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1、1 锂离子电池 锂离子电池的诞生 电池行业中一些常见的术语 锂离子电池的原理 锂离子电池的基本结构 我司锂电池的原材料状况 锂离子电池的基本工艺流程 锂离子电池的基本性能 我司锂电池的特点及应用说明 电池检测标准 有关成品电池的知识与组装的基本流程 2 锂离子电池的诞生 任何事物的诞生都有一定的背景 锂离子电池的产生同样也离不 开这一点 20C 60 70年代发生的石油危机迫使人们去寻找新的替代 能源 由于金属锂在所有金属中是最轻 氧化还原电位最低 质量能量密度 最大 因此它成为了潜在的替代能源之一 同时 随着科学技术的发 展和人民物质文化生活的提高 特别是随着空间技术的发展和军事装 备的需求
2、 信息和微电子工业的迅猛发展带来了大量工业用 民用 医用和便携式电子产品的问世 以及环境保护意识的增强 人们对体 积小 重量轻 安全可靠 无污染 可反复充电使用的电池的需求更 加迫切 锂离子电池就是在这种形式下迅速发展起来的新兴高能二次 电池 从理论上 与一般的原电池相比 锂离子电池有明显的优点 a 电压高 是一般Ni Cd Ni MH的3倍b 储能密度高c 工作温度范围宽 一般能在 25 45 随着电解质和正极材料的改进 有望拓宽到 40 70 工作d 持续输出功率大 比功率大 e 放电平稳 循环 性能优越 无记忆效应f 储存时间长 工作寿命长等 3 70年代末到80年代可以说是世界锂电池探
3、索萌芽的十几年 到1991年 日 本索尼公司率先推出第一块锂离子电池 并实现了商业化生产 1995年 人们 发明了聚合物锂离子电池 1999年开始商品化生产 我们国家对锂离子电池产业的发展也非常重视 但从国内目前的发展状况而 言 关键技术还是掌握在日本和美国手中 例如 隔膜材料 目前国内锂电池 厂家仍需要进口 而日本宇部 旭化成 美国CELGARD ENTEK都是掌握 主要技术的厂家 因此 我们要进一步参与国际竞争 必须在电池的原材料 上有所新的突破 4 电池行业中一些常见的术语 一次电池 primary battery 只能进行一次放电的电池 不能进行 充电而再利用 二次电池 seconda
4、ry battery 可反复进行充电 放电而多次使用的 电池 也叫蓄电池或充电电池 rechargeable 正极 positive electrode cathode 放电时 电子从外部电路流 入电位较高的电极 负极 negative electrode anode 放电时 电子从外部电路流出 电位较低的电极 额定容量 rated capacity 制造商标明的电量值C5mAh 即充满 电的电池在20 下以0 2C的标准实验电流放电到终止电压 2 75V 时所能放出的电量值 循环寿命 cycle life 电池在一定条件下 20 0 2 C5 反复 充放电 当电池容量等性能达到规定的要求以下
5、时所发生的充放电次 数 容量低于60 5 内阻 internal resistance 电池正极与负极之间的电阻 是集流体 电极活性 物质 隔膜 电解液的电阻之和 理论上 其值越小性能越好 电池内阻是锂离 子电池性能的重要参数 电池内阻的数值不仅影响了电池的功率特性 电池的放 电倍率 同时也是电池内部结构特性的一个重要表征 标称电压 nominal voltage 电池0 2 C放电时全过程的平均电压 是一个近 似数值 请问我们公司的锂电池的标称电压是2 75V 3 7V 4 2V 放电平台 discharge curve 放电平台是电池放电曲线的一个直接的表征 即电池完全充电后 以一定速率的
6、电流放电时 电压下降相对缓慢的那段时间 通常以1C放电至3 6V的时间表示放电平台 我们公司锂电池的放电平台达48分钟 以上 放电曲线很好 放电容量 discharge capacity 电池放电时所释放出的电荷量 放电深度 depth of discharge 表示放电程度的一个量度 为放电容量与总 放电容量的比值 自放电 self discharge 是指电池在没有对外做功的情况下 其自身内 部物质发生化学反应而致使电池能量 容量 损失的现象 如自放电较 大的电池往往表现为储存一段时间后出现低电压 或零电压 的现象 6 锂离子电池的原理 电极反应如下 正极 LiCoO2 Li1 xCoO2
7、 xLi x e 负极 6C xLi x e LixC6 总的反应 LiCoO2 6C Li1 XCoO2 LiXC6 锂离子电池的正负极均采用可供锂离子 Li 自由脱嵌的活性物 质 当电池充电时 锂离子从正极进入溶液 电解液 转到负极中去 放 电时锂离子又从负极进入溶液转入正极 锂离子进入电极的过程叫做 嵌入 从电极出来的过程叫做脱嵌 7 锂离子电池的基本结构 负极 隔膜纸 电解液 壳体 盖板 正极 锂离子电池 8 同所有的化学电源一样 锂离子电池也由正极 负极和 电解液组成 但为了使其性能更优越 更便于人们使用 于是我们现在的锂离子电池便在原电池的基础上增加了一 些配件 如隔膜纸 壳体 盖
8、板等 1 正极 电池反应的主体 主要反应活性物质为LiCoO2 电 池反应过程中Li 的提供者 正极片是由LiCoO2粉末调成 膏状涂覆在铝箔上烘干压制而成 2 负极 与正极匹配成为电池反应的另一个主体 主要反应 活性物质为C 电池反应过程中Li 的接收者 负极片是由 石墨粉末调成膏状涂覆在铜箔上烘干压制而成 9 3 隔膜纸 置于正极与负极之间起隔离作用 主要是防止正极 与负极直接接触而导致电池内部短路 它可以让电解液中的 锂离子自由穿过 但可防止电子穿透 从而起隔离作用 4 电解液 电池反应过程中 作Li 来回移动的载体 一般采 用LiF6作电解质溶解于EC DMC EMC等混合酯类物质中而
9、形 成有机电解液 5 壳体 电池反应系统的容器 目前 我公司主要以钢壳和铝 壳为基本壳体 6 盖板 主要由上盖 密封圈和铆钉组成 盖板主要是起电池 反应体系的密封和输出正负极电流的作用 10 我司锂电池的原材料状况 钢壳电池 铝壳电池 正极材料 中信国安 振华 瑞翔等 负极材料 长沙石墨等 大阪煤气 Osaka Gas 隔膜材料 日本宇部 UBE 日本宇部 UBE 美国CELGARD ENTEK等 电解液 张家港 金牛等 Ferro 美国 铜 箔 UNITED COPPER FOILS 惠州联合 铝 箔 ALCOA SHANGHAI 上海美铝 钢 壳 路华 铝 壳 同力 锂离子电池的工艺流程
10、装配 化成 涂布 制浆 锂离子电 池的主要 工序 用专门的溶剂和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混 合 经高速搅拌均匀后 制成浆状的正负极物质 将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面 烘干 分别制 成正 负极极片 按正极片 隔膜 负极片 隔膜自上而下的顺序放好 经卷 绕制成电池极芯 再经过注入电解液 封口等工艺过程 即完成电池的装配过程 制成成品电池 用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试 对 每一只电池都进行检测 筛选出合格的成品电池 待出厂 12 铝壳电池生产工艺流程图 过 筛 烘 烤 称 料 干混 打 胶 配 料 拉 浆 连续压片 裁大片 分切小片 超铆焊 卷 绕 压扁 粘胶纸
11、热 压 入 壳 点焊负极 超焊正极 卡盖板 激光焊 涂渗透液 测 漏 称 重 烘 烤 注 液 烘 烤 化成分容 入库 出货 搁 置 预充 负压封口 除锈膏擦洗 预充电 13 锂离子电池的基本性能 锂离子电池作为二次电池 它具有二次电池的共性 目前 轻工行业 电子行业和通讯行业在评价一 个二次电池性能时 往往从以下几个方面着手 1 容量 2 标称电压 3 内阻 4 放电平台 5 循环寿命 6 荷电保持能 7 安全性能 8 储存性能 9 高 低温放电性能 10 外观尺寸 14 我司锂电池的特点及应用说明 目前 我们公司开发了很多种型号的电芯 种类相对比较齐全 其 共同特点为外观尺寸好 容量较高 平
12、台较好 低温放电性能良 内 阻一致性较好 其综合性能在国内市场居一流水平 在深圳的几家锂 电池公司其产品性能简介如下 比亚迪 容量高 外观尺寸好 但平台不高 循环衰减快 一致性 也不是很理想 邦凯 循环性能好 平台一般 一致性较高 但容量不高 电池超 厚较严重 华粤宝 外观尺寸较好 但容量偏低 循环衰减快 环宇达 容量 平台一般 储存性能差 储存时电压下降快 容量 下降快 微短路现象较严重 15 由此可见 从目前客户的要求及检测项目 容量 平台 电 压 来看 我公司电芯的综合性能应处于中上水平 另外 从我公司自 身技术开发角度来说 053048 423048等容量在600mAh以下的电芯 无论
13、是容量还是平台在国内市场都绝对处于优势地位 另外 在安全性 能方面 我们从自身制程上作了很多的工艺改进 并且在国内率先开发 投产了防爆系列产品 但是 作为业务人员 我们还得与客户加强沟通 要让客户的加工工艺符合锂离子电池的使用说明 下面我再提一下我们 电芯的使用说明 16 一 充放电条件限制 1 充电电流 1C 2 充电上限电压 4 20 0 05 V 3 放电下限电压 2 75 0 05 V 或 3 00 0 05 V 4 工作温度 充电 0 45 放电 20 25 二 储存环境要求 1 温度 三个月内 20 45 一年内 20 25 2 湿度 RH 65 20 17 三 注意事项 1 不得
14、将电池投入火中 或储存在高温的环境里 2 不要在充电器或设备里将电池正 负极直接连接 3 在运输 传送或储存过程中 不得有任何金属物品与电池 混装 以免造成电池正负极短接 4 不得有任何利器 重物撞伤电池外形结构 5 不得将电池淹没在水中 或让雨水弄湿 弄潮 6 不得将电池储存在有腐蚀性气体 或液体 的环境中 7 不得与废旧电池或Ni MH 电池 Cd Ni电池混合使用 18 电池检测标准 1 0 2C5A放电性能 20 满电后 以0 2C5A电流放电到终止电压 2 75V 检测放电时间 5h 2 1C5A放电性能 20 满电后 以1C5A电流放电到终止电压2 75V 检测放电时间 57min
15、 3 高温性能 55 2 满电后 将电池放入55 2 的高温箱中恒 温2h 然后以1C5A电流放电至终止电压2 75V 检验放电时间和目 测外观 4 a 放电时间应不低于54min b 该试验结束后 将电池取出在 环境温度20 5 的条件下搁置2h 然后目测电池外观 应无变形 爆裂 19 4 低温性能 20 2 充电后 将电池放入 20 2 的低温箱中 恒温24h后 以0 2C5A电流放电至终止电压2 75V 检测放电时间和目测 外观 a 放电时间应不低于4h 容量可以保持在80 以上 b 该试验结束后 将电池取出在环境温度20 5 的条件下搁置2h 然后目测电池外观 应无变形 无爆裂 5 荷
16、电保持和恢复能力 充电后搁置28d 检测电池电压 荷电保持能 力与荷电恢复能力 a 荷电保持能力测试放电时间应不低于4 25h 电池电压不低于4 10V b 荷电恢复能力测试放电时间应不低于4 5h 6 循环寿命 300次 一级市场 400 Nokia 500 20 7 恒定湿热性能 充电结束后 将电池放入40 2 相对 湿 度为90 95 的恒温恒湿箱中搁置48h后 将电池 取出在环境温度20 5 的条件下搁置2h 目测电池外观 再以1 C5A电流放电至2 75V 检测放电时间 a 电池外观应无变形 锈蚀 冒烟或爆炸 b 放电时间应不低于48min 8 过充 3C 4 8V 电池充满电后 将其连接正负极于恒压电源 调节电流至3C5A电压为4 8V 然后对电池以3C5A充电 直到电池电压为4 8V 恒压2h 电池应不起火 不爆炸 21 9 短路 电池充满电后 改为恒压充电 充电截止电流为10mA 最长充电时间不大于8h 停止充电 然后短路电池正负极 线路总电阻不大于10m 保持两小时 电池应不起火 不爆炸 10 贮存 电池放电完毕后 以1C5A充电0 5h 停止充电 然 后在环境温度2
