鋰電池培訓(xùn)講義

1、鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí)主講:林老師12 電池定義及分類 鋰離子電池之特點(diǎn) 鋰離子電池之結(jié)構(gòu) 保護(hù)板工作原理 鋰離子電池之性能指標(biāo)及質(zhì)量認(rèn)證 3 電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 一次電池（碳性、堿性、鋰錳、鋰亞硫酰氯） 二次電池即可充電電池，產(chǎn)業(yè)化的二次電池有：鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池鋰離子電池特點(diǎn) 能量密度高 相對(duì)電池而言鋰電池能量密度高。具有高儲(chǔ)存能量密度，目前已達(dá)到460-600Wh/kg，是鉛酸電池的約6-7倍； 體積比能量（Wh/L）=電池容量ah*電壓v/電池內(nèi)腔體積,L 質(zhì)量比能量（Wh/kg）=電池容量ah*電壓v/電池重量，kg鋰離子電池特點(diǎn) 電壓平臺(tái)高 單體

2、電池的平均電壓為3.7V或3.2V，約等于3只鎳鎘電池或鎳氫電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組； 鈷酸鋰,錳酸鋰電池標(biāo)稱電壓3.7V 磷酸鐵鋰電池標(biāo)稱電壓3.2V 三元材料電池標(biāo)稱電壓3.6V鋰離子電池特點(diǎn) 循環(huán)壽命好 鋰電池使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，使用壽命可達(dá)到6年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池用1C充放，有可以使用2000次的記錄； 高低溫適應(yīng)性強(qiáng) 鋰電池高低溫適應(yīng)性強(qiáng)，可以在-20-60的環(huán)境下使用，經(jīng)過(guò)工藝上的處理，可以在-45環(huán)境下使用； 鋰離子電池特點(diǎn)無(wú)記憶效應(yīng) 對(duì)于鋰電池的“激活”問(wèn)題，眾多的說(shuō)法是：充電時(shí)間一定要超過(guò)12小時(shí)，反復(fù)做三次，以便激活電池。這種“前三次充電要充12小時(shí)以上”

3、的說(shuō)法，明顯是從鎳電池（如鎳鎘和鎳氫）延續(xù)下來(lái)的說(shuō)法。所以這種說(shuō)法，可以說(shuō)一開(kāi)始就是誤傳。鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區(qū)別，而且可以非常明確的告訴大家，我所查閱過(guò)的所有嚴(yán)肅的正式技術(shù)資料都強(qiáng)調(diào)過(guò)充和過(guò)放電會(huì)對(duì)鋰電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)方法充電，特別是不要進(jìn)行超過(guò)12個(gè)小時(shí)的超長(zhǎng)充電。通常，手機(jī)說(shuō)明書(shū)上介紹的充電方法，就是適合該手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)充電方法。環(huán)保性能好 綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報(bào)廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。89 正極 活性物質(zhì)（LiCoO2LiMnO2LiFePO4) 導(dǎo)電劑(Super-PKS-

4、6)、溶劑(NMP)、粘合劑(PVDF)、基體(鋁箔） 負(fù)極 活性物質(zhì)（石墨) 導(dǎo)電劑(Super-P)、粘合劑（PVDF)、溶劑(NMP)、基體(銅箔） 隔膜（PP+PE） 電解液（LiPF6 + DMC/EC/EMC) 保護(hù)板10 鈷酸鋰 優(yōu)點(diǎn)：綜合電性能最好，克容量高 缺點(diǎn)：安全性差、成本高 錳酸鋰 優(yōu)點(diǎn)：成本低，安全性好，工作電壓高 缺點(diǎn)：克容量低，循環(huán)壽命差，高溫性能差 磷酸鐵鋰 優(yōu)點(diǎn)：安全性好，循環(huán)壽命最長(zhǎng)，理論成本低 缺點(diǎn)：加工性能差(比表面積大），電壓低，能量密度低（60Wh/kg) ， 一致性差，低溫性能差11 人造石墨 加工性能好，性能穩(wěn)定，320-350mAh/g 天然石

5、墨 克比容量高，340-360mAh/g，導(dǎo)電性差，壽命差12l材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E（聚乙烯）或者 三層復(fù)合PP（聚丙烯） +PE+PP隔膜在鋰電池中起著防止正、負(fù)極短路的作用，并在鋰電池充放電過(guò)程中提供鋰離子運(yùn)輸通道。簡(jiǎn)而言之，隔膜就是一層多孔的塑料薄膜。但它直接影響了電池的容量、循環(huán)性能以及安全性能。在鋰電池的部件中它是技術(shù)含量最高的，占鋰電池成本的20%30%.而目前我國(guó)80%的鋰電池隔膜依靠進(jìn)口。13 電解液在鋰電池正、負(fù)極之間起到傳導(dǎo)電子的作用，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點(diǎn)的保證。電解液一般由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配制而成的。14

6、 電池保護(hù)板是整個(gè)電池正常工作和安全的守護(hù)神，一個(gè)好的電池PACK必須要有完整的保護(hù)功能。電池保護(hù)板的主要功能有以下方面：1）過(guò)充電保護(hù)：2)過(guò)放電保護(hù)：3) 過(guò)電流保護(hù)：4) 短路保護(hù)：5）過(guò)溫度保護(hù)：擴(kuò)展功能：電量計(jì)量（顯示），數(shù)據(jù)通訊元器件簡(jiǎn)介 保護(hù)板通常包括控制IC、MOS開(kāi)關(guān)及輔助器件NTC、ID存儲(chǔ)器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路溝通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，它立刻（數(shù)十毫秒）控制MOS開(kāi)關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。 五角六角1、過(guò)充保護(hù) 當(dāng)電池被充電使電壓超過(guò)設(shè)定值VC(4.25-4.35V)后，VD1翻轉(zhuǎn)使Cout變?yōu)榈碗娖剑琓1

7、截止，充電停止，當(dāng)電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V)時(shí)，Cout變?yōu)楦唠娖?，T1導(dǎo)通充電繼續(xù)， VCR小于VC一個(gè)定值，以防止頻繁跳變。保護(hù)線路板的功能實(shí)現(xiàn)保護(hù)線路板的功能實(shí)現(xiàn)IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-充電IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-充電IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-充電IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-充電IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-充電4.25-4.35V3.8-4.1V2、過(guò)放保護(hù) 當(dāng)電池電壓因放電而降低至設(shè)定值VD（2.3-2.5V）時(shí)， VD2翻轉(zhuǎn)，以短時(shí)間延時(shí)后，使Dout變?yōu)榈碗娖?，T2截止，放電停止，當(dāng)電池被置于充電時(shí)，內(nèi)部或門(mén)被翻轉(zhuǎn)而使T2再次導(dǎo)通為下次放電作好準(zhǔn)備。IC電量

8、過(guò)放控制過(guò)充控制+-放電IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-放電IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-放電IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-放電IC電壓過(guò)放控制過(guò)充控制+-放電2.5-2.75V3、過(guò)流、短路保護(hù) 當(dāng)電路充放回路電流超過(guò)設(shè)定值或被短路時(shí)，短路檢測(cè)電路動(dòng)作，使MOS管關(guān)斷，電流截止。IC電流門(mén)限過(guò)放控制過(guò)充控制+-充放電IC過(guò)放控制過(guò)充控制+-充放電電流門(mén)限31 電性能： 容量 電壓 內(nèi)阻 尺寸 倍率特性 環(huán)境性能： 循環(huán)壽命 自放電 荷電保持性能 高低溫性能 安全性能 過(guò)充 短路 針刺 熱沖擊 跌落 振動(dòng) 撞擊32 電池在一定放電條件下所能釋放出的電量稱為電池的容量，以符號(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)

9、，簡(jiǎn)稱安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）。 電池的容量可以分為理論容量、額定容量、實(shí)際容量。 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或材料，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)。 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 mAh 額定容量也叫標(biāo)稱容量，指的是設(shè)計(jì)容量。33 電池的內(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,包括歐姆內(nèi)阻和電化學(xué)極化內(nèi)阻和離子遷移內(nèi)阻等等的總稱 歐姆內(nèi)阻主要是指由電極材料、電解液、隔膜電阻及各

10、部分零件的接觸電阻組成，與電池的尺寸、結(jié)構(gòu)、裝配等有關(guān) 電化學(xué)極化電阻和離子遷移極化電阻是指電池的正極與負(fù)極在進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)極化所引起的內(nèi)阻34 開(kāi)路電壓 電池在正負(fù)極不接觸任何負(fù)載的情況下稱為開(kāi)路電壓(又稱為空載電壓)。電池的開(kāi)路電壓等于電池的正極電勢(shì)與負(fù)極電勢(shì)之差。 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，又稱放電電壓。在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。 終止電壓 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。35 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 循環(huán)壽命與電池充放電條件有關(guān) 鈷酸鋰

11、體系鋰離子電池室溫下1C充放電循環(huán)壽命可達(dá)300-500次（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），鐵鋰電池單體可達(dá)2000次。36 倍率是描述充放電電流的概念，例如1000mAh的電池，1倍率（1C）即為1000mA。 倍率特性分倍率充電特性及倍率放電特性，通常客戶關(guān)注的是倍率放電特性 普通型電池要求3C以內(nèi)放電特性穩(wěn)定；超過(guò)3C可稱為高倍率電池 常用的倍率有0.2C0.5C1C3C5C10C15C20C25C30C50C37鋰離子電池有一個(gè)特性非常不好，就是鋰離子電池的時(shí)效(或稱老化，老外稱為aging)，就是鋰離子電池在存儲(chǔ)一段時(shí)間后，即使不進(jìn)行循環(huán)使用，其部分容量也會(huì)永久的喪失，這是因?yàn)殇囯x子電池的正負(fù)極材料從一

12、出廠就已經(jīng)開(kāi)始了它的衰竭歷程。不同的溫度和電池充飽狀態(tài)，其時(shí)效后果不同，以下數(shù)據(jù)摘自參考文獻(xiàn)，以容量的百分比形式列出： 存儲(chǔ)溫度-40%充電狀態(tài)-100%充電狀態(tài) 0度-98%(一年以后)-94%(一年以后) 25度-96%(一年以后)-80%(一年以后) 40度-85%(一年以后)-65%(一年以后) 60度-75%(一年以后)-60%(一年以后) 由此可見(jiàn)，存儲(chǔ)溫度越高和電池充的越飽，其容量損失就越厲害。所以不推薦長(zhǎng)期的保存鋰離子電池，反之，廠家應(yīng)該象對(duì)待腐爛的食物一樣將其回收。用戶要密切留意電池的生產(chǎn)日期。38 電池經(jīng)過(guò)充放電測(cè)試，記錄其容量，放置一段時(shí)間。然后滿充電再用1C放電至3.0V，其容量記為C2；電池初始容量記為C0；1-C2/C0即可評(píng)估該電池的貯存性能 貯存性能分30天、90天、180天、365天容量保持率高低溫性能 高溫性能 電池充滿電后,將電池放入552的高溫箱中恒溫2h,然后以1C電流放電至終止電壓,放電時(shí)間不低于51min,該實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,將電池取出在環(huán)境溫度205的條件下擱置2h,電池外觀無(wú)變形,無(wú)爆裂 低溫性能 電池充滿電后,將電池放入-202的低溫箱