鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

1、報(bào)告人：胡洪海目錄目錄電池的分類(lèi)電池的分類(lèi)主要化學(xué)電池特長(zhǎng)和用途主要化學(xué)電池特長(zhǎng)和用途什么是鋰電池什么是鋰電池鋰電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理鋰電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理鋰電池的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)鋰電池的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)二次電池產(chǎn)品種類(lèi)性能比較二次電池產(chǎn)品種類(lèi)性能比較鋰電池的應(yīng)用鋰電池的應(yīng)用鋰電池的結(jié)構(gòu)鋰電池的結(jié)構(gòu)- -圓柱電池圓柱電池/ /軟包裝電池軟包裝電池/ /方形或角形電池方形或角形電池鋰電池工藝流程鋰電池工藝流程鋰電池的相關(guān)性能要求鋰電池的相關(guān)性能要求鋰電池基本術(shù)語(yǔ)鋰電池基本術(shù)語(yǔ)電池的分類(lèi)電池的分類(lèi) 電池電池的定義：即不使用機(jī)械的手段儲(chǔ)存或產(chǎn)生直流電能的裝置，從其工作原理可的定義：即不使用機(jī)械的手段儲(chǔ)存或產(chǎn)生直流電能

2、的裝置，從其工作原理可大致分為大致分為: :化學(xué)電池化學(xué)電池、物理電池物理電池、生物電池。生物電池。 化學(xué)化學(xué)電電池池: :利用物質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)利用物質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng), ,產(chǎn)生電能。產(chǎn)生電能。 一般的一般的, , 為人所知的為人所知的電電池池幾乎都屬于這類(lèi)幾乎都屬于這類(lèi)化學(xué)化學(xué)電電池。池。 物理物理電電池池: :依靠光或熱等物理變化，變換或產(chǎn)生電能。依靠光或熱等物理變化，變換或產(chǎn)生電能。 生物生物電電池池: :利用生物化學(xué)變化利用生物化學(xué)變化, ,產(chǎn)生電能。產(chǎn)生電能。 一次電池一次電池： 只能放電只能放電, ,放電結(jié)束后使用壽命也隨之結(jié)束的電池。即所謂的干電池。放電結(jié)束后使用壽命也隨之結(jié)束的電池

3、。即所謂的干電池。 二次電池二次電池： 即使放電通過(guò)再次充電即使放電通過(guò)再次充電, ,如此可反復(fù)使用的電池。即充電式電池。如此可反復(fù)使用的電池。即充電式電池。主要的化學(xué)電池的特長(zhǎng)和用途主要的化學(xué)電池的特長(zhǎng)和用途一次電池一次電池 空氣鋅電池空氣鋅電池因?yàn)檎龢O使用了空氣中的氧,電池內(nèi)可聚集負(fù)極大量的鋅,即使體積小也能獲得大容量的電流.適用于助聽(tīng)器、呼叫機(jī)等。 強(qiáng)堿鈕扣電池強(qiáng)堿鈕扣電池氧化銀電池因?yàn)檎龢O使用的物質(zhì)價(jià)格很高,電池的價(jià)格也隨之較高。因此產(chǎn)生了使用比較便宜的二氧化錳的強(qiáng)堿鈕扣電池。經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,使用范圍廣。 鋰電池鋰電池是一種體積小高電壓、大電流而且使用壽命長(zhǎng)的電池。在照相機(jī)、電子商務(wù)等方面發(fā)

4、揮穩(wěn)定的性能。另外，柱型鋰電池可作為夜釣用電浮的電源，薄型鋰電池被使用在薄的貯存卡、IC卡等上面。計(jì)算機(jī)、錄像設(shè)備的記憶支持(記憶保持功能)。如果是鋰電池使用510年都沒(méi)問(wèn)題。主要的化學(xué)電池的特長(zhǎng)和用途主要的化學(xué)電池的特長(zhǎng)和用途鎳鎘畜電池是一種我們最熟悉的充電式電池。反復(fù)地每天使用時(shí)，將使用完的干電池充電即可再次使用。適用于無(wú)線電話、電動(dòng)刷、電動(dòng)剃刀等每日經(jīng)常使用的電器上。鎳氫蓄電池因?yàn)榫哂袠?biāo)準(zhǔn)鎳鎘電池的約2倍的電容量，一次充電可使用更長(zhǎng)使間。是一種使機(jī)器小型量輕化的電池。鋰離子二次電池體積小重量輕高能量。是手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等不可缺少的電池。鉛蓄電池從小的電氣制品,如汽車(chē)用的電瓶、到大的設(shè)備,如

5、醫(yī)院、高層建筑因火災(zāi)等停電時(shí)作為非常設(shè)備的電池，這些領(lǐng)域使用較多。二次電池二次電池什么是鋰電池什么是鋰電池鋰離子電池是指Li+ 嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。正極采用鋰化合物L(fēng)iXCoO2、LiXNiO2 、LiXMnO2 或LiXFePO4 等負(fù)極采用鋰-碳層間化合物L(fēng)iXC6等。電解質(zhì)為溶解有鋰鹽LiPF6 、 LiAsF6等有機(jī)溶液。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”。 充電時(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)。 放電時(shí)則相反。7鋰電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理鋰電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理正極反應(yīng)：LiCoO2= Li1-xCoO2 +

6、xLi+ + xe- 負(fù)極反應(yīng)：6C + xLi+ + xe- = LixC6 電池總反應(yīng)：LiCoO2 + C6 = Li1-xCoO2 + LixC6 放電時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。鋰電池的優(yōu)點(diǎn)鋰電池的優(yōu)點(diǎn)1、高能量密度 目前能達(dá)到的實(shí)際比能量為170-200Wh/kg和310-350Wh/L（2倍于Nl-Cd，1.5倍于Ni-MH）,未來(lái)隨著技術(shù)發(fā)展,比能量可高達(dá)250Wh/kg和400 Wh/L2、工作電壓高 一個(gè)鋰離子電池單體的工作電壓是3.63.8V, 這相當(dāng)于3個(gè)串聯(lián)的鎳氫或鎳鎘電池組。3、 安全性能好,無(wú)公害,無(wú)記憶效應(yīng)Li-ion前身的鋰電池,因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路,縮減了

7、其應(yīng)用領(lǐng)域,Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對(duì)環(huán)境有污染的元素：部分工藝（如燒結(jié)式）的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應(yīng)”，嚴(yán)重束縛電池的使用，但Li-ion根本不存在這方面的問(wèn)題 4、循環(huán)壽命長(zhǎng)一般均可達(dá)到500次以上,甚至1000次.對(duì)于小電流放電的電器,電池 的使用期限 將倍增電器的競(jìng)爭(zhēng)力。5、快速充電使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器可以使鋰離子電池在一至兩個(gè)小時(shí)內(nèi)充滿(mǎn)電。 6、自放電小 室溫下充滿(mǎn)電的Li-ion儲(chǔ)存1個(gè)月后的自放電率為10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的30-35% 鋰電池的優(yōu)點(diǎn)鋰電池的優(yōu)點(diǎn)鋰離子電池的缺點(diǎn)鋰離子電池的缺點(diǎn) 1、電池成本

8、較高。 主要表現(xiàn)在LiCoO2的價(jià)格高（Co的資源較?。娊赓|(zhì)體系提純困難。 2、需要保護(hù)線路控制。 A、 過(guò)充保護(hù)：電池過(guò)充將破壞正極結(jié)構(gòu)而影響性能和壽命；同時(shí)過(guò)充電使電解液分解，內(nèi)部壓力過(guò)高而導(dǎo)致漏液等問(wèn)題；故必須在4.1V-4.2V的恒壓下充電； B、 過(guò)放保護(hù)：過(guò)放會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)的恢復(fù)困難，故也需要有保護(hù)線路控制。 電池類(lèi)型酸性電池鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池鋰離子電池安全好好好優(yōu)秀優(yōu)秀工作電壓(V)21.21.23.73.7重量能量比(Wh/Kg)354150-80170-200170-200體積能量比(Wh/1)80120100-200310-350310-350循環(huán)壽命20030

9、0200300300500500500以上以上工作溫度()20602060206020602060記憶效應(yīng)無(wú)有無(wú)無(wú)無(wú)自放電010305500次（20容量衰減） 環(huán)境影響：3040表現(xiàn)最佳，50衰減加速較大鋰電池相關(guān)性能要求：鋰電池相關(guān)性能要求：倍率性能倍率性能 一般使用對(duì)倍率的要求約1C 大電流電池要求很高的倍率放電性能，如5C，10C等。 自放電性能自放電性能 自放電比較小，常溫存儲(chǔ)5/月。 正常自放電來(lái)源？自蝕內(nèi)部微電流消耗 異常情況？微短路雜質(zhì)腐蝕材料不穩(wěn)定鋰電池相關(guān)性能要求：鋰電池相關(guān)性能要求： 高溫儲(chǔ)存性能高溫儲(chǔ)存性能 測(cè)試在某種SOC下，一定溫度下存儲(chǔ)后的容量保持率、內(nèi)阻變化和厚度

10、增長(zhǎng)。 一般測(cè)試溫度有60、80、85 對(duì)軟包裝電池，最重要的是厚度增長(zhǎng)不能超標(biāo)（一般要求10）。 高溫高濕檢測(cè)性能高溫高濕檢測(cè)性能 對(duì)電池密封性的一種測(cè)試。 測(cè)試環(huán)境濕度約95，溫度為65。 要求容量保持率、內(nèi)阻變化和厚度變化在規(guī)定范圍內(nèi)。鋰電池相關(guān)性能要求鋰電池相關(guān)性能要求： 熱箱測(cè)試性能熱箱測(cè)試性能 評(píng)估電池在環(huán)境溫度超標(biāo)情況下電池的安全性能。 UL測(cè)試為130，要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不冒煙不著火不爆炸。 失效原因可能是正極或負(fù)極和電解液反應(yīng)，或隔離膜收縮導(dǎo)致的局部短路。 短路安全性能短路安全性能 UL要求滿(mǎn)充電池在100m電阻導(dǎo)線短路條件下電池不冒煙不著火不爆炸。 測(cè)試環(huán)境溫度影響很大，60

11、測(cè)試比較苛刻。 主要失效原因是短時(shí)大電流放電發(fā)熱導(dǎo)致電池內(nèi)部反應(yīng)失控或短路。 釘刺安全性能釘刺安全性能 評(píng)估電池非正常內(nèi)短路條件下的安全特性。 UL要求在2.8mm鐵釘刺穿后不冒煙不著火不爆炸。 主要失效原因是局部短路和過(guò)熱造成的反應(yīng)失控。鋰電池相關(guān)性能要求鋰電池相關(guān)性能要求：過(guò)充電性能過(guò)充電性能 模擬電池使用過(guò)程中可能會(huì)面臨的非正常充電狀態(tài)下安全性能，要求不冒煙，不著火，不爆炸。 正極是過(guò)充失效的主要控制環(huán)節(jié)。 主要失效原因是正極導(dǎo)致的熱失控和化學(xué)反應(yīng)失控。過(guò)放電性能過(guò)放電性能 要求放電到0V不冒煙不起火不爆炸。振動(dòng)擠壓性能振動(dòng)擠壓性能 模擬測(cè)試電池抗意外機(jī)械破壞時(shí)的安全特性。1.什么是充電

12、限制電壓？額定容量？標(biāo)稱(chēng)電壓？終止電壓？A、充電限制電壓:按生產(chǎn)廠家規(guī)定，電池由恒流充電轉(zhuǎn)入恒壓充電時(shí)的電壓值。B、 額定容量生產(chǎn)廠家標(biāo)明的電池容量，指電池在環(huán)境溫度為 20 5 條件下，以5h率放電至終止電壓時(shí)所應(yīng)提供的電量，用C5表示，單位為Ah（安培小時(shí)）或mAh（毫安小時(shí)）。C、 標(biāo)稱(chēng)電壓:用以表示電池電壓的近似值。D、 終止電壓:規(guī)定放電終止時(shí)電池的負(fù)載電壓，其值為n*2.75V(鋰離子單體電池的串聯(lián)只數(shù)用“n”表示)。 2.為什么恒壓充電電流為逐漸減少？因?yàn)楹懔鬟^(guò)程終止時(shí)，電池內(nèi)部的電化學(xué)極化然保持再整個(gè)恒流中相同的水平，恒壓過(guò)程，再恒定電 場(chǎng)作用下，內(nèi)部Li+的濃差極化在逐漸消除

13、，離子的遷移數(shù)和速度表現(xiàn)為電流逐漸減少。24鋰電池基本術(shù)語(yǔ)鋰電池基本術(shù)語(yǔ)：3.什么是電池的容量？ 電池的容量有額定容量和實(shí)際容量之分。電池的額定量是指設(shè)計(jì)與制造電池時(shí)規(guī)定或保證電池在一定的放電條件下，應(yīng)該放出最低限度的電量。Li-ion規(guī)定電池在常溫、恒流（1C）恒壓（4.2V）控制的充電條件下充電3h，電池的實(shí)際容量是指電池在一定的放電條件下所放出的實(shí)際電量，主要受放電倍率和溫度的影響（故嚴(yán)格來(lái)講，電池容量應(yīng)指明充放電條件）。容量常見(jiàn)單位有：mAh、Ah=1000mAh）。 4.什么是電池內(nèi)阻？ 是指電池在工作時(shí)，電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力。有歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻兩部分組成。電池內(nèi)阻大，會(huì)導(dǎo)

14、致電池放電工作電壓降低，放電時(shí)間縮短。內(nèi)阻大小主要受電池的材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素的影響。是衡量電池性能的一個(gè)重要參數(shù)。注：一般以充電態(tài)內(nèi)阻為標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量電池的內(nèi)阻需用專(zhuān)用內(nèi)阻儀測(cè)量，而不能用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)量。25鋰電池基本術(shù)語(yǔ)：鋰電池基本術(shù)語(yǔ)：5.什么是開(kāi)路電壓？ 是指電池在非工作狀態(tài)下即電路無(wú)電流流過(guò)時(shí)，電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。一般情況下，Li-ion充滿(mǎn)電后開(kāi)路電壓為4.1-4.2V左右，放電后開(kāi)壓為3.0V左右，通過(guò)電池的開(kāi)路電壓，可以判斷電池的荷電狀態(tài)。6.什么是工作電壓？ 又稱(chēng)端電壓，是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流過(guò)時(shí)電池正負(fù)極之間電勢(shì)差。在電池放電工作狀態(tài)下，當(dāng)電流流過(guò)電池內(nèi)部時(shí)，不需克服電池的內(nèi)阻所造成阻力，故工作電壓總是低于開(kāi)路電池，充電時(shí)則與之相反。Li-ion的放電工作電壓在3.6V左右。7.什么是（充放電）倍率？時(shí)率？ 是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)據(jù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)，通常以字母C表示。如電池的標(biāo)稱(chēng)額定容量為600mAh為1C（1倍率），300mAh則為0.5C,6A(600mAh)為10C.以此類(lèi)推. 時(shí)率又稱(chēng)小時(shí)率,時(shí)指電池以一定的電流放完其額定容量所需要的小時(shí)數(shù).如電池的額定容量為600mAh,以600mAh的電