锂离子电池全面深度培训

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1、王图强大纲提要电池定义及分类 锂离子电池反应原理 锂离子电池所用原材料及指标 锂离子电池设计及结构 锂离子电池工艺流程及控制 锂离子电池生产设备 锂离子电池主要性能指标 动力锂离子电池展望锂电池的分类按电解质材料来分：液态锂电池(lithium ion battery, 简称为LIB)聚合物锂电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)解说：聚合物锂电池所用的正负极材料与液态锂都是相同 的，电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电 解质的不同, 液态锂电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂 电池则以固体聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干 态”的,也

2、可以是“胶态”的。锂电池的分类聚合物锂电池分类 固体聚合物电解质锂电池。电解质为聚合物与盐的混合物，这种电池在常温下 的离子电导率低，适于高温使用。 凝胶聚合物电解质锂电池。即在固体聚合物电解质中加入增塑剂等添加剂， 从而提高离子电导率，使电池可在常温下使用。聚合物正极材料的锂电池。采用导电聚合物作为正极材料，其比容量相 对增加，是最新一代的锂电池。锂电池的分类聚合物锂电池 锂聚合物电池（Li-polymer，又称高分子锂电池）是电池 行业中技术含量最高，最新的品种，以钴酸锂材料为正极， 碳材料为负极，电解质采用固态或凝胶态有机导电膜组成， 并采用铝塑膜做外包装的最新一代可充锂离子电池。它是液

3、态离电池的更新换代产品，不仅具有液态锂离子 电池的高电压、长循环寿命、放电电压平稳以及清洁无污染 等特点；而且消除了液态锂离子电池存在的爆炸的安全隐患 ，具有更高的能量密度；同时外形更灵活、方便，重量轻巧 ；产品性能均达到或超过液态锂离子的技术指标，更具有安 全性，在形状上，锂聚合物电池具有超薄化特征，可以配合各 种产品的需要，制作成任何形状与容量的电池。该类电池可以达到的最小厚度可达0.5mm。 它的标称电压与Li-ion一样也是3.6或3.7V,没有记忆效应。锂电池的分类聚合物锂电池原理锂电池的分类聚合物锂电池隔膜热压聚合高分子电解液 隔膜 铜箔铝箔 负极粉高分子Ultrasep工作原理隔

4、膜基体正极粉锂电池的分类 聚合物锂电池隔膜锂电池的分类锂聚合物电池特点相对于锂离子电池，锂聚合物电池的特点如下： 1. 无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解 液,使用胶态的固体。 2. 可制成薄型电池：以3.6V400mAh的容量， 其厚度可薄至0.5mm。 3. 电池可设计成多种形状。 4. 电池可弯曲变形：高分子电池最大可弯曲90 左右。 5. 可制成单颗高电压：液态电解质的电池仅能 以数颗电池串联得到高电压,而高分子电池由于本 身无液体，可在单颗内做成多层组合来达到高电 压。 6. 容量将比同样大小的锂离子电池高出20%。锂电池的分类聚合物电池的发展趋势聚合物锂离子电池在全球技术成熟并

5、商业化已经2年 多时间了，虽然销量在快速增长，但其市场份额尚低于 10%，与液态锂电90%的市场份额无法相比，大大低于人 们的预期。由于各种原因，目前市场上聚合物的价格普 遍要高于液态锂电，但是，由于移动电器的竞争模式正 在悄悄地发生变化，特别是聚合物电池给移动电器带来 的一些改变（如4mm厚度以下的优越性能、大型规格电 池），聚合物电池正被越来越多的手机、移动DVD等设 计人员所认识，所以聚合物厂商还是有一些信心。目前 以手机为例有以下几个发展趋势： 锂电池的分类聚合物电池的发展趋势 (1) 手机本身向小型化、薄化方向发展，以方便消费者的携带； (2) 手机设计的个性化，表现在设计理念已经不

6、再是原来方方正正的形 状，不规则形状、曲线、弧面设计造型成为手机设计美学化的主流 ； (3) 使用智能、手机功能的不断增加。为了使手机小型化，电池减小、 减薄是一个最有效的途径。4mm以下厚度电池有成为薄型手机配置 的主流趋势，从性价比来讲，这是聚合物的特长。不规则形状、曲 线、弧面设计造型的手机给电池留下的有效空间变成了不规则形状 。液态的长方型不能有效利用空间，容量较低，而叠片式聚合物可 以将这种不规则空间最有效地利用起来，使容量放大。最近TCL金能公司推出的圆弧型电池、梯形电池、背包电池能 使手机比使用相应规格的液态电池容量增加20%以上。手机功能越 来越多，导致耗电越来越多。要求电池容

7、量相应地增加。在不增加 电池厚度的情况下，聚合电池是有明显优势的。与此相似，笔记本 电脑、蓝牙耳机、小灵通手机、移动DVD等电器都在向移动、便携 化方向发展，都配上了液晶显示，而且功能在不断增多，液晶屏幕 在不断增大。这些都给聚合物锂离子电池提供了一些机会。 锂电池的分类聚合物锂电生产企业第一等： 日本索尼（福岛工厂优于无锡工厂，主要是蓝牙耳机，索尼绝 对是NO.1, 30万/天，涂抹式的聚合物）第二等： 韩国三星，ATL新能源， 韩国LG，韩国SKC，日本三洋，天津力 神。（力神，已给MOTOROLA出货；三星SDI，LG，SKC在韩国市场的三巨头， 给自家的手机配套居多。）第三等：广东 精

8、进，深圳邦凯英赛尔，苏州全友，韩国KOKAM(吉赛能)， 深圳量威，江苏徐州锂新（精进在韩国，台湾很有名，给三星，创新科技，富光辉等MP3厂出货；英 赛尔是邦凯的品牌，已成为TDI的正式供应商，另一家是力神。全友基本 上只做美国市场，已给苹果I-POD供货。吉赛能主要给科健出货，自动化 设备；量威等三家台湾厂主要做台湾市场，自动化设备）第四等： 南都，万马，飞力特，宝龙，BYD，光宇（BYD与光宇在液态锂离子电池市场呼风唤雨，可锂聚合物（软包装）做的 是在不怎么样。万马等目前靠价位抢单，品质一般）第五等： 北京中晟，力多威，国光等锂电池的分类按充电方式可分为：不可充电的锂电池不可充电的电池称为

9、一次性锂电池，它只能将 化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回 化学能（或者还原性能极差）。 可充电的锂电池。而可充电的电池称为二次性电池（也称为蓄 电池）。它能将电能转变成化学能储存起来，在 使用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的。锂电池的分类不可充电的锂电池分类锂二氧化锰电池-简称锂锰电池锂亚硫酰氯电池-简称锂亚电池锂和其它化合物电池。 锂电池的分类锂锰电池简介锂锰电池：全称锂-二氧化锰电池（Lithium- manganese dioxide、Li-MnO2)。锂锰原电池是用锂 金属作为负极(阴极)和二氧化锰为正极(阳极)，与锂 盐溶解在有机溶剂中。小型锂电池是很常用的，便携式电子

10、设备，如掌 上电脑，手表，摄像机，数码相机，温度计，计算器，笔记本电脑的BIOS，通讯设备，遥控车门锁。 他们有许多形状和大小，与常见的品种，3伏的“硬 币”型锰品种，一般直径为20毫米和1.64毫米厚。 许多这些设备的重型电力需求，使锂离子电池的一 个特别有吸引力的选择。锂电池，特别是可以很容 易地支持短暂的，沉重的设备，如数码相机目前的 需求，和他们保持一个较长的时间比碱性电池的电 压较高。 锂电池的分类锂-二氧化锰电池的工作原理 锂-二氧化锰电池以经过特殊工艺处理的金属锂为负极活性 物质，以高电位、高比能量的二氧化锰为正极活性物质，电 解液采用导电性能良好的有机电解质溶液，电池结构有全密

11、 封和半密封两种组成形式。当然，全密封的安全性和保存期 都要比半密封的好一些。 电解质是无机盐高氯酸锂（LiClO4），溶于碳酸丙烯酯（ PC）和1、2-二甲氧基乙烷（DME）的混合有机溶剂中，其化 学反应方程式为： 电池负极反应：Li Li+ + e 正极反应：MnO2 + Li+ + eMnO2（Li+）总反应：Li + MnO2 MnO2 （Li+） 锂电池的分类锂-二氧化锰电池的工作原理锂-二氧化锰电池的反应机理不同于一般电池，在非水有 机溶剂中，负极锂溶解下的锂离子通过电解质迁移进入到 MnO2的晶格中，生成MnO2（Li+）。Mn由+4价还原为+3价 ，其晶体结构不发生变化。 锂，

12、原子序数3，位于元素周期表第一主组的第一位，在 已知的金属中原子量最轻（6.94），电极电位最负（-3.045V ），元素名来源于希腊文，原意是“石头”。1817年由瑞典科 学家阿弗韦聪在分析透锂长石矿时发现。由于其电位最负， 与适当的正极材料匹配构成的电池具有优越的电性能。锂-二 氧化锰电池是锂系列一次电池中价格最低、安全性最好的电 池品种。开路电压在3.3V左右，负载电压在2.8V，标称电压 为3.0V，截止电压是2.0V，放电电压比较平稳，适合大功率 放电。 锂电池的分类锂-二氧化锰电池的特点 价格比较低廉正极活性物质二氧化锰采用电解二氧化锰，是锂电池正极活 性物质中比较廉价的一种，可以

13、大量推广应用； 电池电性能优良：其比能量是干电池的510倍（约230Wh/kg或500Wh/L），负 荷电压为2.8V，放电电压比较平稳。可以在-40+50范围内工 作 电池贮存寿命长：在常温条件下电池贮存寿命超过10年，年容降约1%； 电池安全可靠：电池在贮存和放电过程中无气体析出，安全性好； 电池品种繁多：电池包括扣式、柱式、矩形三大类，每类都还有尺寸和结构各 异的电池，容量从几十毫安时到上百安时不等。所以可以满足 多种应用的要求。锂电池的分类锂-二氧化锰电池的不同分类按照不同外形来分，可以分为三种： 纽扣形(扣式) 其中CR-表示圆柱形锂二氧化锰电池 后四位数字中前两位为电池的直径尺寸

14、后两位为带小数点的高度尺寸。例如，CR2032的直径为 20.0mm(不包括小数点后的数)，其高度为3.2mm，这种型号表 示方法是国际通用的, 这款电池容量预计在220mAh.二氧化锰片对着锂圆盘负极，中间用非编织聚丙烯隔膜隔 开，隔膜侵透了电解质。电池采用卷边压缩密封。电池壳体用 作正极端子，而盖子用作负极端子。这种钱币式电池保持寿命 是3年。 锂电池的分类锂锰-纽扣形(扣式)电池结构图锂电池的分类锂-二氧化锰电池的不同分类圆柱形其中CR-表示圆柱形锂二氧化锰电池 后五位数字中前两位为电池的直径尺寸 后三位表示带一位小数的高度 。例如，CR17505的直径为17mm，其高度 为50.5mm

15、，这种型号表示方法是国际通用的, 这款电池容量预计在2400mAh（ 镍氢里面的A型）这种设计专门用于高电流脉冲应用和连续高电流放电的场合。锂负极和 正极（在导电网上的薄型、涂膏式电极）与配置在两个电极间的微孔聚丙烯隔膜以前卷绕成“胶卷”状结构。采用该设计使电极表面积增大，从而提高了电池 的放电率能力。 高电流卷绕式结构电池带有一个安全阀，可以在电池遇到滥用事件时释放 压力，许多这种电池也装有可恢复的正温度系数（PTC）器件，能够限制电流 和防止因短路造成的事故发生。 锂电池的分类锂锰-圆形电池结构图锂电池的分类锂-二氧化锰电池的不同分类长方形-也叫9V电池组 Li/MnO2体系已经设计成9V

16、电池组，其容量为1200mAh，特别适 用于烟雾报警器，可以使用十年。还有一种容量为800mAh，结构符 合ANSI1604标准，可以与同尺寸传统锌电池进行互换，该电池组由 三只方形单体电池构成（此为容量1200mAh），电极设计充分利用 了内部空间（另外一种是有3只圆柱1/2AA组成，容量为800mAh）。 ABLE电池组外壳采用了一个超声波焊接密封的塑料盒，上述电池组外壳采用超声波焊接密封的不锈钢。 锂电池的分类锂锰-方形电池结构图锂电池的分类锂亚硫酰氯电池锂-亚硫酰氯它的额定电压是 3.6v，以中等电流放电时 具有极其平坦的 3.4v 放电特性（可在 90容量范围内平坦 地放电，保持不大的变化）。电池可以在4085范 围内工作，但在40时的容量约为常温容量的 50。自 放电率低（年自放电率1）、储存寿命长达 10 年以上。 锂亚硫酰氯电池在所有的电池中，属于一种很有特色的品种 。正极材料是亚硫酰氯（