鋰離子電池基礎(chǔ)知識

培訓(xùn)教程鋰離子電池基礎(chǔ)知識主講：邵小龍1第1頁，共40頁。教程大綱電池的定義電池分類鋰離子電池之電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理鋰離子電池之應(yīng)用領(lǐng)域鋰離子電池之結(jié)構(gòu)液態(tài)鋰離子電池之工藝流程液態(tài)鋰離子電池之生產(chǎn)設(shè)備鋰離子電池之性能指標(biāo)手機(jī)鋰離子電池的使用2第2頁，共40頁。電池的定義什么叫電池？電池是一種能夠?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置。3第3頁，共40頁。電池的分類1.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（使用領(lǐng)域、性能）4第4頁，共40頁。電池的分類1.按工作性質(zhì)分一次電池（原電池）二次電池（可充電池）5第5頁，共40頁。電池的分類2.按電解液分堿性電池（鋅錳電池、鎘鎳電池，鎳氫電池等）酸性電池（鋅錳電池、鉛酸電池）有機(jī)電解液電池（鋰離子電池）6第6頁，共40頁。電池的分類3.按電池所用正、負(fù)極材料劃分

鋅系：鋅錳電池、鋅銀電池等鎳系：鎘鎳電池、氫鎳電池、鎳鋅電池等鋰系：鋰錳、鋰鐵、鋰鎳鈷錳電池等其它體系7第7頁，共40頁。電池的分類4.按電池用途分?jǐn)?shù)碼電池：手機(jī)、電腦、MP3、MP4等動力電池：汽車動力、自行車動力等儀器儀表電池：萬用表、電子稱等儲能電池：蓄電池（備用電源）8第8頁，共40頁。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

、LiFePO4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”。充電池時，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。9第9頁，共40頁。鋰離子電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理正極反應(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

放電時發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。10第10頁，共40頁。鋰離子電池特點高能量密度高工作電壓長循環(huán)壽命電化學(xué)特性穩(wěn)定荷電保持能力強(qiáng)無污染無記憶效應(yīng)

11第11頁，共40頁。應(yīng)用領(lǐng)域Li-ionBattery12第12頁，共40頁。鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極活性物質(zhì)（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2、LiFePO4)

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+DMCECEMC)外殼五金件（鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片）13第13頁，共40頁。方（角）形鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖14第14頁，共40頁。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15第15頁，共40頁。軟包裝鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖16第16頁，共40頁。鋰離子電池結(jié)構(gòu)——正極正極基體：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）17第17頁，共40頁。鋰離子電池結(jié)構(gòu)——負(fù)極負(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）18第18頁，共40頁。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0.016～0.020mm

三層一般為0.020～0.025mm19第19頁，共40頁。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：

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/cm31.23±0.03

水分（卡爾費休法）≤20ppm

游離酸（以HF計）≤50ppm

電導(dǎo)率（25℃）10.4±0.5ms／cm20第20頁，共40頁。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涂布制片化成激光焊裁片21第21頁，共40頁。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)壽命放電平臺自放電貯存性能高低溫性能安全性能過充短路針刺跌落濕水低壓振動22第22頁，共40頁。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）。23第23頁，共40頁。容量的幾種表達(dá)方式電池的容量可以分為理論容量、額定容量、實際容量。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。24第24頁，共40頁。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。25第25頁，共40頁。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)，在放電過程中隨時間不斷變化，因為活性物質(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。26第26頁，共40頁。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80%，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)），最高可達(dá)1000次以上。27第27頁，共40頁。放電平臺（1C）（手機(jī)電池）時間平臺電壓平臺容量平臺28第28頁，共40頁。放電平臺時間平臺1.標(biāo)稱平臺：根據(jù)客戶要求或國家（國外、國際）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，電池在1C倍率下的最低放電時間。表達(dá)方式為分鐘。（標(biāo)準(zhǔn)、要求）2.實際平臺：在1C倍率下，3.6V的放電時間與截止3V時的放電時間的比值。表達(dá)方式為百分比。（測試）3.使用平臺：在1C倍率下，以60min為標(biāo)準(zhǔn)放電平臺，實際放至3.6V的時間與60分鐘的比值。表達(dá)方式為百分比。（出貨）29第29頁，共40頁。放電平臺電壓平臺：按表達(dá)方式分。1.電壓值：包括中值電壓和平臺電壓，表達(dá)方式為電壓值，如3.73V。（材料評估）中值電壓：放電至3V的時間中點對應(yīng)的電壓值。（材料測試、性能評估）平臺電壓：電池電壓平穩(wěn)下降的電壓段的中點。（材料評估）2.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3.63～3.85V。（材料性能評估）30第30頁，共40頁。放電平臺容量平臺1.標(biāo)稱平臺。根據(jù)國家（國外、國際）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，放電至3.6V的最小要求容量。2.實際平臺。實際放電至3.6V的容量。3.百分比平臺。包括測試平臺和出貨平臺。測試平臺：電池放電至3.6V的容量與放電至3.0V的容量比。出貨平臺。電池放電至3.6V的容量與標(biāo)稱容量的比值。31第31頁，共40頁。放電平臺實例：標(biāo)稱800mAh，實際825mAh162min101min32第32頁，共40頁。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15%，我們可以做到6%-8%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)33第33頁，共40頁。記憶效應(yīng)

記憶效應(yīng)是針對鎳鎘電池而言，電池會儲存這一放電平臺并在下次循環(huán)中將其作為放電的終點，盡管電池本身的容量可以使電池放電到更低的平臺上。在以后的放電過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)，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記憶效應(yīng)34第34頁，共40頁。手機(jī)鋰離子電池的使用山寨版新電池使用說明：1.完全放電2.完全充電3.完全放電以上稱之為激活，為錯誤使用方法。山寨版的使用方法：1.每次用到自動關(guān)機(jī)再充2.邊充邊打（開機(jī)充電）3.充長時間一些電池的電量（容量）會滿一些4.電池長時間不用時，充滿電擱置。35第35頁，共40頁。手機(jī)鋰離子電池的使用正確的使用方法1.新電池?zé)o需激活直接可以使用2.最好在關(guān)機(jī)狀態(tài)下充電3.充電時不要打電話4.指示充滿后即停止充電5.長時間不用時，充電至一半左右電容量6.電池在接近沒電時充電。36第36頁，共40頁。總結(jié)電池是個比較復(fù)雜的電化學(xué)體系，涉及到電化學(xué)、材料、機(jī)械、物理等學(xué)科鋰離子電池生產(chǎn)流程較長，每個質(zhì)量控制點都非常重要大家可以根據(jù)自己工作崗位性質(zhì)有針對性的進(jìn)行研究、討論37第37頁，共40頁。其他信息：雜志信息《電池》《電源技術(shù)》《電池工業(yè)》

《電化學(xué)》38第38頁，共40頁。其他信息：網(wǎng)站信息中國電池網(wǎng)：（）中國電池在線：（）電池網(wǎng)主頁:（）電池英才網(wǎng):（）電池黃頁:（）電池行業(yè)網(wǎng)址導(dǎo)航:（）中國鋰電網(wǎng)：（）中國電源網(wǎng)：（）鋰離子電池論:()39第39頁，共40頁。內(nèi)容梗概培訓(xùn)教程。堿性電池（鋅錳電池、鎘鎳電池，鎳氫電池等）。有機(jī)電解液電池（鋰離子電池）。鋅系：鋅錳電池、鋅銀電池等。鋰系：鋰錳、鋰鐵、鋰鎳鈷錳電池等。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、LiFePO4或LiXMnO2。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”。電解液（LiPF6+DMCECEMC)。正極物質(zhì)：鈷酸鋰+碳黑+PVDF。鋰離子電池