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1、锂离子/锂聚合物电芯介绍,课程纪要,培训时间：1小时 培训目的：了解电池工作原理 熟悉电芯基本构造 熟悉电芯安全性能评价 熟悉常见异常形成原因,课程大纲, 电池发展简史 常见电池介绍 电池工作原理 锂离子电芯与锂聚合物电芯区别 电芯基本构造 电池性能评价 常见异常原因介绍,电池发展简史（依电极材质）,燃料电池,锂电池,锂离子电池,锂聚合物电池,铅酸电池,铁镍电池,镍镉电池,镍氢电池,锂金属电池,1859年,1890年,1899年,1991年,常见电池介绍-镍氢电池,特点 电压1.01.4伏。 容量高，是同型号镍镉电池的1.5-2倍，适合长时间工作。 不含有害金属汞、镉、铅。 充电后期通过氧还原
2、达到荷电量和电池内部气压自我平衡调解。 可大电流工作，充电1C，放电5C，高功率电池放电能力可达15C以上，充电3C。 循环充放电寿命500次以上。 自放电率18左右（20，充满电后放置30天），温度升高自放电增加。 电池形状有方形和圆柱形。 提示 不适合在65以上高温环境工作。 不适合恒电压浮充电。 大电流充电后期有高温高热现象。 长时间大电流过充电及过放电可能产生电池排气 （氢气、氧气）和碱液（KOH）泄漏现象。,常见电池介绍-镍镉电池,特点 电压1.0-1.4伏。 含有害金属镉。 充电后期通过氧还原达到自我平衡调解。 适合大电流工作，最大达30C（烧结工艺）以上放电能力。 循环充放电寿命
3、500次以上。 自放电率18左右（20下，充满电后放置30天），温度升高自放电增加。 有记忆效应。 提示 不适合在70以上高温环境工作。 不适合恒电压浮充电。 大电流充电后期电池有高温高热现象。 长时间大电流过充电及过放电会产生电池排气（H2和O2）和碱液（KOH）泄漏现象。,常见电池介绍-锂离子电池,特点 工作电压2.754.2伏。 无记忆效应。 不含有害金属汞、镉、铅。 重量轻。 瓦时容量是镍氢电池的1.5倍。 需要过电压和欠电压保护，电压保护要通过外设电路控制。 循环充放电寿命500次以上。 自放电率6左右（20，充满电后放置30天），温度升高自放电增加。 电池形状有方形和圆柱形。 提示
4、 不适合在60以上高温及20以下低温环境工作。 电池电压超过约4.7伏后有爆炸危险。 普通锂离子电池不适合大电流（2C以上）工作，特制电池最大工作电流可达10C。 锂离子电池组合加工及选用充电器应得到电池厂家的许可，或由专业电池厂家设计加工 明显膨胀变形的电池应立即停止使用。,常见电池介绍-锂聚合物电池,特点 工作电压2.754.2伏。 不含有害金属汞、镉、铅。 无记忆效应。 瓦时容量是镍氢电池的1.5倍。 放电电流最大2C，充电电流最大1C。 需要过电压和欠电压保护，电压保护通过外设电路控制。 循环充放电寿命500次以上。 自放电率5左右（20，充满电后放置30天），温度升高自放电增加。 电
5、池采用高强度铝膜封装，可以做成任意形状，无流态电解液 提示 禁止用尖锐部件碰撞电池，禁止弯折顶封边、极片、电芯。 电池组合加工应由专业厂家进行，禁止拆解电池外包装。,锂离子电池工作原理,锂离子电池的工作原理,锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。 锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。 同样道理，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越
6、多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。 不难看出，在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极 负极 正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。所以，专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。,聚合物锂离子电池与液态锂离子电池的区别,根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)两大类。 液态锂离子电池和聚合物锂
7、离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。一般正极使用LiCoO2，负极使用各种碳材料如石墨，同时使用铝、铜做集流体。 它们的主要区别在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。,锂离子电池的主要构成,（1）正 极-活性物质为氧化钴锂 （2）隔 膜-一种特殊的复合膜 （3）负 极-活性物质为碳 （4）有机电解液 （5）电池壳,方形锂离子电池构造,圆柱形锂离子电池构造,锂聚合物电池构造,锂聚合物电池构造,锂离子电池正极,LiCoO2(
8、钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)(聚偏氟乙烯 )+集流体（铝箔）,锂离子电池负极,石墨+导电剂(乙炔黑)+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体（铜箔）,锂离子电池隔膜,锂离子电池电解液,性质： 无色透明液体，具有较强吸湿性。 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）。 规格： 溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6浓度 1mol/l 质量指标： 密度（25）g/cm3 1.230.03 水分（卡尔费休法） 20ppm 游离酸（以HF计） 50ppm 电导率（25） 10.40.5
9、 mscm,锂离子电池外壳,我司目前所使用的电芯，外壳常见材质如下：,外壳,钢壳,铝壳,软包装,不锈钢,镁、铅铝合金,铝塑复合膜,电性能 安全性能,电池性能评价（以BAK383450/580MAH为例）,a容量 b内阻 c电压 d厚度 e自放电 f高低温性能 g循环性能 i. 充放电曲线,电性能, 容 量（BAK383450/580MAH） 容量=放电时间放电电流 标称容量：整批产品的集中分布点 最小容量：整批产品的容量最小值, 内 阻（BAK383450） R = Rf + R, 电 压 标称电压(工作电压): 3.7 V 充电最高电压: 4.2 V 放电截止电压: 2.75 V 最佳贮存电
10、压: 3.8 0.1 V (45%60%容量荷电状态) 现行业出货电压: 3.8 3.9 V 过充电保护电压: 4.28V以下, 厚 度, 自放电性能, 温度特性 电芯低温放电容量大于80%（-20 、0.2C），高温放电容量大于90%（55 、1C）,60,0,-20,25,-10, 电池循环性能 1C满充电4.2V，1C放电2.75V，循环300周。, 充放电曲线图, 倍率放电性能 锂离子电芯最大放电电流可达3C倍率，1C放电时间大于60分钟 什么是1C/0.2C？ 例：BAK383450/580MAH电芯，依580mA的电流对其进行放电的容量既为1C容量 依650*0.2=116mA的电
11、流对其进行放电的容量既为0.2C容量,0.2C,2C,1C,0.5C,3C,（一）机理 （二）措施 a短路性能 b过充电性能 c热冲击性能 d针刺 e自由跌落,安 全 性 能,电池不安全性的发生条件与机理,发生条件： 锂离子电池的安全性问题主要发生在电池的非常状态下。这些状态包括：异常充放电状态，如过充和短路；机械条件滥用：如冲击、穿刺、振动等；异常受热状态：如高温等。最危险的因素：过充、短路（含内部短路）和高温冲击。 发生机制： 由于电池内部温度过高，引发系列热放反应，导致电池内部热量的大量积累，结果造成电池内压急剧上升，发生爆炸、燃烧。,不安全行为的发生机制,A.当电压超过电解液的分解电压
12、时（约4.5V)，造成电解液的氧化分解，并放出大量的热，引起电池温度的升高； B.短路时，电池的放电电流可达20C以上，过大的电流导致电池温度快速上升； C.热冲击直接导致电池温度过高 当电池温度达到阳极钝化层的分解温度时（约130），表面钝化膜开始分解，引发电解液同阳极LixC6放热反应，促使电池温度继续上升。当电池内部局部温度升高到约200时，阴极物质发生分解析氧，并继续同电解液发生剧烈反应，产生大量的热量并形成高内压。从而导致发生爆炸、燃烧等不安全行为。,1. 添加剂 原理:在电解液中加入聚合物单体分子，当充电电压超过限制时,电极表面发生聚合成膜，电氧化聚合反应封闭电极表面，阻断电池反应
13、以防止不安全行为的发生；,提高电池安全性的措施：,a.空白溶液; b.添加后,2. 隔膜 PP/PE/PP 好于 PE 、PP；当电池受热时，内部隔膜中间层PE微孔先封闭，阻碍电流通过，从而起到安全作用； 3. 安全阀 安全阀的开启压力及灵敏度是影响电池安全性的重要因素，能在一定程度上减小爆炸的威力； 4. 结构设计 指电芯内部安全隔离措施，包括正负、极及隔膜宽度，固定限位片，负极极片两端贴胶，芯子贴胶等。,提高电池安全性的措施：, 外 短 路 电池满充电后，用电阻小于50 m的导体将正负极短路。, 过 充 电 电池在3C倍率、5V电压条件下过充电，电池不爆炸、不起火, 热 冲 击 电池满充电
14、后，放入温箱以5 /min的速率升温至150，保温30min 。,电池鼓壳、发热， 不起火、不爆炸。, 针 刺 将电池固定在安全装置的夹具上，用直径2.5mm的钢钉用力打下，使电池完全穿透。,电池漏液、发热， 不起火、不爆炸。, 自 由 跌 落 X、Y、Z六个面在1000mm的高度上各跌落2次,常见异常及原因,1.容量低 产生原因： a. 附料量偏少； b. 极片两面附料量相差较大； c. 极片断裂； d. 电解液少； e. 电解液电导率低； f. 正极与负极配片未配好； g. 隔膜孔隙率小； h. 胶粘剂老化附料脱落； i.卷芯超厚（未烘干或电解液未渗透） j. 分容时未充满电； k. 正负
15、极材料比容量小。,常见异常及原因,2.内阻高/不稳定 产生原因： a. 负极片与极耳虚焊； b. 正极片与极耳虚焊； c. 正极耳与盖帽虚焊； d. 负极耳与壳虚焊; e. 铆钉与压板接触内阻大； f. 正极未加导电剂； g. 电解液没有锂盐； h. 电池曾经发生短路； i. 隔膜纸孔隙率小。,常见异常及原因,3.电压低 产生原因： a. 副反应（电解液分解；正极有杂质；有水）； b. 未化成好（SEI膜未形成安全）； c. 客户的线路板漏电（指客户加工后送回的电芯）； d. 客户未按要求点焊（客户加工后的电芯）； e. 毛刺； f. 微短路； g. 负极产生枝晶。,常见异常及原因,4.超厚 产生超厚的原因有以下几点: a. 焊缝漏气; b. 电解液分解; c. 未烘干水分; d. 盖帽密封性差; e. 壳壁太厚; f. 壳太厚; g. 卷芯太厚(附料太多；极片未压实；隔膜太厚)。,常见异常及原因,5.爆炸 a. 分容柜有故障（造成过充）； b. 隔膜闭合效应差; c. 内部短路,常见异常及原因,
