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1、电池基本知识及生产控制点,从左图可知，其实一个电池是由许多结构相同的小电池并联而成的。,电 池 分 类,锂离子电 池 组 成 要 素,电池 基本组成要素有：正极、负极、电解液 辅助组成要素有：集流体（铜箔、铝箔）、隔膜、外壳等,正极材料 氧化钴锂（LiCoO2） 氧化钴锂是最早商业化使用的正极材料，也是目前最常用和用量最大的正极材料。该材料的电化学特性优异，初次循环不可逆容量损失小，充放电效率高，热稳定性好，循环寿命长和3.6V的工作电压。但是钴材料成本较高，资源缺乏，因此必须开发少用钴、不用钴的廉价材料，从而大大降低电池的成本。其他正在开发中的正极材料有氧化镍锂(LiNiO2) 、氧化锰锂(
2、LiMn2O4) 等。,锂离子电 池 组成-1,负极材料 负极材料关键在于能可逆地嵌入和/脱出锂离子，这类材料应具有尽可能低的电极电压，离子有较高的扩散率、高度的脱嵌可逆性、良好的电导率及热力学稳定性。目前的负极材料主要选用碳材料石墨。 石墨材料具有成本低、比容量高（理论容量372mAh/g）、导电性好、初充电效率高、充放电电压曲线稳定的特性。石墨分为天然石墨和人造石墨，由于天然石墨在充放电时体积变化大，因此难于应用于生产中。而人造石墨通过对天然石墨的氧化进行表面改性，提高了石墨的电性能，是目前最常用和用量最大的负极材料。,锂离子电 池 组成-2,电解液 电解液是电池反应过程中锂离子来回移动的
3、载体，为了满足锂离子电池性能的要求，锂离子电池的使用的电解液应该满足以下要求： 以锂离子传导的离子电导率尽可能的高； 电化学稳定的电位范围尽可能宽； 良好的热稳定性，使用的温度范围尽可能的宽； 良好的化学稳定性，与电池内的集流体和活性物质不发生反应； 良好的安全性和尽可能低的毒性，最好能生物降解； 价格低。,锂离子电 池 组成-3,粘结剂 锂离子蓄电池是通过分别在铝箔和铜箔的集流体上涂正/负极活性物质并干燥而成的。在此工艺中，为了将集流体与活性物质粘在一起，要使用粘合剂。通常使用的粘合剂有聚四氟乙烯、聚亚乙烯氟等对粘合剂特性的主要要求有： 对集流体合活性物质有强的粘着性； 有弹性； 在干燥过程
4、中能形成均匀的膜； 对电解质的耐受性； 不吸收水分； 具有对正极的抗氧化性性合对负极的抗还原性。,锂离子电 池 组成-4,隔膜 隔膜纸处于正极和负极之间，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。在锂离子蓄电池中使用聚烯烃孔薄膜，其厚度在25um左右。对其性能要求是： 在使用的电解质中稳定性好； 不吸收水分； 对正极和负极要有优异的绝缘性； 离子电导率； 有足够的机械强度； 有热熔性：当温度130左右时隔膜组织离子渗透和自动终止电池放电的功能。这种功能对电池的安全性能起很重要的作用。 由于符合以上条件，最常用的隔膜是PP(聚丙烯)/PE（聚乙烯）双层微孔薄膜。,锂离子电 池
5、组成-5,钢壳（铝壳）和盖板 钢壳（铝壳）是电池电化学反应系统的容器。盖板在整个电池系统中起密封和输出电流的作用。钢壳（铝壳）和盖板均为不锈钢材质（或铝材），壳体和盖板均采用激光焊接。,锂离子电 池 组成-6, 额定容量 内阻 平台,电 池 相 关 术 语,额定容量电池的额定容量是指电池在环境温度为205条件下，以5h率放电至终止电压时所应提供的电量，用C5表示。容量常见单位有：mAh、Ah(1Ah=1000mAh),电 池 相 关 术 语-1,电池内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。内阻大
6、小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。是衡量电池性能的一个重要参数。注：一般以充电态内阻为标准。测量电池的内阻需用专用内阻仪测量，才能确保所得到的值的精确度。,电 池 相 关 术 语-2,放电平台放电平台是指用标准充电方法充满电后，然后搁置10分钟，在1C5A放电电流下放电至3.6V时的放电时间。因一般使用锂离子电池的用电器的工作电压都要求在3.6V以上，如果低于这个值，则会出现无法工作的情况。所以放电平台是衡量电池性能好坏的重要标准之一。,电 池 相 关 术 语-3,放电平台放电平台是指用标准充电方法充满电后，然后搁置10分钟，在1C5A放电电流下放电至3.6V时的放电时间。因
7、一般使用锂离子电池的用电器的工作电压都要求在3.6V以上，如果低于这个值，则会出现无法工作的情况。所以放电平台是衡量电池性能好坏的重要标准之一。,电 池 相 关 术 语-1,一、锂离子含量即容量，正极活性物质的量决定容量。 LiCoO2+C LiC6+LixCoO2 二、正极过量会析出锂枝晶，易产生安全问题，所以负极比正极稍微过量。 LiCoO2+C LiC6+LixCoO2+ Li 三、电解液起到运输锂离子的作用，因此实际量必须保证。,锂离子电池设计原则,四、水分会消耗锂离子，影响容量，同时产生气体造成鼓壳；同时可能和电解质反应，影响电池的循环、平台等，所以锂离子电池不能有水分。 LiCoO
8、2+CH2O LiC6+LixCoO2+LiOH+H2 LiPF6H2O LiF+PF3O+HF,锂离子电池设计原则,锂离子电池设计原则,正 极,五、隔膜纸起着隔离的作用，一定不能破损，否则正、负极直接短路会带来安全问题。,一、锂离子电池过充时一方面损坏正极结构，影响寿命；另一方面析出锂枝晶，引起安全问题。 LiCoO2+CH2O LiC6+LiyCoO2+ Li 二、锂离子电池短路时产生极大电流可能会伤害人，而且容易引起电池的安全问题。 电池短路瞬间电流： I=U/R=4.2/0.06=700A 人体承受的正常电流： I=U/R=36/800=0.045A,锂离子电池使用注意,通过高温除去材
9、料中的杂质和水分 温度偏高正极材料结块 温度偏低水分和杂质去除不干净，导致所有水分引起的问题。,正负极材料热处理,制程过程控制点1,潜在问题,使各种原材料充分分散 搅拌不均匀引起电池局部不均匀，可能导致电池的容量、内阻和循环寿命的异常甚至安全问题。 搅拌过程中有杂质混入影响电池性能,搅拌,制程过程控制点2,潜在问题,使浆料均匀地涂覆在基体表面并烘干 涂布厚度不稳定/拉浆机调试不到位引起电池的局部不均匀，可能导致电池的容量和循环寿命的异常甚至安全问题 温度不稳定极片烘不干引起掉粉或过热影响极片的粘接性能,涂布,制程过程控制点 3,潜在问题,增加电极活性物质的密度并使表面平整 压力不足，辊压厚度不
10、到位装配困难，卷绕对位不准，严重时可能引起安全问题 辊面不平整极片表面不光滑甚至有毛刺，引起电池短路、自放电甚至出现安全问题,滚压,制程过程控制点 4,潜在问题,按型号要求剪裁极片 切口有毛刺引起电池短路、自放电甚至出现安全问题 极片出现弧形装配困难，卷绕对位不准，严重时可能引起电池短路甚至安全问题,分 切,制程过程控制点5,潜在问题,使极片和极耳良好连接在一起 虚焊电池断路或内阻偏大,正极焊接,制程过程控制点6,潜在问题,使极片和极耳良好连接在一起 铆接不牢电池内阻增大甚至无穷大,负极焊接,制程过程控制点7,潜在问题,封住极耳部位可能存在的毛刺 贴的位置不当，露出毛刺或贴住活性材料毛刺引起电
11、池的短路或安全问题，正极活性物质被贴住会影响容量,正负极贴胶纸,制程过程控制点8,潜在问题,除去极片中的水分 温度过高极片变脆，引起极片掉粉或电池短路，导致电池自放电大甚至安全问题 温度过低极片除水不净，导致电池容量低、内阻不稳定、循环差及尺寸异常,极片烘烤,制程过程控制点9,潜在问题,隔膜良好绝缘的基础上正负极良好地叠合 正负极片对位不齐正极活性区域超出负极活性区域，具有安全隐患 操作过程中隔膜受到损伤导致电池短路或自放电大，甚至引起安全问题,卷 绕,制程过程控制点10,潜在问题,将圆卷芯折成方形卷芯 捏扁时位置不对使极耳偏离设计位置，引起套壳和盖板焊接困难,捏 扁,制程过程控制点11,潜在
12、问题,使电池芯叠层紧密，方便套壳 压力过大或过小压力过大易导致电芯压坏短路，压力过小使电芯压不到位，影响下步操作,压 扁,制程过程控制点12,潜在问题,避免电池芯和壳体或盖板间的短路 位置不当在电池受外界震动或碰撞时不能完全避免电池的内部短路，容易出现安全问题,贴上下胶纸,制程过程控制点13,潜在问题,将电芯完好无损地装电池壳中 套破使电池短路或自放电大，具有安全隐患,套 壳,制程过程控制点14,潜在问题,使正极耳和盖帽良好连接在一起 虚焊导致电池断路或内阻偏大,焊正极耳,制程过程控制点15,潜在问题,使负极耳和钢壳良好连接 虚焊导致电池断路或内阻偏大,焊负极耳,制程过程控制点16,潜在问题,
13、使电池壳和盖帽无缝连接 焊接功率不稳定容易出现焊接漏点，引起电池漏气或漏液 焊接时有杂物炸火引起电池漏气或漏液并影响电池外观 焊接定位不良导致电池焊接合格率低并影响电池外观,激光焊接,制程过程控制点17,潜在问题,监测焊接效果 出现漏检或误检影响电池的注液并出现盖底板漏液,测气密性,制程过程控制点18,潜在问题,检出短路电池 漏检或误检短路或微短路的电池都会出现自放电大的情况，严重时还会在充放电时出现爆炸,测短路,制程过程控制点19,潜在问题,除去电池中的水分 温度失控温度偏高会损坏电池，温度过低会影响水分的去除，导致电池容量低、内阻不稳定、循环差及尺寸异常等问题 抽真空时不达标真空度不够会影
14、响电池中水分的去除,烘电池,制程过程控制点20,潜在问题,真空状态下定量注入电解液 注液量不准注液量过多会导致电池漏液和鼓壳，过少会导致电池容量不足、内阻偏大、平台低及循环性差等问题 注液时与外界隔离效果差容易导致电池内含水量增加，引起电池容量低、内阻大、平台低及循环性差等问题,注 液,制程过程控制点21,潜在问题,使电解液充分渗透 储存时环境控制不好容易使电池吸水，引电池各项性能异常,陈化,制程过程控制点22,潜在问题,使电池在小电流的状态下活化 电流和时间控制不好 电池充电不到位引起后续判断不准甚至电池鼓壳 预充前后时间控制不当会使电池内含水量增加，引起电池容量低、内阻大、平台低及循环性差
15、等问题,预 充,制程过程控制点23,潜在问题,检测电池的自放电情况 电压测量不准对自放电电池检定出错，易在分容过程中出现爆炸的异常情况,测电压,制程过程控制点24,潜在问题,检测电池的自放电情况 温度对储存结果有影响,储 存,制程过程控制点25,潜在问题,检测电池的容量 电流和时间控制不好 放电电流不准影响电池的分容准确度，出现误判现象 恒压电压不准 a、电压偏高会导致电池过充，影响电池性能和分容准确度，极端时可能出现爆炸 b、电压偏低会导致电池充电不足，影响电池分容的准确度,分 容,制程过程控制点 26,潜在问题,清理电池表面 抛光不良影响电池的外观 定点抛光时间过长电池过热影响电池的各项性能,抛 光,制程过程控制点27,潜在问题,检测电池的自放电情况、确保出货电芯符合客户容量要求 测量不准有自放电较大电池直接出货，在使用过程中可能出现安全问题,出货测电压、分容,制程过程控制点28,潜在问题,
