锂电池培训讲义

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1、 什么是Li-ion电池 Li-ion是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照 相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是锂金属，负极是碳。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，达到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，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， 又运动回正极。回正极的锂离子越多， 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。在Li-ion的充放电过程 中，锂离子处于从正极

2、负极正极的运动状态。Li-ion就像一把摇椅，摇椅的两端 为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion又叫摇椅式电 池。Li-ion电池由哪几部分组成 电池一般包括： 正极（positive） 负极（negative） 电解质（electrolyte） 隔膜（separator） 正极引线（positive lead） 负极引线（negative plate） 中心端子、 绝缘材料（insulator） 安全阀（safety vent） 密封圈（gasket） PTC（正温度控制端子） 电池壳。一般大家较关心 正极、负极、电解质一、 电极的组成： 1、 正极组成： a、

3、 钴酸锂：正极活性物质，锂离子源，为电池提高锂源。 b、 导电剂：提高正极片的导电性，补偿正极活性物质的电子导电性。 提高正极片的电解液的吸液量，增加反应界面，减少极化。 c、 PVDF粘合剂：将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合在一起。 d、 正极引线：由铝箔或铝带制成。 2、 负极组成： a、 石墨：负极活性物质，构成负极反应的主要物质；主要分为天然石墨和人造 石墨两大类。 b、 导电剂：提高负极片的导电性，补偿负极活性物质的电子导电性。 提高反应深度及利用率。 防止枝晶的产生。 利用导电材料的吸液能力，提高反应界面，减少极化。 （可根据石墨粒度分布选择加或不加）。 c、 添加剂：降低不可逆反

4、应，提高粘附力，提高浆料黏度，防止浆料沉淀。 d、 水性粘合剂：将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘合在一起。 e、 负极引线：由铜箔或镍带制成。 二、 配料目的： 配料过程实际上是将浆料中的各种组成按标准比例混合在一起，调制 成浆料，以利于均匀涂布，保证极片的一致性。配料大致包括五个过程，即 ：原料的预处理、掺和、浸湿、分散和絮凝。 Gasket Vent PTC CID Top-Cap Positive electrode 盖帽的安全设计CID (Current Interruption Device) -Vent swelling by internal pressure-Bridge

5、of PCB broken -Current is cut-off-Over-current -Through-hall conductive path Burn-out -Current is cut-off(Fuse) PTC (Positive Temperature Coefficient) -PTC will increase resistance many times when temperature reaches some point. -Against short circuit and high charging currentCell Safety Protection

6、Units 锂电池的生产工艺过程材料分 析检测材料分 析检测正负极 材料配 方后搅 拌制浆涂布(将 正极材 料和负 极材料 分别涂 在铜箔 和铝箔 上)分切卷绕成品 装配注液 封口化成 分容区分 内阻关于锂电池的几个问题一: Li-ion电池有哪些优点？哪些缺点？Li-ion具有以下优点： 1） 单体电池的工作电压高达3.6-3.8V： 2） 比能量大，目前能达到的实际比能量为100-115Wh/kg和240-253Wh/L（ 2倍于Nl-Cd，1.5倍于Ni-MH）,未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg和 400 Wh/L 3） 循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次

7、.对于小电流放电的电器, 电池的使用期限 将倍增电器的竞争力. 4） 安全性能好,无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池,因金属锂易形成 枝晶发生短路,缩减了其应用领域：Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的 元素：部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严 重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题。 5） 自放电小 室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右，大大低于Ni-Cd的 25-30%，Ni、MH的30-35%。Li-ion也存在着一定的缺点，如： 1） 电池成本较高。主要表现在LiCoO2的价格高（Co的资源

8、较小），电解质 体系提纯困难。 2） 不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对其他类电池 大。故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在0.5C以下，只适合于中小 电流的电器使用。3） 需要保护线路控制。 A、 过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命；同时过充电使电解 液分解，内部压力过高而导致漏液等问题；故必须在4.1V-4.2V的恒压下充电； B、 过放保护：过放会导致活性物质的恢复困难，故也需要有保护线路控制。 二:锂离子安全特性是如何实现的？为了确保Li-ion安全可靠的使用，专家们进行了非常严格、周密的电池安全性能 设计，以达到电池安全考核指标。 1） 隔膜13

9、5自动关断保护 采用国际先进的Celgars2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120的情 况下，PE复合膜两侧的膜孔闭合，电池内阻增大，电池内部升温减缓，电池升温 达到135时，PP膜孔闭合，电池内部断路，电池不再升温，确保电池安全可靠 。 2） 向电解液中加入添加剂 在电池过充，电池电压高于4.2V的条件下，电解液添加剂与电解液中其他物质聚 合，电池内阻大幅度增加，电池内部形成大面积断路，电池不再升温。 3） 电池盖复合结构 电池盖采用刻痕防爆球结构，电池升温时，电池内部活化过程中所产生的部分气 体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。 4） 各种环境滥用测试

10、进行各项滥用实验，如外部短路、过充、针刺、冲击、焚烧等，考察电池安全性 能。同时对电池进行温度冲击实验和振动、跌落、冲击等力学性能实验，考察电 池在实际使用环境焉的性能情况。三:什么充电限制电压？额定容量？额定电压？终止电压？ A、充电限制电压 按生产厂家规定，电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值。 B、 额定容量 生产厂家标明的电池容量，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，单位为Ah（安培小时）或mAh（毫安小时） 。 C、 标称电压 用以表示电池电压的近似值。 D、 终止电压 规定放电终止时电池的负载电压，其值为n*2.75V(锂离子单体电

11、池的串联只数用“n” 表示)。 四:什么是电池的容量？电池的容量有额定容量和实际容量之分。电池的额定量是指设计与制造电池时规 定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量。Li-ion规定电池在常 温、恒流（1C）恒压（4.2V）控制的充电条件下充电3h，电池的实际容量是指电池 在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响（故严格来 讲，电池容量应指明充放电条件）。容量常见单位有：mAh、Ah=1000mAh）。 五:为什么恒压充电电流为逐渐减少？因为恒流过程终止时，电池内部的电化学极化然保持再整个恒流中相同的水平， 恒压过程，在恒定电场作用下，内部Li 的浓差极化

12、在逐渐消除，离子的迁移数和速 度表现为电流逐渐减少。六:什么是电池内阻？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。电池内阻大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。内阻大小主要受电 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，而不能用万用表欧姆 档测量。 七:什么是开路电压？是指电池在非工作状态下即电路无电流流过时，电池正负极之间的电势差。一般情况 下，Li-ion充满电后开路电压为4.1-4.2V左右，放电后开压为3.0V左右，通过电池的开路 电压，可以判断

13、电池的荷电状态。 八:什么是工作电压？又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流过时电池正负极之间电势差。在 电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，不需克服电池的内阻所造成阻力，故工 作电压总是低于开路电池，充电时则与之相反。Li-ion的放电工作电压在3.6V左右。 九:什么是放电平台？放电平台是恒压充到电压为4.2V并且电电流小于0.01C时停充电，然后搁置10分钟， 在任何们率的放电电流下下放电至3.6V时的放电时间。是衡量电池好坏的重要标准。 十:什么是（充放电）倍率？时率？是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数据值上等于电池 额定容量的倍数，通常以字母C

14、表示。如电池的标称额定容量为600mAh为1C（1倍率） ，300mAh则为0.5C,6A(600mAh)为10C.以此类推. 时率又称小时率,时指电池以一定的电 流放完其额定容量所需要的小时数.如电池的额定容量为600mAh,以600mAh的电流放完 其额定容量需1小时,故称600mAh的电流为1小时率,以此类推.十一:什么是自放电率？又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保 持能力。主要受电池制造工艺、材料、储存条件等因素影响。是衡量电池性能的重要 参数。注：电池100%充电开路搁置后，一定程度的自放电正常现象。在GB标准规定LI-ion 后在202条件下开

15、条件下开路搁置28天。可允许电池有容量损失。 十二:什么是内压？指电池的内部气压，是密封电池在充放电过程中产生的气体所致，主要受电池材料 、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶液 分解产生的气体于电池内聚集所致。高倍率的连续过充，会导致电池温度升高、内压增大，严重时对电池的性能及外观 产生破坏性影响，如漏液、鼓底，电池内阻增大，放电时间及循环寿命变短等。Li-ion 任何形式的过以都会导致电池性能受到严重破坏，甚至爆炸。帮Li-ion在充电过程中需 采用恒流恒压充电方式，避免对电池产生过充。 十三:为什么要化成？电池制造后，通过一定的充放电方式将其内部正负极物

16、质激活，改善电池的充放电 性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成，电池粉有经过化成后才能体现真实 性能。 十四:什么是分容？ 电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充 放电制度检测，并将电池按容量分类的过程称为分容。十五:锂离子蓄电池与镍/镉、镍/氢、铅酸蓄电池相比有哪些优点？比能量高，自放电率低，高低温性能好和充放电寿命长。 十六:何为电池的平均电压？电池放电时，从开始到放电终止时的电压平均值。 十七:何为电池的能量密度？指电池的单位体积所含的电能。 十八:何为电池的容量？指电池内的活性物质参加电化学反应所能放出的电能称为电池的容量 十九:何为电池的设计容量？根据电池内所含活性物质的量，从电化学理论计算电池的容量称为设计容量。 二十:何为电池额定容量？指电池经设计后，经电池制程过程的影响，电池所能达到容量称为额定容量 二十一:锂离子蓄电池型号与电池的那些特征有关？电池的外形长、宽、高及电池的容量。 二十二:影响锂离子电池循环性能的两个最重要的因素是什么？活性物