鋰離子電池基礎(chǔ)知識

1、鋰離子電池基礎(chǔ)知識第1頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三什么叫鋰離子電池？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 或LiXMnO2 負(fù)極采用鋰-碳層間化合物L(fēng)iXC6。電解質(zhì)為溶解有鋰鹽LiPF6 、 LiAsF6等有機(jī)溶液。在充放電過程中，Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱為“搖椅電池”。 充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)。 放電時則相反。第2頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三鋰離子電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理正極反應(yīng)：LiCoO2= Li1-xCo

2、O2 + xLi+ + xe- 負(fù)極反應(yīng)：6C + xLi+ + xe- = LixC6 電池總反應(yīng)：LiCoO2 + C6 = Li1-xCoO2 + LixC6 放電時發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。充電放電充電放電充電放電第3頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極 活性物質(zhì)（LiCoO2LiMnO2LiNixCo1-xO2) 導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體 負(fù)極 活性物質(zhì)（石墨、MCMB) 粘合劑、溶劑、基體 隔膜（PP+PE）電解液（LiPF6 + DMC/ EC/ EMC)外殼五金件（鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片）第4頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)3

3、8分，星期三方（角）形鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖正極帽安全閥絕緣件蓋板 墊圈正極極耳隔膜第5頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖密封圈限流開關(guān)隔膜絕緣墊絕緣圈正極極耳第6頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三軟包裝鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖絕緣圈第7頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極正極基體：鋁箔（約0.015mm厚)正極物質(zhì)：鈷酸鋰+導(dǎo)電劑+PVDF正極極耳：鋁帶（約0.1mm厚）作用：提供鋰源第8頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三鋰離子電池結(jié)構(gòu)負(fù)極負(fù)極基體：銅箔（約0.010mm厚

4、)負(fù)極物質(zhì)：石墨+CMC+SBR/石墨+PVDF負(fù)極極耳：鎳帶（約0.07mm厚）作用： 接受容納鋰離子第9頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三鋰離子電池結(jié)構(gòu)隔膜材質(zhì)：單層PE（聚乙烯）或者 三層復(fù)合PP（聚丙烯） +PE+PP厚度：單層一般為0.0160.020mm 三層一般為0.0200.025mm作用：將正負(fù)極完全隔開，防止正負(fù)極直接短路第10頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三鋰離子電池結(jié)構(gòu)電解液性質(zhì)： 無色透明液體，具有較強(qiáng)吸濕性。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)境水分小于20ppm的手套箱內(nèi)）。規(guī)格

5、： 溶劑組成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6濃度 1mol/l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 mscm第11頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三液態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)工藝流程配料卷繞注液檢測包裝勻漿化成激光焊裁片涂膜碾壓裝配第12頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三液態(tài)鋰離子電池性能常規(guī)性能： 容量 電壓 內(nèi)阻可靠性性能： 循環(huán)壽命 自放電 貯存性能 高低溫性能 跌落 震動安全性能 過充 短路 針刺 擠壓 逆充

6、 熱箱 沖擊第13頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三容量電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為電池的容量，以符號C表示。常用的單位為安培小時，簡稱安時（Ah）或毫安時（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，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間的乘積，單位為Ah，其值小于理論容量。額定容量也叫保證容量，是按國家或有關(guān)部

7、門頒布的標(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。第14頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三電壓 開路電壓 電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓。電池的開路電壓等于電池的正極的還原電極電勢與負(fù)極電極電勢之差。 工作電壓 工作電壓指電池接通負(fù)載后在放電過程中顯示的電壓，又稱放電電壓。在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。 電池在接通負(fù)載后，由于歐姆電阻和極化過電位的存在，電池的工作電壓低于開路電壓。第15頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三內(nèi)阻電流通過電池內(nèi)部時受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為電池的內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在放電

8、過程中隨時間不斷變化，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。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，使電池放電時的端電壓低于電池電動勢和開路電壓，充電時端電壓高于電動勢和開路電壓。歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關(guān)系，常隨電流密度的對數(shù)增大而線性增大。第16頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三循環(huán)壽命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)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)

9、），最高可達(dá)800-1000次。第17頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三循環(huán)壽命第18頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三自放電電池完全充電后，放置一個月。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行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池月自放電率小于12%，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)第19頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三過充第20頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三熱箱第21頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分

10、，星期三擠壓第22頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三短路第23頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三逆充第24頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三影響電池安全的因素正極材料：結(jié)構(gòu)、粒徑，比表面積，純度等負(fù)極材料：結(jié)構(gòu)、粒徑，比表面積，純度等電解液：電解液的成分，配比，添加劑的種類和添加量等隔膜：材質(zhì)，厚度，收縮率，熔點(diǎn)等結(jié)構(gòu)及工藝等第25頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三影響電池循環(huán)壽命的因素正極材料：結(jié)構(gòu)，粒徑，比表面積，純度負(fù)極材料：結(jié)構(gòu)，粒徑，比表面積，純度正負(fù)極比例電解液：電解液的成分，配比，添加劑的種類和添加量，電解液量第26頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三方形鋰離子電池部分設(shè)計(jì)原則根據(jù)性能要求選擇正負(fù)極材料、隔膜、電解液等負(fù)極包住正極正負(fù)極的N/P比大于1隔膜要將正負(fù)極完全隔開敏感部位的保護(hù)極組與電池殼之間有一定的間隙第27頁，共30頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期三新產(chǎn)品投產(chǎn)流程第28頁，共30頁，2022年，5