锂离子圆柱电池入门教材演示幻灯片.ppt

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1、培训教程锂离子电池基础知识 主讲：刘道淦 研发中心制作 2006年2月25日1教程大纲l电池分类（10min)l锂离子电池之电化学反应机理(20min)l锂离子电池之应用领域（5min)l锂离子电池之结构(20min)l液态锂离子电池之工艺流程(30min)l液态锂离子电池之生产设备(15min)l锂离子电池之性能指标(20min)l锂离子电池质量认证（10min)2电池种类划分l一次电池l小型二次电池：镍镉、镍氢、锂离子l铅酸电池l动力电池l燃料电池l太阳能电池-地面光伏发电l其他新型电池3什么叫锂离子电池？l锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。l正极采用锂化合物LiXCoO

2、2、LiXNiO2或LiXMnO2l负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。l电解质为溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等有机溶液。l在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的称为“摇椅电池”。充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态。放电时则相反。4锂离子电池电化学反应机理正极反应：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi+xe负极反应：6C+xLi+xe-=LixC6电池总反应：LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6放电时发生上述反应的逆反应。5锂离子电池特点l高能量密度l高工作电压l长循环寿命l电化学特性稳定l荷电保持能力强l无污染l无记

3、忆效应6应用领域Li-ion Battery7锂离子电池结构l正极活性物质（LiCoO2LiMnO2LiNixCo1-xO2)导电剂、溶剂、粘合剂、基体l负极活性物质（石墨、MCMB)粘合剂、溶剂、基体l隔膜（PP+PE）l电解液（LiPF6+DMCECEMC)l外壳五金件（铝壳、盖板、极耳、绝缘片）8方（角）形锂离子电池结构图9圆柱形锂离子电池结构图10软包装锂离子电池结构图11锂离子电池结构正极正极基体：铝箔（约0.020mm厚)正极物质：钴酸锂+导电剂+PVDF正极集流体：铝带（约0.1mm厚）12锂离子电池结构负极负极基体：铜箔（约0.015mm厚)负极物质：石墨+CMC+SBR负极集

4、流体：镍带（约0.07mm厚）13锂离子电池结构隔膜l材质：单层PE（聚乙烯）或者三层复合PP（聚丙烯）+PE+PPl厚度：单层一般为0.0160.020mm三层一般为0.0200.025mm14锂离子电池结构电解液l性质：无色透明液体，具有较强吸湿性。l应用：主要用于可充电锂离子电池的电解液，只能在干燥环境下使用操作（如环境水分小于20ppm的手套箱内）。l规格：溶剂组成DMC:EMC:EC=1:1:1（重量比）LiPF6浓度1mol/ll质量指标：密度（25）g/cm31.230.03水分（卡尔费休法）20ppm游离酸（以HF计）50ppm电导率（25）10.40.5mscm15液态锂离子

5、电池生产工艺流程配料卷绕注液检测包装拉浆制片化成激光焊裁片16配料工艺流程正极干粉处理正极筛浆料正极混干粉正极真空搅拌负极干粉处理负极真空搅拌负极筛粉负极搅拌负极筛浆料正极拉浆负极拉浆正极负极17拉浆工艺流程送 带上 浆正、负极浆料正、负极裁片烘烤收 带18裁片工艺流程正极裁大片正极刮粉正极片辊切负极裁大片负极称重分档负极刮粉负极片辊切正极称重分档负极吸尘正极制片负极制片19制片工艺流程正极真空烘烤正极吸尘正极片辊压负极真空烘烤负极吸尘负极片辊压负极贴胶纸正极焊极耳负极焊极耳卷绕卷绕正极贴胶纸正极吸尘负极冲压极耳卷绕20卷绕工艺流程卷绕贴底部胶纸压芯入壳正、负极片配片隔膜隔膜裁剪测短路套绝缘片

6、并固定负、正极极耳点焊离心入壳测短路压盖帽激光焊底部超声焊铝镍复合带21激光焊工艺流程上夹具称重分级激光焊接注液全检内阻全检气密性22注液工艺流程真空烘烤称重注液化成贴胶纸包纸巾擦洗23化成工艺流程高温烘烤抽真空化成测电压、贴不干胶，半成品入库清洗压钢珠高温贮存自检电压铝镍复合片点焊24检测包装工艺流程充电反充电放电客户装盒、包装全检电压清洗全检内阻全检尺寸25液态锂离子电池生产所用设备l真空搅拌机l拉浆机（涂布机）l裁切机l辊压机l卷绕机l激光焊机l真空注液机l化成检测柜26液态锂离子电池性能l常规性能：容量电压内阻l可靠性性能：循环寿命放电平台自放电贮存性能高低温性能l安全性能过充短路针刺

7、跌落湿水低压振动27容量l电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安时（Ah）或毫安时（mAh）。l电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。l理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，单位为Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。l实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah，其值小于理论容量。l额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定的放电条件下应该放

8、出的最低限度的容量。28电压l开路电压电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池的正极的还原电极电势与负极电极电势之差。l工作电压工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示的电压，又称放电电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电位的存在，电池的工作电压低于开路电压。29内阻l电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低，此阻力称为电池的内阻。l电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化，因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。l电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时

9、的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。l欧姆电阻遵守欧姆定律；极化电阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系，常随电流密度的对数增大而线性增大。30循环寿命l电池在完全充电后完全放电，循环进行，直到容量衰减为初始容量的75%，此时循环次数即为该电池之循环寿命l循环寿命与电池充放电条件有关l锂离子电池室温下1C充放电循环寿命可达300-500次（行业标准），最高可达800-1000次。31放电平台l锂离子电池完全充电后，放电至3.6V时的容量记为C1，放电至3.0V时的容量记为C0，C1/C0称为该电池之放电平台l行业标准1C放电平台为70%以上，我们现在可以作到83

10、%-85%l放电平台对手机电池使用效果影响最大，关系到手机通话的声音清晰度32自放电l电池完全充电后，放置一个月。然后用1C放电至3.0V，其容量记为C2；电池初始容量记为C0；1-C2/C0即为该电池之月自放电率l行业标准锂离子电池月自放电率小于12%，我们可以做到6%-8%l电池自放电与电池的放置性能有关，其大小和电池内阻结构和材料性能有关33记忆效应l记忆效应是针对镍镉电池而言的，由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台。电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池的容量变得更低。l要消除这种效应，有两种方法，一是采用小电流深度放电（如用0.1C放至0V）一是采用大电流充放电（如1C）几次。l镍氢电池和锂离子电池均无记忆效应34锂离子电池质量认证35总结l电池是个比较复杂的电化学体系，涉及到电化学、材料、机械、物理等学科l锂离子电池生产流程较长，每个质量控制点都非常重要l大家可以根据自己工作岗位性质有针对性的进行研究、讨论36