鋰離子動(dòng)力電池基本知識(shí)

關(guān)于鋰離子動(dòng)力電池基本知識(shí)12大綱電池分類電池術(shù)語(yǔ)與及使用基本常識(shí)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之應(yīng)用領(lǐng)域磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之工藝流程磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之生產(chǎn)設(shè)備鋰離子電池之性能指標(biāo)第2頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3電池種類劃分一次電池小型二次電池：鎳鎘、鎳氫、鋰離子鉛酸電池動(dòng)力電池燃料電池太陽(yáng)能電池-地面光伏發(fā)電其他新型電池第3頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天4電池術(shù)語(yǔ)與及使用基本常識(shí)第4頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天5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(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)，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，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

Ah，其值小于理論容量。額定容量也叫保證容量，是按國(guó)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。第5頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天6內(nèi)阻電流通過(guò)電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為電池的內(nèi)阻。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。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。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(duì)數(shù)增大而線性增大。

第6頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天7負(fù)載能力當(dāng)電池的正負(fù)極兩端連接在用電器上時(shí)，帶動(dòng)用電器工作時(shí)的輸出功率，即為電池的負(fù)載能力。第7頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天8內(nèi)壓指電池的內(nèi)部氣壓，是密封電池在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體所致，主要受電池材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素影響。其產(chǎn)生原因主要是由于電池內(nèi)部水分及有機(jī)溶液分解產(chǎn)生的氣體于電池內(nèi)聚集所致。第8頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天9充電率(C-rate)C是Capacity的第一個(gè)字母，用來(lái)表示電池充放電時(shí)電流的大小數(shù)值。例如：充電電池的額定容量為1100mAh時(shí)，即表示以1100mAh(1C)放電時(shí)間可持續(xù)1小時(shí)，如以200mA(0.2C)放電時(shí)間可持續(xù)5小時(shí)，充電也可按此對(duì)照計(jì)算。第9頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天10終止電壓(Cut-offdischargevoltage)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。根據(jù)不同的電池類型及不同的放電條件，對(duì)電池的容量和壽命的要求也不同，因此規(guī)定的電池放電的終止電壓也不相同。第10頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天11開(kāi)路電壓(OpencircuitvoltageOCV)電池不放電時(shí)，電池兩極之間的電位差被稱為開(kāi)路電壓。電池的開(kāi)路電壓，會(huì)依電池正、負(fù)極與電解液的材料而異，如果電池正、負(fù)極的材料完全一樣，那么不管電池的體積有多大，幾何結(jié)構(gòu)如何變化，其開(kāi)路電壓都一樣的。第11頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天12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。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。第12頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天13放電深度(DepthofdischargeDOD)在電池使用過(guò)程中，電池放出的容量占其額定容量的百分比，稱為放電深度。放電深度的高低和二次電池的充電壽命有很深的關(guān)系，當(dāng)二次電池的放電深度越深，其充電壽命就越短，因此在使用時(shí)應(yīng)盡量避免深度放電。第13頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天14過(guò)放電(Overdischarge)電池若是在放電過(guò)程中，超過(guò)電池放電的終止電壓值，還繼續(xù)放電時(shí)就可能會(huì)造成電池內(nèi)壓升高，正、負(fù)極活性物質(zhì)的可逆性遭到損壞，使電池的容量產(chǎn)生明顯減少。第14頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天15過(guò)充電(Overcharge)電池在充電時(shí)，在達(dá)到充滿狀態(tài)后，若還繼續(xù)充電，可能導(dǎo)致電池內(nèi)壓升高、電池變形、漏夜等情況發(fā)生，電池的性能也會(huì)顯著降低和損壞。第15頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天16能量密度(Energydensity)電池的平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。一般在相同體積下，鋰離子電池的能量密度是鎳鎘電池的2.5倍，是鎳氫電池的1.8倍，因此在電池容量相等的情況下，鋰離子電池就會(huì)比鎳鎘、鎳氫電池的體積更小，重量更輕。第16頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天17自我放電(Selfdischarge)電池不管在有無(wú)被使用的狀態(tài)下，由于各種原因，都會(huì)引起其電量損失的現(xiàn)象。電池完全充電后，放置一個(gè)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17頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天18放電平臺(tái)鋰離子電池完全充電后，放電至3.6V時(shí)的容量記為C1，放電至3.0V時(shí)的容量記為C0，C1/C0稱為該電池之放電平臺(tái)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1C放電平臺(tái)為70%以上第18頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天19放電倍率電池放電電流的大小常用"放電倍率"表示，即電池的放電倍率用放電時(shí)間表示或者說(shuō)以一定的放電電流放完額定容量所需的小時(shí)數(shù)來(lái)表示，由此可見(jiàn)，放電倍率表示的放電時(shí)間越短，即放電倍率越高，則放電電流越大。（放電倍率=額定容量/放電電流）根據(jù)放電倍率的大小，可分為低倍率（<0.5C）、中倍率（0.5-3.5C）、高倍率（3.5-7.0C）、超高倍率（>7.0C）如：某電池的額定容量為20Ah，若用4A電流放電，則放完20Ah的額定容量需用5h，也就是說(shuō)以5倍率放電，用符號(hào)C/5或0.2C表示，為低倍率。第19頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天20充電循環(huán)壽命(Cyclelife)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(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)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)800-1000次。第20頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天21記憶效應(yīng)(Memoryeffect)記憶效應(yīng)是針對(duì)鎳鎘電池而言的，由于傳統(tǒng)工藝中負(fù)極為燒結(jié)式，鎘晶粒較粗，如果鎳鎘電池在它們被完全放電之前就重新充電，鎘晶粒容易聚集成塊而使電池放電時(shí)形成次級(jí)放電平臺(tái)。電池會(huì)儲(chǔ)存這一放電平臺(tái)并在下次循環(huán)中將其作為放電的終點(diǎn)，盡管電池本身的容量可以使電池放電到更低的平臺(tái)上。在以后的放電過(guò)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)，有兩種方法，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(wú)記憶效應(yīng)第21頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天22化成電池制造后，通過(guò)一定的充放電方式將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活，改善電池的充放電性能及自放電、儲(chǔ)存等綜合性能的過(guò)程稱為化成，電池只有經(jīng)過(guò)化成后才能體現(xiàn)真實(shí)性能。第22頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天23分容電池在制造過(guò)程中，因工藝原因使得電池的實(shí)際容量不可能完全一致，通過(guò)一定的充放電制度檢測(cè)，并將電池按容量分類的過(guò)程稱為分容第23頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天24電池充電方式介紹快速充電：充電電流大于0.2C，小于0.8C則是快速充電。慢速充電：充電電流在0.1C-0.2C之間時(shí)，我們稱為慢速充電。涓流充電：充電電流小于0.1C時(shí)，我們稱為涓流充電。超高速充電：充電電流大于0.8C時(shí)，我們稱之為超高速充電。恒流充電方式：恒流充電法是保持充電電流強(qiáng)度不變的充電。方法，恒流充電器通常使用慢速充電電流?？焖僮詣?dòng)充電方式：通常所使用的是余弦法充電，也就是說(shuō)并非用恒定的大電流充電，而是像余弦波那樣電流強(qiáng)度隨之變化，這樣能緩解熱量的積聚，從而將溫度控制在一定范圍內(nèi)。脈沖式充電法：脈沖充電方式首先是用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池停充一段時(shí)間，如此循環(huán)。第24頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天25如何計(jì)算充電時(shí)間充電時(shí)間(小時(shí))=充電電池容量(mAh)/充電電流(mA)*1.5的系數(shù)假如你用1600mAh的充電電池，充電器用400mA的電流充電，則充電時(shí)間為:1600/400*1.5=6小時(shí)第25頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天26鋰離子電池保護(hù)線路——過(guò)充電保護(hù)過(guò)充電保護(hù):過(guò)充電保護(hù)IC的原理為：當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。此時(shí)，保護(hù)IC需檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)4.25V時(shí)（假設(shè)電池過(guò)充點(diǎn)為4.25V）即啟動(dòng)過(guò)度充電保護(hù)，將功率MOS由開(kāi)轉(zhuǎn)為切斷，進(jìn)而截止充電。第26頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天27鋰離子電池保護(hù)線路——過(guò)放電保護(hù)過(guò)放電保護(hù):過(guò)放電保護(hù)IC原理：為了防止鋰電池的過(guò)放電，假設(shè)鋰電池接上負(fù)載，當(dāng)鋰電池電壓低于其過(guò)放電電壓檢測(cè)點(diǎn)（假定為2.5V）時(shí)將啟動(dòng)過(guò)放電保護(hù)，使功率MOSFET由開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛喽刂狗烹?，以避免電池過(guò)放電現(xiàn)象產(chǎn)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機(jī)模式，此時(shí)的電流僅0.1uA。當(dāng)鋰電池接上充電器，且此時(shí)鋰電池電壓高于過(guò)度放電電壓時(shí)，過(guò)度放電保護(hù)功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過(guò)放電檢測(cè)電路設(shè)有延遲時(shí)間以避免產(chǎn)生誤第27頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天28什么叫鋰離子電池？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、LiXMnO2

或LiFeO4

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(guò)程中，Li+

在兩個(gè)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(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。第28頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天29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(shí)發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。第29頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天30鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極活性物質(zhì)（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2\LiFeO4)

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）第30頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天31圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖密封圈限流開(kāi)關(guān)隔膜絕緣墊正極極耳負(fù)極極耳正極負(fù)極圓柱型第31頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天32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）第32頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天33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）第33頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天34鋰離子電池結(jié)構(gòu)——隔膜材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E（聚乙烯）或者三層復(fù)合PP（聚丙烯）

+PE+PP厚度：?jiǎn)螌右话銥?.016～0.020mm

三層一般為0.020～0.025mm第34頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天35鋰離子電池結(jié)構(gòu)——電解液性質(zhì)：

無(wú)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(fèi)休法）≤20ppm

游離酸（以HF計(jì)）≤50ppm

電導(dǎo)率（25℃）10.4±0.5ms／cm第35頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天36以磷酸鐵鋰為正級(jí)材料的動(dòng)力電池特點(diǎn)循環(huán)壽命長(zhǎng)：循環(huán)壽命高達(dá)2,000次以上，為鉛酸的5倍、鎳鎘的4倍以上。放電功率大：放電功率分別為鉛酸、鎳氫電池的6.6、2.5倍，極適用在需要高功率的工具電池，大型動(dòng)力電池，特別是車用電池部分。充電時(shí)間短：充電時(shí)間不到2小時(shí)，僅需鉛酸電池的1/4、鎳鎘的1/2。

轉(zhuǎn)換效率佳：轉(zhuǎn)換效率達(dá)95%，優(yōu)于鉛酸的60%、鎳鎘的70%。

輕薄短?。后w積重量?jī)H為鉛酸的50%，鎳鎘的70%。

無(wú)污染，不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素；第36頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天37磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的應(yīng)用領(lǐng)域電動(dòng)工具類：高功率電動(dòng)工具（無(wú)線）；電錘、電鉆、除草機(jī)等；電動(dòng)自行車(Ebike)市場(chǎng)

電動(dòng)玩具市場(chǎng)

太陽(yáng)能LED路燈儲(chǔ)能市場(chǎng)

小型設(shè)備醫(yī)療設(shè)備：電動(dòng)輪椅車，電動(dòng)代步車固定型電源：主要用于通訊、移動(dòng)基站、電信、鐵路運(yùn)輸、電力、、金融、發(fā)電廠、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為保護(hù)、自動(dòng)控制的備用電源

其它小型電器：礦燈、替代鉛酸,鎳氫,鎳鎘,鋰鈷,鋰錳類電池在小型電器上的應(yīng)用(2009鎳鎘將全面退出市場(chǎng))第37頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天38圓柱型磷酸鐵鋰動(dòng)力組合電池8串4并成品組合電池第38頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天39液態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)工藝流程配料卷繞注液檢測(cè)包裝拉漿制片化成激光焊裁片第39頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天40配料工藝流程正極干粉處理正極篩漿料正極混干粉正極真空攪拌負(fù)極干粉處理負(fù)極真空攪拌負(fù)極篩粉負(fù)極攪拌負(fù)極篩漿料正極拉漿負(fù)極拉漿正極負(fù)極第40頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天41拉漿工藝流程送帶上漿正、負(fù)極漿料正、負(fù)極裁片烘烤收帶第41頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天42裁片工藝流程正極裁大片正極劃線刮粉正極片輥切負(fù)極裁大片負(fù)極稱重分檔負(fù)極劃線刮粉負(fù)極片輥切正極稱重分檔負(fù)極吸塵正極制片負(fù)極制片第42頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天43制片工藝流程正極真空烘烤正極吸塵正極片輥壓負(fù)極真空烘烤負(fù)極吸塵負(fù)極片輥壓負(fù)極貼膠紙正極焊極耳負(fù)極焊極耳卷繞卷繞正極貼膠紙正極吸塵負(fù)極沖壓極耳第