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锂离子电池知识介绍本讲稿第一页，共十九页本讲稿第二页，共十九页锂离子电池知识介绍 2012-6-6本讲稿第三页，共十九页刘云峰锂电实验室主管工程师湖南摩根海容新材料有限责任公司本讲稿第四页，共十九页主要内容：一、锂离子电池的定义二、锂离子电池的分类三、锂离子电池工作原理四、锂离子电池各组成部分工作原理说明五、锂离子电池基本生产工艺本讲稿第五页，共十九页一、锂离子电池定义锂离子电池定义：锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称锂离子电池。本讲稿第六页，共十九页二、锂离子电池分类1、铝壳或钢壳电池2、聚合物电池3、圆柱电池本讲稿第七页，共十九页二、锂离子电池分类3、动力电池组（电动自行车、汽车、储能等）本讲稿第八页，共十九页三、锂离子电池工作原理锂离子电池主要组成部分：a.正极（LiCoO2钴酸锂、LiMnO2锰酸锂、LiFePO2磷酸亚铁锂、三元材料等)b.负极（石墨等）c.隔膜纸（单层隔膜、三层隔膜等）d.电解液（普通电解液、功能型电解液等）e.外壳(钢壳、铝壳、软包装等）本讲稿第九页，共十九页三、锂离子电池工作原理锂离子电池工作原理 以一般铝壳电池（正极为钴酸锂，负极为石墨）来讲一下锂离子电池的工作原理 充电 LiCOO2+6C Li 1-x COO2+Li x C6 放电 锂离子电池是指以两种不同的能够可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。充电时，锂离子从正极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到负极中；放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到正极中。本讲稿第十页，共十九页二、锂离子电池工作原理锂离子电池工作原理图本讲稿第十一页，共十九页四、锂离子电池各组成部分工作原理说明正极材料：当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。一般采用嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4 等，正极的作用就是提供锂源和存储锂离子。负极材料：做为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz等，负极的作用就是存储从正极嵌入的锂离子。本讲稿第十二页，共十九页四、锂离子电池各组成部分工作原理说明电解液：电解液的电解质为无机盐LiPF6，溶剂主要是一些有机物液体，PC（碳酸丙烯酯），EC（碳酸乙烯酯），DMC（碳酸二甲酯），DEC（碳酸二乙酯），EMC（碳酸甲乙酯）等。为了使电池达到某方面的特殊性能，还可以在电解液中适当添加部分功能性添加剂。本讲稿第十三页，共十九页三、锂离子电池各组成部分工作原理说明隔膜：隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或PP&PE复合膜，采用PP/PE/PP三层隔膜优点是熔点较低，具有较高的抗穿刺强度，起到了过热保险作用。隔膜的作用是使锂离子能够自由的通过，而限制其他离子及分子的通过，阻断电池的正负极防止短路。外壳：电池组装完成后，放置到电池外壳中。外壳类型有铝壳、钢壳、铝塑膜等。外壳的作用就是能够安全、密封的存放电芯及电解液。本讲稿第十四页，共十九页三、锂离子电池各组成部分工作原理说明锂离子电池充电原理图锂离子电池组装完成后，首先要对电池进行充电激活，锂离子电池的充电过程分三个阶段：预充电阶段；恒流充电阶段；恒压充电阶段。预充电阶段是在电池电压低于3V时，电池不能承受大电流的充电，这时有必要以小电流对电池进行浮充；恒流充电阶段，当电池电压达到3V时，电池可以承受大电流的充电，这时应以恒定的大电流充电，以使锂离子快速均匀转移；恒压充电阶段，当电池电压达到4.2V时，达到了电池承受电压的极限，对电池进行进行恒压充电。本讲稿第十五页，共十九页五、锂离子电池基本生产工艺序号序号工序名称工序名称简单描述简单描述1配料将正极和负极材料分别添加粘结剂和溶剂，搅拌调制成浆料。2过筛浆料调好后经120目或150目筛过滤。3涂布将过筛后的浆料放在涂覆机上涂覆在集流体上。4制片将涂布后的极片按照工艺要求裁切成大片，对极片刮粉。并进行烘烤。5对辊将烘烤好的极片用对辊机滚压至工艺要求的厚度。6点焊极耳将辊压后合格的极片点上极耳。7卷绕将隔膜纸按照要求进行裁切。用卷绕机将极片按照负极/隔膜纸/正极的顺序卷绕成电芯，并用高温胶纸封口。8套壳将电芯逃入铝壳，并使电芯到达底部。9点焊盖板将盖板与套壳后的电芯焊接在一起。10激光焊接将盖板和铝壳用激光焊接机焊接在一起。本讲稿第十六页，共十九页五、锂离子电池基本生产工艺序号序号工序名称工序名称简单描述简单描述11注液前烘烤焊接好的电芯开口向上，在真空烤箱中烘烤。每隔3小时脱气一次。12注液烘烤结束的电芯在注液房里，用注液机进行注液。要求湿度符合工艺要求，注液量不可过多或过少。13陈化注液后的电池静置16小时。14化成对电池进行小电流充电激活电池。一半使用0.05C充电240min，再0.2C充电240min.15分容对电池进行充放电，记录其容量。按照产品要求把电池分成A、B、C、D等等级。16低电压筛选电池放置两天后，测量其电压，低于3.0V的为低电压电池。17包装18入库本讲稿第十七页，共十九页锂离子电池的应用领域锂离子电池的应用领域：锂离子电池发展到今天，应用领域已经从最初的手机、MP3/MP4、笔记本，发展到蓝牙耳机、数码产品、GPRS导航仪、电动工具、电动自行车、纯电动汽车、混合电动车、电动公交车、航空模具、太阳能及风力发电储能设备、军事工业领域等等。随着技术及产品研究的深入，锂离子电池的应用范围将会进一步扩大，将会遍及到我们生活中的各个领域。本讲稿第十八页，共十九页锂电实验室刘云峰本讲稿第十九页，共十九页