鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)-電池

1、1主講：主講： xx電話：1234567892v電池的定義v電池分類(lèi)v鋰離子電池之電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理v鋰離子電池之應(yīng)用領(lǐng)域v鋰離子電池之結(jié)構(gòu)v液態(tài)鋰離子電池之工藝流程v液態(tài)鋰離子電池之生產(chǎn)設(shè)備v鋰離子電池之性能指標(biāo)v手機(jī)鋰離子電池的使用3v什么叫電池？v電池是一種能夠?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。41.按工作性質(zhì)分2.按電解液分3. 按電池所用正、負(fù)極材料劃分4.按用途分5.其它分類(lèi)（使用領(lǐng)域、性能）51.按工作性質(zhì)分v一次電池（原電池）v二次電池（可充電池）62.按電解液分v堿性電池（鋅錳電池、鎘鎳電池，鎳氫電池等）v酸性電池（鋅錳電池、鉛酸電池）v有機(jī)電解液電池（鋰離子電池）73. 按電池所用

2、正、負(fù)極材料劃分 v鋅系：鋅錳電池、鋅銀電池等v鎳系：鎘鎳電池、氫鎳電池、鎳鋅電池等v鋰系：鋰錳、鋰鐵、鋰鎳鈷錳電池等v其它體系 84. 按電池用途分v數(shù)碼電池：手機(jī)、電腦、MP3、MP4等v動(dòng)力電池：汽車(chē)動(dòng)力、自行車(chē)動(dòng)力等v儀器儀表電池：萬(wàn)用表、電子稱(chēng)等v儲(chǔ)能電池：蓄電池（備用電源）9v鋰離子電池是指Li+ 嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。v正極采用鋰化合物鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰（三元材料，一種由鎳、鈷、錳結(jié)合一起的層狀結(jié)構(gòu)材料）、磷酸鐵鋰或錳酸鋰v負(fù)極采用鋰-碳層間化合物L(fēng)iXC6。v電解質(zhì)為溶解有鋰鹽LiPF6 等有機(jī)溶液。v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

3、“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。10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)。11v高能量密度v高工作電壓 v長(zhǎng)循環(huán)壽命v電化學(xué)特性穩(wěn)定v荷電保持能力強(qiáng)v無(wú)污染v無(wú)記憶效應(yīng)12Li-ion Battery13v標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品應(yīng)用范圍標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品應(yīng)用范圍: 移動(dòng)電話、手持電腦、筆記移動(dòng)電話、手持電腦、筆記本電腦、本電腦、PDA個(gè)人數(shù)字助理、個(gè)人數(shù)字助理、v 數(shù)碼產(chǎn)品、藍(lán)牙耳機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品、藍(lán)牙耳機(jī)、 UPS、MP345、移動(dòng)、移動(dòng)DVD、GPS等。等。14產(chǎn)品系列應(yīng)用范圍產(chǎn)品系列

4、應(yīng)用范圍v高倍率系列產(chǎn)品應(yīng)用范圍高倍率系列產(chǎn)品應(yīng)用范圍: 用于航模、電動(dòng)車(chē)、遙控玩用于航模、電動(dòng)車(chē)、遙控玩具、電動(dòng)工具等。具、電動(dòng)工具等。v高容量系列產(chǎn)品應(yīng)用范圍高容量系列產(chǎn)品應(yīng)用范圍: 太陽(yáng)能儲(chǔ)電池、移動(dòng)備用電源太陽(yáng)能儲(chǔ)電池、移動(dòng)備用電源等。等。v異型系列高倍率產(chǎn)品應(yīng)用范圍異型系列高倍率產(chǎn)品應(yīng)用范圍: 電子煙及客戶個(gè)性設(shè)計(jì)需求電子煙及客戶個(gè)性設(shè)計(jì)需求等。等。15v正極 活性物質(zhì)（LiCoO2LiMnO2LiNixCo1-xO2、 LiFePO4) 導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體 v負(fù)極 活性物質(zhì)（石墨、MCMB) 粘合劑、溶劑、基體 v隔膜（PP+PE）v電解液（LiPF6 + DMC EC E

5、MC)v外殼五金件（鋁塑膜、極耳）161718密封圈限流開(kāi)關(guān)隔膜絕緣墊限流開(kāi)關(guān)隔膜密封圈限流開(kāi)關(guān)隔膜密封圈限流開(kāi)關(guān)隔膜1920正極基體：鋁箔（約0.016mm厚)正極物質(zhì)：鈷酸鋰+碳黑+PVDF正極集流體：鋁帶（約0.1mm厚）21負(fù)極基體：銅箔（約0.009mm厚)負(fù)極物質(zhì)：石墨+CMC+SBR負(fù)極集流體：鎳帶（約0.1mm厚）22l材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E（聚乙烯）或者 三層復(fù)合PP（聚丙烯） +PE+PPl厚度：?jiǎn)螌右话銥?.0160.020mm 三層一般為0.0200.025mm23v性質(zhì)： 無(wú)色透明液體，具有較強(qiáng)吸濕性。v應(yīng)用： 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)

6、境水分小于20ppm的手套箱內(nèi)）。v規(guī)格： 溶劑組成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6濃度 1mol/lv質(zhì)量指標(biāo)： 密度（25）g/cm3 1.230.03 水分（卡爾費(fèi)休法） 20ppm 游離酸（以HF計(jì)） 50ppm 電導(dǎo)率（25） 10.40.5 mscm24配料裝配注液成型涂布烘烤化成卷芯烘烤制片分容檢測(cè)包裝入庫(kù)25正極片負(fù)極片裝配正極012 鈷酸鋰烘烤013 導(dǎo)電極烘烤014 PVDF烘烤015 正極配料016 正極過(guò)濾017 正極涂布018 正極對(duì)輥020 正極分切小片021 正極分檔019 正極分切大片022 正極耳裁剪023 正極極耳超焊024 正極

7、耳貼高溫膠紙025 正極片全檢 011 負(fù)極片全檢010 負(fù)極耳貼高溫膠紙009 負(fù)極超焊008 負(fù)極耳裁剪005 負(fù)極分切大片007 負(fù)極片分檔004 負(fù)極對(duì)輥013 負(fù)極涂布002 負(fù)極過(guò)濾001 負(fù)極配料負(fù)極006 負(fù)極分切小片260 4 7 注 液 后 靜 置0 5 1 熱 冷 壓 整 形0 4 8 預(yù) 充0 5 0 預(yù) 充 后 全 檢 電 壓0 4 9 預(yù) 充 后 靜 置0 5 2 二 封 抽 氣0 5 3 二 封 邊 補(bǔ) 封0 5 4 測(cè) 正 極 與 鋁 塑 膜 間 電 壓0 2 8 沖 殼0 2 7 裁 鋁 塑 膜0 2 9 去 邊注 液0 4 2 裝 盒 . 開(kāi) 口0 4 0

8、測(cè) 短 路0 3 9 貼 P E 保 護(hù) 膜0 4 1 全 檢 外 觀0 4 3 電 芯 烘 烤0 4 5 注 液 后 抽 真 空0 4 4 注 液0 4 6 抽 真 空 封 口包 裝0 3 2 卷 繞檢 測(cè)裝 配0 3 8 頂 . 側(cè) 封0 3 7 入 模0 3 0 裁 隔 膜 紙0 3 5 熱 壓 芯0 3 3 卷 繞 后 全 檢0 3 1 發(fā) 料0 6 5 全 檢 外 觀0 6 4 全 檢 尺 寸0 6 7 裝 吸 塑 盒 . 裝 箱 . 打 包0 5 5 自 動(dòng) 切 折 燙 / 手 動(dòng) 切 折 燙0 6 2 全 檢 電 壓 . 內(nèi) 阻0 6 0 高 溫 老 化 后 測(cè) 電 壓0 6 1

9、 分 容0 6 3 撕 P E 保 護(hù) 膜0 5 9 高 溫 老 化0 5 6 熱 冷 壓 整 形0 3 6 壓 芯 后 測(cè) 短 路0 6 8 入 庫(kù)0 5 7 貼 雙 面 膠 折 正 極 耳0 5 8 貼 不 干 膠0 6 6 噴 碼0 3 4 電 芯 吸 塵0 2 6 正 負(fù) 極 片 烘 烤注液0 4 7 注 液 后 靜 置0 5 1 熱 冷 壓 整 形0 4 8 預(yù) 充0 5 0 預(yù) 充 后 全 檢 電 壓0 4 9 預(yù) 充 后 靜 置0 5 2 二 封 抽 氣0 5 3 二 封 邊 補(bǔ) 封0 5 4 測(cè) 正 極 與 鋁 塑 膜 間 電 壓0 2 8 沖 殼0 2 7 裁 鋁 塑 膜0

10、2 9 去 邊注 液0 4 2 裝 盒 . 開(kāi) 口0 4 0 測(cè) 短 路0 3 9 貼 P E 保 護(hù) 膜0 4 1 全 檢 外 觀0 4 3 電 芯 烘 烤0 4 5 注 液 后 抽 真 空0 4 4 注 液0 4 6 抽 真 空 封 口包 裝0 3 2 卷 繞檢 測(cè)裝 配0 3 8 頂 . 側(cè) 封0 3 7 入 模0 3 0 裁 隔 膜 紙0 3 5 熱 壓 芯0 3 3 卷 繞 后 全 檢0 3 1 發(fā) 料0 6 5 全 檢 外 觀0 6 4 全 檢 尺 寸0 6 7 裝 吸 塑 盒 . 裝 箱 . 打 包0 5 5 自 動(dòng) 切 折 燙 / 手 動(dòng) 切 折 燙0 6 2 全 檢 電 壓

11、. 內(nèi) 阻0 6 0 高 溫 老 化 后 測(cè) 電 壓0 6 1 分 容0 6 3 撕 P E 保 護(hù) 膜0 5 9 高 溫 老 化0 5 6 熱 冷 壓 整 形0 3 6 壓 芯 后 測(cè) 短 路0 6 8 入 庫(kù)0 5 7 貼 雙 面 膠 折 正 極 耳0 5 8 貼 不 干 膠0 6 6 噴 碼0 3 4 電 芯 吸 塵0 2 6 正 負(fù) 極 片 烘 烤注液27v混料的目的混料的目的v是為了讓活性物質(zhì)分散是為了讓活性物質(zhì)分散v均勻均勻，v便于涂布時(shí)上料的恒定。便于涂布時(shí)上料的恒定。配料控制要點(diǎn)：配方，料重，攪拌時(shí)間攪拌速度，真空度，28涂布控制要點(diǎn)：溫度，速度，面密度,間隙尺寸,雙面對(duì)齊度，

12、膜片表觀，膠輥鋼輥料斗涂布刀箔材搬運(yùn)時(shí)必須小心輕放，否則會(huì)造成以下不良情況：CoatingCoating目的目的: : 將糊狀漿料涂制成薄膜將糊狀漿料涂制成薄膜. .2930控制點(diǎn)控制點(diǎn)1.1.膜片一至性膜片一至性: : 重量重量, , 厚度厚度2.2.膜片的機(jī)械強(qiáng)度膜片的機(jī)械強(qiáng)度3.3.膜片的干燥度膜片的干燥度31SpacerKnifeRubberMetal rollSpacerMetal roll1st:2nd:3st:控制重點(diǎn)：1、毛刺（檢極片兩邊毛刺，1、用手感觸，2、目測(cè)。）2、寬度尺寸。3、邊緣脫粉。4、極片折皺3233v輥壓控制重點(diǎn)：v極片厚度，極片的柔軟性、v放片的前后一致性v

13、嚴(yán)禁極片疊壓34v保證焊接的強(qiáng)度v極耳在焊接時(shí)注意極耳是否平整，裁切處有無(wú)毛刺，有無(wú)卷邊或折皺。v保證焊接好極耳與極片頭部一邊平行v注意極耳膠內(nèi)側(cè)與極片寬邊邊緣的距離潛在隱患：虛焊電池?cái)嗦坊騼?nèi)阻偏大極耳膠距偏短，封焊時(shí)無(wú)外露膠，易短路，或極耳膠嵌入電芯，劃破隔膜紙，引起短路；偏長(zhǎng)，封頭會(huì)壓在鋁帶上，易漏氣。35v極片在制造過(guò)程中會(huì)因各種原因產(chǎn)生掉粉或毛刺現(xiàn)象，所以要通極片在制造過(guò)程中會(huì)因各種原因產(chǎn)生掉粉或毛刺現(xiàn)象，所以要通過(guò)刷粉工序，清除極片上的余粉與刷平毛刺：過(guò)刷粉工序，清除極片上的余粉與刷平毛刺：v刷粉控制點(diǎn)：刷粉控制點(diǎn)： 1、保證極片上無(wú)殘留粉塵顆粒與毛刺、保證極片上無(wú)殘留粉塵顆粒與毛刺

14、 2、保證整張極片表面都有刷到、保證整張極片表面都有刷到 3、刷片時(shí)注意兩手平行拿極片，嚴(yán)禁使極片打折或碰撞。、刷片時(shí)注意兩手平行拿極片，嚴(yán)禁使極片打折或碰撞。36 把平面鋁膜拉伸成合乎電池 尺寸的凹槽 拉裂，導(dǎo)致漏液鼓脹；褶皺，封焊后易造成漏氣鼓脹；有凹凸點(diǎn)，引起外觀不良或刺破其他電池；有雜物，使電池發(fā)生其他化學(xué)反應(yīng)，引起電池鼓脹或其他不良。沖殼沖殼潛在問(wèn)題潛在問(wèn)題監(jiān)控項(xiàng)目：包裝膜鋁層厚度包裝膜邊寬、槽深和總長(zhǎng)37v控制重點(diǎn)：控制重點(diǎn)：v正負(fù)對(duì)位，也就是說(shuō)負(fù)極要在隔膜中間，正負(fù)對(duì)位，也就是說(shuō)負(fù)極要在隔膜中間，正極要在負(fù)極中間。正極要在負(fù)極中間。v一般隔膜比負(fù)極片寬一般隔膜比負(fù)極片寬2-3mm

15、,2-3mm,負(fù)極片比正極負(fù)極片比正極片寬片寬1-2mm1-2mm（如下圖）（如下圖）v卷繞時(shí)注意不能松緊不一致，嚴(yán)禁極片與卷繞時(shí)注意不能松緊不一致，嚴(yán)禁極片與隔膜打皺；隔膜打皺；v極片對(duì)位要準(zhǔn)確，負(fù)極一定要蓋住正極。極片對(duì)位要準(zhǔn)確，負(fù)極一定要蓋住正極。v極片要放到位，嚴(yán)禁卷芯螺旋形，嚴(yán)禁極極片要放到位，嚴(yán)禁卷芯螺旋形，嚴(yán)禁極耳錯(cuò)位或放不到位耳錯(cuò)位或放不到位380.5-1mm卷針（彈性鋼0.7-1.0mm)隔離膜正極片負(fù)極片隔膜負(fù)極正極39404142注意不能讓短路卷芯下轉(zhuǎn)。43工序要點(diǎn)平壓時(shí)，查看極片狀態(tài)正極片因?yàn)槊婷芏炔环€(wěn)定或者厚度不穩(wěn)定，平壓會(huì)斷片，入殼不可入反。4445除去電芯中的水分

16、溫度失控溫度偏高會(huì)損壞電池，溫度過(guò)低會(huì)影響水分的去除，導(dǎo)致電池容量低、內(nèi)阻不穩(wěn)定、循環(huán)差及尺寸異常等問(wèn)題。抽真空時(shí)不達(dá)標(biāo)真空度不夠會(huì)影響電芯中水分的去除電芯烘烤電芯烘烤潛在問(wèn)題潛在問(wèn)題46環(huán)境控制：環(huán)境控制：濕度：要求電液在濕度：要求電液在2%2%以下濕度中方可使用，否則不允許生產(chǎn)。以下濕度中方可使用，否則不允許生產(chǎn)。溫度：盡量控制在溫度：盡量控制在2525左右，否則電液會(huì)揮發(fā)。注液環(huán)境溫度左右，否則電液會(huì)揮發(fā)。注液環(huán)境溫度 越低越好，因?yàn)榈蜏叵码娨翰粫?huì)結(jié)晶，一、不會(huì)揮發(fā)越低越好，因?yàn)榈蜏叵码娨翰粫?huì)結(jié)晶，一、不會(huì)揮發(fā) 二、電池表面電液不會(huì)干，所以就不會(huì)腐蝕電池外殼。二、電池表面電液不會(huì)干，所以

17、就不會(huì)腐蝕電池外殼。在鋰離子電池的電解液注液過(guò)程中，為何必須要在干燥房中進(jìn)行？在鋰離子電池的電解液注液過(guò)程中，為何必須要在干燥房中進(jìn)行？A A 防止溶劑揮發(fā)防止溶劑揮發(fā) B B 防止鋰鹽分解防止鋰鹽分解C C 防止正極氧化防止正極氧化 D D 防止負(fù)極氧化防止負(fù)極氧化47注：1)指進(jìn)行完第2組試驗(yàn)的電池 2)指進(jìn)行完第5組試驗(yàn)的電池。化成時(shí)控制重點(diǎn)： 正負(fù)極性（鋁殼柜上負(fù)下正,軟包左正右負(fù)）電流:一定要小電流化成時(shí)一般充入70%-85%時(shí)間：時(shí)間與電流成正比時(shí)間越長(zhǎng)充入的電量也就越多，所以在化成時(shí)一定要控制電流與時(shí)間（如自動(dòng)柜可以自動(dòng)完成但須人工設(shè)置）電壓：電壓在下柜時(shí)必須達(dá)到3.88V以上，

18、否則不允許封口。48檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)設(shè)備全程監(jiān)視器49監(jiān)控項(xiàng)目：真空度封裝溫度、封裝效果50混料:讓活性物分散均勻涂布:Coating目的目的: 將糊狀漿料涂將糊狀漿料涂制成薄膜制成薄膜.控制點(diǎn)膜片一至性: 重量, 厚度膜片的機(jī)械強(qiáng)度膜片的干燥度51v制片：濕度控制，壓片厚度，烘烤，毛刺，粉塵v卷繞：負(fù)極大過(guò)正極，整齊度v封裝：密封性v注液: 濕度，注液量v化成：電流，時(shí)間，環(huán)境濕度5253v常規(guī)性能： 容量 電壓 內(nèi)阻v可靠性性能： 循環(huán)壽命 放電平臺(tái) 自放電 貯存性能 高低溫性能v安全性能 過(guò)充 短路 針刺 跌落 濕水 過(guò)放 振動(dòng)54v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

19、表示。v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）。55v電池的容量可以分為理論容量、額定容量、實(shí)際容量。v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)量電池所能給出的理論電量，單位為Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。v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。v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。56v 開(kāi)路電壓 電池在開(kāi)路狀態(tài)下的電壓稱(chēng)為開(kāi)路電壓。電

20、池的開(kāi)路電壓等于電池正極的還原電極電勢(shì)與負(fù)極電極電勢(shì)之差。v 工作電壓 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。 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。57v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。v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。v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)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓。v歐姆電阻

21、遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關(guān)系，常隨電流密度的對(duì)數(shù)增大而線性增大。 58v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80%，此時(shí)循環(huán)次數(shù)即為該電池之循環(huán)壽命v循環(huán)壽命與電池充放電條件有關(guān)v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)2000次以上。59v時(shí)間平臺(tái)v電壓平臺(tái)v容量平臺(tái)60時(shí)間平臺(tái)v1.標(biāo)稱(chēng)平臺(tái)：根據(jù)客戶要求或國(guó)家（國(guó)外、國(guó)際）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，電池在1C倍率下的最低放電時(shí)間。表達(dá)方式為分鐘。（標(biāo)準(zhǔn)、要求）v2.實(shí)際平臺(tái)：在1C倍率下，3.6V的放電時(shí)間與截止3V時(shí)的放電時(shí)間的比值。表達(dá)方式為百分比。（測(cè)試

22、）v3.使用平臺(tái)：在1C倍率下，以60min為標(biāo)準(zhǔn)放電平臺(tái)，實(shí)際放至3.6V的時(shí)間與60分鐘的比值。表達(dá)方式為百分比。 （出貨）61v電壓平臺(tái)：按表達(dá)方式分。v1.電壓值：包括中值電壓和平臺(tái)電壓，表達(dá)方式為電壓值，如3.73V。（材料評(píng)估）v 中值電壓：放電至3V的時(shí)間中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓值。（材料測(cè)試、性能評(píng)估）v 平臺(tái)電壓：電池電壓平穩(wěn)下降的電壓段的中點(diǎn)。（材料評(píng)估）v2.電壓范圍：電池電壓平穩(wěn)下降的范圍。其表達(dá)方式為范圍值，如3.633.85V。（材料性能評(píng)估）62v容量平臺(tái)v1.標(biāo)稱(chēng)平臺(tái)。根據(jù)國(guó)家（國(guó)外、國(guó)際）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，放電至3.6V的最小要求容量。v2.實(shí)際平臺(tái)。實(shí)際放電至3.6V的容量。v3.百分比平臺(tái)。包括測(cè)試平臺(tái)和出貨平臺(tái)。v測(cè)試平臺(tái)：電池放電至3.6V的容量與放電至3.0V的容量比。v出貨平臺(tái)。電池放電至3.6V的容量與標(biāo)稱(chēng)容量的比值。63162min101min64v電池完全充電后，放置一個(gè)