差極化。內(nèi)阻的存在，使電池放電時(shí)的端電壓低于電池電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓，充電時(shí)端電壓高

3、于電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓。l歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線(xiàn)性關(guān)系，常隨電流密度的對(duì)數(shù)增大而線(xiàn)性增大。l當(dāng)電池的正負(fù)極兩端連接在用電器上時(shí)，帶動(dòng)用電器工作時(shí)的輸出功率，即為電池的負(fù)載能力。l指電池的內(nèi)部氣壓，是密封電池在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體所致，主要受電池材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素影響。其產(chǎn)生原因主要是由于電池內(nèi)部水分及有機(jī)溶液分解產(chǎn)生的氣體于電池內(nèi)聚集所致。lC是Capacity的第一個(gè)字母，用來(lái)表示電池充放電時(shí)電流的大小數(shù)值。l例如：充電電池的額定容量為1100mAh時(shí)，即表示以1100mAh(1C)放電時(shí)間可持續(xù)1小時(shí)，如以200mA(0.2C)放電時(shí)間可持續(xù)

4、5小時(shí)，充電也可按此對(duì)照計(jì)算。l指電池放電時(shí)，電壓下降到電池不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓值。l根據(jù)不同的電池類(lèi)型及不同的放電條件，對(duì)電池的容量和壽命的要求也不同，因此規(guī)定的電池放電的終止電壓也不相同。l電池不放電時(shí)，電池兩極之間的電位差被稱(chēng)為開(kāi)路電壓。l電池的開(kāi)路電壓，會(huì)依電池正、負(fù)極與電解液的材料而異，如果電池正、負(fù)極的材料完全一樣，那么不管電池的體積有多大，幾何結(jié)構(gòu)如何變化，其開(kāi)路電壓都一樣的。l工作電壓指電池接通負(fù)載后在放電過(guò)程中顯示的電壓，又稱(chēng)放電電壓。在電池放電初始的工作電壓稱(chēng)為初始電壓。l電池在接通負(fù)載后，由于歐姆電阻和極化過(guò)電位的存在，電池的工作電壓低于開(kāi)路電壓。l在電池使用過(guò)程

5、中，電池放出的容量占其額定容量的百分比，稱(chēng)為放電深度。l放電深度的高低和二次電池的充電壽命有很深的關(guān)系，當(dāng)二次電池的放電深度越深，其充電壽命就越短，因此在使用時(shí)應(yīng)盡量避免深度放電。l電池若是在放電過(guò)程中，超過(guò)電池放電的終止電壓值，還繼續(xù)放電時(shí)就可能會(huì)造成電池內(nèi)壓升高，正、負(fù)極活性物質(zhì)的可逆性遭到損壞，使電池的容量產(chǎn)生明顯減少。l電池在充電時(shí)，在達(dá)到充滿(mǎn)狀態(tài)后，若還繼續(xù)充電，可能導(dǎo)致電池內(nèi)壓升高、電池變形、漏夜等情況發(fā)生，電池的性能也會(huì)顯著降低和損壞。l電池的平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。l一般在相同體積下，鋰離子電池的能量密度是鎳鎘電池的2.5倍，是鎳氫電池的1.8倍，因此在電池容量相等的

6、情況下，鋰離子電池就會(huì)比鎳鎘、鎳氫電池的體積更小，重量更輕。l電池不管在有無(wú)被使用的狀態(tài)下，由于各種原因，都會(huì)引起其電量損失的現(xiàn)象。l電池完全充電后，放置一個(gè)月。然后用1C放電至3.0V，其容量記為C2；電池初始容量記為C0；1-C2/C0即為該電池之月自放電率l行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池月自放電率小于12%l電池自放電與電池的放置性能有關(guān)，其大小和電池內(nèi)阻結(jié)構(gòu)和材料性能有關(guān)l鋰離子電池完全充電后，放電至3.6V時(shí)的容量記為C1，放電至3.0V時(shí)的容量記為C0，C1/C0稱(chēng)為該電池之放電平臺(tái)l行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1C放電平臺(tái)為70%以上l電池放電電流的大小常用放電倍率表示，即電池的放電倍率用放電時(shí)間表示或者說(shuō)以一

7、定的放電電流放完額定容量所需的小時(shí)數(shù)來(lái)表示，由此可見(jiàn)，放電倍率表示的放電時(shí)間越短，即放電倍率越高，則放電電流越大。（放電倍率=額定容量/放電電流）l根據(jù)放電倍率的大小，可分為低倍率（7.0C）l如：某電池的額定容量為20Ah，若用4A電流放電，則放完20Ah的額定容量需用5h，也就是說(shuō)以5倍率放電，用符號(hào)C/5或0.2C表示，為低倍率。l電池在完全充電后完全放電，循環(huán)進(jìn)行，直到容量衰減為初始容量的75%，此時(shí)循環(huán)次數(shù)即為該電池之循環(huán)壽命l循環(huán)壽命與電池充放電條件有關(guān)l鋰離子電池室溫下1C充放電循環(huán)壽命可達(dá)300-500次行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），最高可達(dá)800-1000次。記憶效應(yīng)是針對(duì)鎳鎘電池而言的，由于

8、傳統(tǒng)工藝中負(fù)極為燒結(jié)式，鎘晶粒較粗，如果鎳鎘電池在它們被完全放電之前就重新充電，鎘晶粒容易聚集成塊而使電池放電時(shí)形成次級(jí)放電平臺(tái)。電池會(huì)儲(chǔ)存這一放電平臺(tái)并在下次循環(huán)中將其作為放電的終點(diǎn)，盡管電池本身的容量可以使電池放電到更低的平臺(tái)上。在以后的放電過(guò)程中電池將只記得這一低容量。同樣在每一次使用中，任何一次不完全的放電都將加深這一效應(yīng)，使電池的容量變得更低。 要消除這種效應(yīng)，有兩種方法，一是采用小電流深度放電如用0.1C放至0V一是采用大電流充放電如1C幾次。鎳氫電池和鋰離子電池均無(wú)記憶效應(yīng)電池制造后，通過(guò)一定的充放電方式將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活，改善電池的充放電性能及自放電、儲(chǔ)存等綜合性能的過(guò)程稱(chēng)

9、為化成，電池只有經(jīng)過(guò)化成后才能體現(xiàn)真實(shí)性能。 電池在制造過(guò)程中，因工藝原因使得電池的實(shí)際容量不可能完全一致，通過(guò)一定的充放電制度檢測(cè)，并將電池按容量分類(lèi)的過(guò)程稱(chēng)為分容 l快速充電：充電電流大于0.2C，小于0.8C則是快速充電。l慢速充電：充電電流在0.1C-0.2C之間時(shí)，我們稱(chēng)為慢速充電。l涓流充電：充電電流小于0.1C時(shí)，我們稱(chēng)為涓流充電。l超高速充電：充電電流大于0.8C時(shí)，我們稱(chēng)之為超高速充電。l恒流充電方式：恒流充電法是保持充電電流強(qiáng)度不變的充電。方法，恒流充電器通常使用慢速充電電流。l快速自動(dòng)充電方式：通常所使用的是余弦法充電，也就是說(shuō)并非用恒定的大電流充電，而是像余弦波那樣電流

10、強(qiáng)度隨之變化，這樣能緩解熱量的積聚，從而將溫度控制在一定范圍內(nèi)。l脈沖式充電法：脈沖充電方式首先是用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池停充一段時(shí)間，如此循環(huán)。l充電時(shí)間(小時(shí))=充電電池容量(mAh)/充電電流(mA)*1.5的系數(shù)l假如你用1600mAh的充電電池，充電器用400mA的電流充電，則充電時(shí)間為:1600/400*1.5=6小時(shí)l過(guò)充電保護(hù):過(guò)充電保護(hù)IC的原理為：當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。此時(shí)，維護(hù)IC需檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)4.25V時(shí)假設(shè)電池過(guò)充點(diǎn)為4.25V即啟動(dòng)過(guò)度充電保護(hù)，將功率MOS由開(kāi)轉(zhuǎn)為切斷，進(jìn)而截止充電。l過(guò)放電保

11、護(hù):過(guò)放電保護(hù)IC原理：為了防止鋰電池的過(guò)放電，假設(shè)鋰電池接上負(fù)載，當(dāng)鋰電池電壓低于其過(guò)放電電壓檢測(cè)點(diǎn)假定為2.5V時(shí)將啟動(dòng)過(guò)放電保護(hù)，使功率MOSFET由開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛喽刂狗烹?，以避免電池過(guò)放電現(xiàn)象產(chǎn)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機(jī)模式，此時(shí)的電流僅0.1uA。當(dāng)鋰電池接上充電器，且此時(shí)鋰電池電壓高于過(guò)度放電電壓時(shí)，過(guò)度放電保護(hù)功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過(guò)放電檢測(cè)電路設(shè)有延遲時(shí)間以避免產(chǎn)生誤l鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。l正極采用鋰化合物L(fēng)iXCoO2、LiXNiO2、LiXMnO2或LiFeO4l負(fù)極采用鋰-碳層間化合物L(fēng)iXC6。l電解質(zhì)為溶解有

12、鋰鹽LiPF6、LiAsF6等有機(jī)溶液。l在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱(chēng)為“搖椅電池”。l充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)。l放電時(shí)則相反。正極反應(yīng)：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi+xe-負(fù)極反應(yīng)：C+xLi+xe-=CLix電池總反應(yīng)：LiCoO2+C=Li1-xCoO2+CLix放電時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。l正極l活性物質(zhì)LiCoO2LiMnO2LiNixCo1-xO2LiFeO4)l導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體l負(fù)極l活性物質(zhì)石墨、MCMB)l粘合劑、溶劑、基體l隔膜PP+PE）l電解液LiPF6+DMCECEMC)

13、l外殼五金件鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片）密封圈限流開(kāi)關(guān)隔膜絕緣墊正極極耳負(fù)極極耳正極負(fù)極圓柱型正極基體：鋁箔約0.020mm厚)正極物質(zhì)：鈷酸鋰+碳黑+PVDF正極集流體：鋁帶約0.1mm厚）負(fù)極基體：銅箔約0.015mm厚)負(fù)極物質(zhì)：石墨+CMC+SBR負(fù)極集流體：鎳帶約0.07mm厚）l材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E聚乙烯或者l三層復(fù)合PP聚丙烯）l+PE+PPl厚度：?jiǎn)螌右话銥?.0160.020mml三層一般為0.0200.025mml性質(zhì)：l無(wú)色透明液體，具有較強(qiáng)吸濕性。l應(yīng)用：l主要用于可充電鋰離子電池的電解液，只能在干燥環(huán)境下使用操作如環(huán)境水分小于20ppm的手套箱內(nèi)）。l規(guī)格：l溶劑組成DMC:

14、EMC:EC=1:1:1（重量比）lLiPF6濃度1mol/ll質(zhì)量指標(biāo)：l密度25）g/cm31.230.03l水分卡爾費(fèi)休法）20ppml游離酸以HF計(jì)）50ppml電導(dǎo)率25）10.40.5mscml循環(huán)壽命長(zhǎng)：循環(huán)壽命高達(dá)循環(huán)壽命長(zhǎng)：循環(huán)壽命高達(dá) 2,000 次以上，為鉛酸的次以上，為鉛酸的 5倍、倍、鎳鎘的鎳鎘的4倍以上。倍以上。l放電功率大：放電功率分別為鉛酸、鎳氫電池的放電功率大：放電功率分別為鉛酸、鎳氫電池的 6.6、2.5 倍，倍，極適用在需要高功率的工具電池，大型動(dòng)力電池，特別是車(chē)極適用在需要高功率的工具電池，大型動(dòng)力電池，特別是車(chē)用電池部分。用電池部分。l充電時(shí)間短：充電

15、時(shí)間不到充電時(shí)間短：充電時(shí)間不到 2 小時(shí)，僅需鉛酸電池的小時(shí)，僅需鉛酸電池的1/4、鎳、鎳鎘的鎘的1/2。 l轉(zhuǎn)換效率佳：轉(zhuǎn)換效率達(dá)轉(zhuǎn)換效率佳：轉(zhuǎn)換效率達(dá)95%，優(yōu)于鉛酸的，優(yōu)于鉛酸的60 %、鎳鎘的、鎳鎘的70%。 l輕薄短小：體積重量?jī)H為鉛酸的輕薄短?。后w積重量?jī)H為鉛酸的50%，鎳鎘的，鎳鎘的70%。 l無(wú)污染，不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素；無(wú)污染，不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素；l電動(dòng)工具類(lèi)電動(dòng)工具類(lèi) ：高功率電動(dòng)工具無(wú)線(xiàn)）：高功率電動(dòng)工具無(wú)線(xiàn)） ；電錘、；電錘、電鉆、除草機(jī)等；電鉆、除草機(jī)等；l電動(dòng)自行車(chē)電動(dòng)自行車(chē)(Ebike)市場(chǎng)市場(chǎng) l電動(dòng)玩具市場(chǎng)電動(dòng)玩具市場(chǎng) l太陽(yáng)能太陽(yáng)能

16、LED路燈儲(chǔ)能市場(chǎng)路燈儲(chǔ)能市場(chǎng) l小型設(shè)備小型設(shè)備 醫(yī)療設(shè)備：電動(dòng)輪椅車(chē)，電動(dòng)代步車(chē)醫(yī)療設(shè)備：電動(dòng)輪椅車(chē)，電動(dòng)代步車(chē)l固定型電源：主要用于通訊、移動(dòng)基站、電信、固定型電源：主要用于通訊、移動(dòng)基站、電信、鐵路運(yùn)輸、電力、金融、發(fā)電廠(chǎng)、計(jì)算機(jī)系鐵路運(yùn)輸、電力、金融、發(fā)電廠(chǎng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為保護(hù)、自動(dòng)控制的備用電源統(tǒng)作為保護(hù)、自動(dòng)控制的備用電源 l其它小型電器其它小型電器 ：礦燈、替代鉛酸：礦燈、替代鉛酸,鎳氫鎳氫,鎳鎘鎳鎘,鋰鋰鈷鈷,鋰錳類(lèi)電池在小型電器上的應(yīng)用鋰錳類(lèi)電池在小型電器上的應(yīng)用(2009鎳鎘將鎳鎘將全面退出市場(chǎng)全面退出市場(chǎng))8串4并成品組合電池配料卷繞注液檢測(cè)包裝拉漿制片化成激光焊裁片正極干粉處理正極篩漿料正極混干粉正極真空攪拌負(fù)極干粉處理負(fù)極真空攪拌負(fù)極篩粉負(fù)極攪拌負(fù)極篩漿料正極拉漿負(fù)極拉漿正極負(fù)極送 帶上 漿正、負(fù)極漿料正、負(fù)極裁片烘烤收 帶正極裁大片正極劃線(xiàn)刮粉正極片輥切負(fù)極裁大片負(fù)極稱(chēng)重分檔負(fù)極劃線(xiàn)刮粉負(fù)極片輥切正極稱(chēng)重分檔負(fù)極吸塵正極制片負(fù)極制片正極真空烘烤正極吸塵正極片輥壓負(fù)極真空烘烤負(fù)極吸塵負(fù)極片輥壓負(fù)極貼膠紙正極焊極耳負(fù)極焊極耳卷繞卷繞正極貼膠紙正極吸塵負(fù)極沖壓極耳卷繞貼底部膠紙壓芯入殼正、負(fù)極片配片隔膜隔膜裁剪測(cè)短路套絕緣片并固定負(fù)、正極極耳點(diǎn)焊離心入殼測(cè)短路壓蓋帽激光焊底部超聲焊鋁鎳復(fù)合帶上夾具稱(chēng)重分級(jí)激光焊接注液全檢內(nèi)阻全檢氣密性真空烘烤稱(chēng)重注液化成貼