鋰離子電池培訓(xùn)資料

電池培訓(xùn)教材

Batterytrainingtextbook

編制（edit）：_____________審核（verify）：_____________批準(zhǔn)（approve）：_____________日期（date）：_____________版本（edition）：_____________第一頁，共三十八頁。

鋰離子電池培訓(xùn)資料

一．鋰離子電芯的反應(yīng)原理 二．鋰離子PACK電池的結(jié)構(gòu) 三．鋰離子電芯的各組成部分 四.鋰離子電芯的制造工藝流程 五.鋰離子電池的電性能 六.電池保護(hù)線路板 七.PTC 八.外殼 九.其他附料 十.成品電池制造工藝流程 十一.聚合物鋰電的簡介 十二.鋰離子電池的命名規(guī)則第二頁，共三十八頁。一．鋰離子電池的反應(yīng)原理

鋰離子電池是近幾年發(fā)展起來的一種高能量的二次電池。1990年首先為日本的索尼公司開發(fā)成功，1993年實現(xiàn)商品化進(jìn)入市場。我國的鋰離子發(fā)展十分迅速，很快跟上了世界的步閥，現(xiàn)已形成以深圳為中心的世界鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)基地，涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀的鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)，如BYD，BAK，B&K，HYB等。BYD日產(chǎn)鋰離子電池約30萬只，全球市場占有率第一。

鋰離子電池的化學(xué)方程式為：負(fù)極：LiXC6-xe放電xLi++6C

充電正極：Li1-XCOO2+xe+xLi放電

LiCOO2充電

電池反應(yīng)：LiXC6+Li1-XCOO2放電6C+LiCOO2

充電第三頁，共三十八頁。二．鋰離子電池的結(jié)構(gòu)

鋰離子電池一般由以下幾部分組成：1.電芯，電池能夠充放電的主體部分；2.保護(hù)電路，電池的保護(hù)線路；3.PTC，熱溫度系數(shù)保險絲；4.外殼，電池的容器；5.標(biāo)簽；6.連接器；7.鎳帶；8.高溫絕緣膠紙；9.導(dǎo)線；10.熱縮管；11.PVC套；12.NTC；13.識別電阻等等。

第四頁，共三十八頁。三．鋰離子電芯的各組成部分

1.鋰離子電芯的正極鋰離子電芯主要由：正極、負(fù)極、隔膜紙、電解液、外殼等部分組成。正極制造之前應(yīng)有工程部提供物料清單，生產(chǎn)部門根據(jù)物料清單、作業(yè)指導(dǎo)書等文件準(zhǔn)備好所需生產(chǎn)物料

2.鋰離子電芯的外殼

常用的鋰離子電芯外殼有鋼殼、鋁殼、鋁箔等。鋼殼電芯價格便宜，容易點焊加工，缺點是重量重,容量低；鋁殼電芯具有良好的韌性，質(zhì)量輕，比能量比功率大；鋁箔主要用于聚合物電芯，質(zhì)量最輕。第五頁，共三十八頁。四.鋰離子電芯的制造工藝流程

鋰離子池的結(jié)構(gòu)工藝流程第六頁，共三十八頁。第七頁，共三十八頁。五．鋰離子電芯的電性能

電壓、內(nèi)阻、容量、平臺、外觀尺寸、

高低溫性能、高溫高濕、充放電性能、

荷電保持能力、振動試驗、碰撞試驗、

自由跌落實驗、過充電、過放電、短路實驗。

第八頁，共三十八頁。六．電池保護(hù)線路板

由于鋰離子電池采用的是有機電解液，當(dāng)電壓超過4.4V時電解液開始分解產(chǎn)生氣體，若反應(yīng)劇烈時，容易發(fā)生電池安全事故。而且，為了保持正負(fù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)平衡，鋰離子電池的放電電壓一般不底于2.5V。所以，對鋰離子電池進(jìn)行充放電必須有保護(hù)線路。

單體電池的保護(hù)線路板主要有IC和MOS管組成，IC是控制器，MOS管是開關(guān)，IC根據(jù)接受到的電池兩端的電型號，判斷電池是否過充、過放、短路，如果發(fā)生以上情況，IC給MOS管發(fā)出關(guān)閉電路指令，電路斷開，從而起到對電池的保護(hù)作用。第九頁，共三十八頁。七．PTC

PTC是正溫度系數(shù)保險絲，連接在電路正負(fù)極之間，是一種高分子化合物，當(dāng)溫度或者電流到達(dá)啟動值時，內(nèi)阻迅速增加到無窮大，切斷電路，可以防止電池遭到進(jìn)一步的破壞.

第十頁，共三十八頁。八

外殼

目前大多數(shù)電池都采用膠殼封裝，甚至很多電池的外表面作為產(chǎn)品外表面的一部分。使用塑膠殼或者塑膠筐架的電池大都需要超聲波焊接的。超聲波焊接是電池封裝工藝中一道關(guān)鍵工序，要求超聲焊接的工人必須能夠熟練的掌握超聲焊接技術(shù)。超聲焊接的設(shè)備是電池超聲波焊接機，主要由換能器、增幅器、焊頭三部分組成。換能器把市電轉(zhuǎn)換為15-20KHZ的高頻率振動，增幅器增強振動強度，能量通過焊頭作用于塑膠件。

第十一頁，共三十八頁。九．其他附料

鎳帶：常用0.1*3mm的規(guī)格，如果特別需要，可要求生廠商另行生產(chǎn)膠紙：高溫膠紙（茶色膠），絕緣、耐高溫，厚度0.1mm，有5-12mm等寬度；雙面膠，厚度0.1mm，黏結(jié)定位作用。包裝：標(biāo)簽、PE袋、紙盒等。

第十二頁，共三十八頁。十．成品電池制造工藝流程

圖四

成品電池生產(chǎn)工藝流程圖

第十三頁，共三十八頁。關(guān)于Li-ion電池的安全認(rèn)證

國際國內(nèi)關(guān)于鋰離子電池的安全認(rèn)證機構(gòu)及其標(biāo)準(zhǔn)：

n

GB（國家標(biāo)準(zhǔn)）;n

UL（UnderwriterLaboratory)美國安全認(rèn)證機構(gòu);n

CE（COMMUNATEEUROPIEA歐共體的縮寫）。表示該商品符合安全、衛(wèi)生、環(huán)保和消費者保護(hù)等一系列歐洲指令的要求。證實該產(chǎn)品已通過了相應(yīng)的合格評定程序或制造商的合格聲明，是該產(chǎn)品被允許進(jìn)入歐盟市場銷售的“通行證”;n

企業(yè)內(nèi)部的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，一旦通過各個企業(yè)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，表明具有向該企業(yè)供貨的能力，并基本達(dá)成供貨意向。如：MOTOROLA、DESAY(德賽）。第十四頁，共三十八頁。

電池常規(guī)知識:n

1、什么是電池？n

2、一次電池和二次電池有什么區(qū)別?n

3、充電電池是怎樣實現(xiàn)它的能量轉(zhuǎn)換？n

4、什么是Li-ion電池？n

5、Li-ion電池的工作原理？n

6、B&KLi-ion電池的主要結(jié)構(gòu)。n

7、Li-ion電池的優(yōu)缺點。n

8、Li-ion電池安全特性是如何實現(xiàn)的？n

9、什么是充電限制電壓？額定容量？額定電壓？終止電壓？n

10、Li-ion鋁殼和鋼殼電池比較它的區(qū)別有哪些？

n

11、目前常見的各種可充電電池之間有什么區(qū)別？第十五頁，共三十八頁。1、什么是電池？

電池是一種能源。當(dāng)它正負(fù)極連接在用電器上時，因為正負(fù)極之間存在電勢之差，電流從正極流向負(fù)極，儲存在電池中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能釋放出來，一只電池必然由兩種不同電化學(xué)活性的物質(zhì)組成正負(fù)兩極，正負(fù)極活性物質(zhì)之間的電動勢差形成電池的電壓，根據(jù)其電化學(xué)系統(tǒng)的不同，各種類型的電池電壓各有不同。

第十六頁，共三十八頁。2、一次電池和充電電池有什么區(qū)別?

n

電池內(nèi)部的電化學(xué)設(shè)計決定了該類型的電池是否可充。根據(jù)它們的電化學(xué)成分和電極的結(jié)構(gòu)可知，可充電電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間所發(fā)生的反應(yīng)是可逆的。n

理論上，這種可逆性是不會受循環(huán)次數(shù)的影響，既然充放電會在電極的體積和結(jié)構(gòu)上引起可逆的變化，那么可充電電池的內(nèi)部設(shè)計就支持這種變化。而一次電池在給定的電池環(huán)境中兩個電極之間的電化學(xué)反應(yīng)是不可逆的，因此，不可以將一次電池拿來充電，這種做法很危險也很不經(jīng)濟。如果需要反復(fù)使用，應(yīng)選擇真正的循環(huán)次數(shù)在1000次左右的充電電池，這種電池又稱為二次電池。n

另一明顯的區(qū)別就是它們具有較高的比能量和負(fù)載能力，以及自放電率。一次電池能量密度遠(yuǎn)比一次電池高。然而他們的負(fù)載能力相對要小。n

二次電池具有相對較高的負(fù)載能力，可充電電池Li-ion，隨著近幾年的發(fā)展，具有高能量容量。n

不管何種一次電池的電化學(xué)系統(tǒng)屬于哪種，所有的一次電池的自放電率都很小。第十七頁，共三十八頁。3、充電電池是怎樣實現(xiàn)它的能量轉(zhuǎn)換？

n

每種電池都具有電化學(xué)轉(zhuǎn)換的能力，即將儲存的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能。就二次電池而言(另一術(shù)語也稱可充電便攜式電池)，在放電過程中，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能；而在充電過程中，又將電能重新轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。這樣的過程根據(jù)電化學(xué)系統(tǒng)不同，一般可充放電500次以上。n

Li-ion是一種新型的可充電便攜式電池。它的額定電壓為3.6—3.8V。他的放電電壓會隨放電的深度而逐漸下降。第十八頁，共三十八頁。4、什么是Li-ion電池？

n

Li-ion是鋰電池發(fā)展而來。所以在介紹Li-ion之前，先介紹鋰電池。舉例來講，以前照相機里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是鋰金屬。負(fù)極材料是碳材。按照大家習(xí)慣上的命名規(guī)律，我們稱這種電池為鋰電n

Li-ion的正極材料是氧化鋰鈷，負(fù)極材料是碳材。電池通過正極產(chǎn)生的鋰離子在負(fù)極碳材中的嵌入與遷出來實現(xiàn)電池的充放電過程，所以人們稱之為Li-ion。

第十九頁，共三十八頁。5、Li-ion電池的工作原理是什么？

n

工作原理即充放電原理。Li-ion的正極材料是氧化鈷鋰，負(fù)極是碳。當(dāng)對電池進(jìn)行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對電池進(jìn)行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。在Li-ion的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運動狀態(tài)。Li-ion就象一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運動員一樣在搖椅兩端來回奔跑。所以，Li-ion又叫搖椅式電池。

第二十頁，共三十八頁。7、Li-ion電池有哪些優(yōu)點？哪些缺點？

Li-ion電池具有以下優(yōu)點：n1）單體電池的工作電壓高達(dá)3.6-3.8V；n2）比能量大。目前邦凱鋼殼電池能達(dá)到的實際比能量為100-115W.h/kg和240-253W.h/L（2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH），隨著技術(shù)發(fā)展，比能量可高達(dá)150W.h/kg和400W.h/Ln3）循環(huán)壽命長。一般均可達(dá)到500次以上，甚至1000次。n4）安全性能好，無公害，無記憶效應(yīng)。作為Li-ion前身的鋰電池，因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路，縮減了其應(yīng)用領(lǐng)域；Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對環(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不存在這方面的問題。n5）自放電小室溫下充滿電的Li-ion儲存1個月后的自放電率為10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。

第二十一頁，共三十八頁。n

1）

電池成本較高。主要表現(xiàn)在LiCoO2的價格高（Co的資源較少），電解質(zhì)體系提純困難。n

2）

不能大電流放電。由于有機電解質(zhì)體系等原因，電池內(nèi)阻相對其他類電池大，故要求較小的放電電流密度，一般放電電流在0.5C以下，只適合于中小電流的電器使用。n

3）

需要保護(hù)線路控制。n

A、

過充保護(hù)：電池過充將破壞正極結(jié)構(gòu)而影響性能和壽命；同時過充電使電解液分解，內(nèi)部壓力過高而導(dǎo)致漏液等問題；因電池在充電過程中電壓會不斷上升，故必須在4.1V-4.2V的恒壓下充電；B、

過放保護(hù)：過放會導(dǎo)致大量活性物質(zhì)容量不可逆而大量衰減，故也需要有保護(hù)線路控制。

Li-ion也存在著一定的缺點第二十二頁，共三十八頁。8、鋰離子安全特性是如何實現(xiàn)的？

n

為了確保Li-ion安全可靠的使用，人們進(jìn)行了非常嚴(yán)格、周密的電池安全性能設(shè)計，以達(dá)到電池安全考核指標(biāo)。n

1）

各種環(huán)境濫用測試n

進(jìn)行各項濫用實驗，如外部短路、過充、針刺、沖擊、焚燒等，考察電池的安全性能。同時對電池進(jìn)行溫度沖擊實驗和振動、跌落、沖擊等力學(xué)性能實驗，考察電池在實際使用環(huán)境下的性能情況。隔膜135℃自動關(guān)斷保護(hù)n

2）采用國際先進(jìn)的Celgard2300PE-PP-PE三層復(fù)合膜。在電池升溫達(dá)到120℃的情況下，PE復(fù)合膜兩側(cè)的膜孔閉合，電池內(nèi)阻增大，電池內(nèi)部升溫減緩，電池升溫達(dá)到135℃時，PP膜孔閉合，電池內(nèi)部斷路，電池不再升溫，確保電池安全可靠。n

3）向電解液中加入添加劑n

在電池過充，電池電壓高于4.2V的條件下，電解液添加劑與電解液中其他物質(zhì)聚合，電池內(nèi)阻大幅增加，電池內(nèi)部形成大面積斷路，電池不再升溫。第二十三頁，共三十八頁。9、什么是充電限制電壓？額定電壓？終止電壓？

n

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)入恒壓充電時的電壓值。我公司的充電限制電壓為4.2V。n

b)

標(biāo)稱電壓用以表示電池電壓的近似值。n

c)

終止電壓規(guī)定放電終止時電池的負(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）。第二十四頁，共三十八頁。10、Li-ion電池鋁殼和鋼殼電池比較它們的區(qū)別有哪些？

n

同型號的鋁殼電池重量較鋼殼輕。n

鋁殼電池的容量稍高。n

由于鋼殼和鋁殼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，所以殼體表現(xiàn)出來的正負(fù)極也存在著差別，鋼殼電池的外殼為負(fù)極，頂部為正極；鋁殼電池的正好相反，外殼為正極，頂部為負(fù)極。兩種型號電池在內(nèi)阻和電壓方面沒有很大分別。

第二十五頁，共三十八頁。11、目前常見的各種可充電電池之間有什么區(qū)別？

n

目前鎳鎘、鎳氫、鋰離子充電電池大量應(yīng)用于各種便攜式用電設(shè)備（如筆記本電腦、攝像機和移動電話等）中，每種充電電池都具有自己獨特的化學(xué)性質(zhì)。鎳鎘和鎳氫電池之間主要差別在于：鎳氫電池能量密度比較高。與相同型號電池對比，鎳氫電池容量是鎳鎘容量的二倍，這意味著在不為用電設(shè)備增加額外重量時，使用鎳氫電池能大大地延長設(shè)備工作時間。鎳氫電池另一優(yōu)點是：大大減少了鎳鎘電池中存在的“記憶效應(yīng)”問題，從而使得鎳氫電池可更方便地使用。鎳氫電池比鎳鎘電池更環(huán)保，因為它內(nèi)部沒有有毒重金屬元素。n

Li-ion也已經(jīng)快速成為便攜設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電源，Li-ion能提供和鎳氫電池一樣的能量，但在重量方面則可減少大約35%，這對于象攝像機和筆記本電腦之類的用電設(shè)備來說是至關(guān)重要的。Li-ion完全沒有“記憶效應(yīng)”和不含有毒物質(zhì)的優(yōu)點也是使它成為標(biāo)準(zhǔn)電源的重要因素。

第二十六頁，共三十八頁。電池性能術(shù)語（一）

n

1、為什么恒壓充電電流會逐漸減少？n

2、什么是電池內(nèi)阻? n

3、什么是電池的容量？n

4、什么是開路電壓？什么是工作電壓？n

5、什么是（充放電）倍率？什么是時率？n

6、什么是自放電率？

n

7、什么是放電平臺？第二十七頁，共三十八頁。1、為什么恒壓充電電流會逐漸減少？

因為恒流過程終止時，電池內(nèi)部的電化學(xué)極化仍然保持再整個恒流中相同的水平，恒壓過程中，在恒定電場作用下，內(nèi)部Li+的濃差極化在逐步消除，離子的遷移數(shù)和速度表觀為電流的逐漸減少。

第二十八頁，共三十八頁。2、什么是電池內(nèi)阻？

是指電池在工作時，電流流過電池內(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)阻值大，會導(dǎo)致電池放電工作電壓降低，放電時間縮短。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重要參數(shù)。注：一般以充電態(tài)內(nèi)阻為標(biāo)準(zhǔn)。測量電池的內(nèi)阻需用專用內(nèi)阻儀測量，才能確保所得到的值的精確度。

第二十九頁，共三十八頁。3、什么是電池的容量?怎樣計算？影響電池容量的有哪些因素？

n

電池的容量有額定容量和實際容量之分。n

電池的額定容量是指電池在環(huán)境溫度為20℃±5℃條件下，以5h率放電至終止電壓時所應(yīng)提供的電量，用C5表示。n

電池的實際容量是指電池在一定的放電條件下所放出的實際電量，主要受放電倍率和溫度的影響（故嚴(yán)格來講，電池容量應(yīng)指明充放電條件）。n

容量常見單位有：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。影響電池容量的因素主要有兩個方面：一是活性物質(zhì)的重量；二是活性物質(zhì)的利用率?；钚晕镔|(zhì)的利用率包括A、活性物質(zhì)的活性：殘余電化學(xué)反應(yīng)的能力，與其晶形結(jié)構(gòu)、制造方法和含雜質(zhì)多少有關(guān)；B、電極和電池的結(jié)構(gòu)：成型方法、極板孔徑、厚度、真實表面積大?。籆、電解液的組成；D、制造工藝；E、放電制度（T放、I放、V終）

第三十頁，共三十八頁。4、什么是開路電壓？什么是工作電壓？

n

開路電壓是指電池在非工作狀態(tài)下即電路中無電流流過時，電池正負(fù)極之間的電勢差。一般情況下，Li-ion電池充滿電后開路電壓為4.1—4.2V左右，放電后開路電壓為3.0V左右。通過對電池的開路電壓的檢測，可以判斷電池的荷電狀態(tài)。n

工作電壓又稱端電壓，是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流流過時電池正負(fù)極之間的電勢差。在電池放電工作狀態(tài)下，當(dāng)電流流過電池內(nèi)部時，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路電壓，充電時則與之相反。Li-ion的放電工作電壓在3.6V左右。第三十一頁，共三十八頁。5、什么是放電平臺？

n

放電平臺是指在電池任何倍率的電流下恒壓充到電壓為4.2V，并且充電電流小于0.01C時停止充電即充滿電后，然后擱置10分鐘，在任何倍率的放電電流下放電至3.6V時的放電時間。n

因一般使用鋰離子電池的用電器的工作電壓都要求在3.6V以上，如果低于這個值，則會出現(xiàn)無法工作的情況。所以放電平臺是衡量電池性能好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。

第三十二頁，共三十八頁。6、什么是（充放電）倍率？時率？

n

是指電池在規(guī)定的時間內(nèi)放出其額定容量時所需要的電流值，它在數(shù)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)稱額定容量為600mAh，則600mAh為1C（1倍率），300mA則為0.5C，6A（6000mA）為10C，以此類推。n

時率又稱小時率，是指電池以一定的電流放完其額定容量所需的小時數(shù)。如電池的額定容量為600mAh，以600mA的電流放完其額定容量需1小時，故稱600mA的電流為1小時率，以此類推。

第三十三頁，共三十八頁。7、什么是自放電率？

n

又稱荷電保持能力，是指電池在開路狀態(tài)下，電池所儲存的電量在一定條件下的保持能力。主要受電池的制造工藝、材料、儲存條件等因素的影響。是衡量電池性能的重要參數(shù)。注：電池100%充滿電開路擱置后，一定程度的自放電正?，F(xiàn)象。在GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Li-ion后在20±2℃條件下開路擱置28天，可允許電池有的容量損失。

第三十四頁，共三十八頁。8、什么是過充？過充會帶來哪些不良后果？怎樣避免？

n

理論上，Li-ion電池在一定倍率的恒流恒壓下充電，當(dāng)充電轉(zhuǎn)換為恒壓4.02V充電后，充電電路中電流為0.01C時，恒壓充電的狀態(tài)仍在進(jìn)行，即被視為過充。n

過充可能導(dǎo)致漏液、變形、起火、在恒壓失效后隨著充電的加深電壓達(dá)到一定程度(一般限值為6.0V)會引起爆炸，是損害電池性能的主要原因之一。在電池外部