1、鋰離子電池電芯設計主要內容一、基礎材料介紹： 1正極材料，2負極材料，3電解液，4隔膜，5導電劑。二、電化學基礎： 1電池原理，2界面概念，3等效電路概念，4內阻的概念，5電化學原理的實際體現(xiàn)。三、極組卷芯設計： 1電極設計，2半電池及三電極測試在材料體系設計中的應用，3 N/P的影響，4極耳位置對于電池的影響，5極組卷芯不同形式，6安全設計基礎。一、基礎材料介紹正極材料鈷酸鋰材料充電約一半時鋰離子脫嵌（(x0.5)，構造上由六方晶體向單斜晶體轉化。隨著鋰脫嵌反應的進行氧的層間距擴大，當一半以上脫嵌時結構有破壞的趨勢。 為了減少鋰離子在材料內部鑲嵌與脫嵌時引起晶格的變化，以及改善循環(huán)性能和穩(wěn)定

2、性能等，材料中部分鈷用其他元素代替，如Ni、B、Al等。大粒徑、高結晶度對于鈷酸鋰材料的影響NCM三元材料錳酸鋰材料錳酸鋰失效機理結構不穩(wěn)定 Jahn-Teller distortionMn3+ 的溶解2Mn3+Mn2+Mn4+正極Mn3+Mn2+Mn2+Mn負極磷酸鐵鋰材料一、基礎材料負極材料 能較好的溶解電解質鹽，即有較高的介電常數(shù)； 應有較好的流動性，即低黏度； 對電池的其他組件應該是惰性的，尤其是充電狀態(tài)下的正、負極表面； 在很寬的溫度范圍內保持液態(tài)，熔點要低，沸點要高； 安全性要好，即閃點要高，無毒。一、基礎材料電解液鋰離子電池電解液特性要求電解液溶 劑鋰 鹽添加劑EC、PC、EMC

3、、DEC等LiPF6、LiClO4、LiBF4等防過充添加劑阻燃劑抑制氣體生成改善SEI膜性能控制水和酸含量鋰離子電池電解液組成示意圖溶劑種類閃點沸點熔 點EC16023837PC-242-49DMC16903DEC33127-43EMC23108-55組分EC/DECEC/DMCPC/DEC含量1:11:11:1分解電壓4.255.14.35電解液常用溶劑物性參數(shù)及不同配比的分解電壓鋰離子二次電池電解液常用添加劑防過充添加劑；阻燃劑；抑制氣體生成添加劑；改善電極SEI膜添加劑。放過充添加劑作用原理 過充時,添加劑發(fā)生聚合,形成的聚合物增大電池內阻，限制充電電流保護電池。典型實例:BP阻燃添加

4、劑作用原理 阻燃添加劑受熱時釋放出具有阻燃性能的自由基，其可以捕獲氣相中的氫自由基或氫氧自由基，從而阻止氫氧自由基的鏈式反應，使有機電解液的燃燒難以進行。抑制氣體生成添加劑 鋰離子電池在充電過程中，由于溶劑、電解質鋰鹽、雜質的還原分解會產生氣體，電池在過充時也會產生氣體，鋰離子電池在充放電循環(huán)過程中生成的氣體有CO2、CO、O2、CH4、C2H4、C3H6和C3H8。最主要的產物是CO2，是由于正極活性物質分解和痕量雜質的反應生成的 。 在電解液中加入一些添加劑如炔衍生物、硅樹脂、磺酸基化合物、氟化芳香化合物等可抑制氣體的生成。SEI膜形成原理及添加劑作用電子絕緣；較小的離子阻抗；一定的機械強

5、度；耐受電液、電極材料的腐蝕；阻止兩電極間的雜質的遷移；具有電液侵潤性；材料品質的穩(wěn)定性。一、基礎材料鋰離子電池隔膜鋰離子電池隔膜性能要求不同材質隔膜的DSC測試數(shù)據(jù)隔膜shutdown功能示意圖常用隔膜基本參數(shù)指標電池性能與隔膜選取之間的關系Super P；石墨類導電劑；纖維狀導電劑。一、基礎材料鋰離子電池導電劑二、電化學基礎電極設計： 正負極材料的選擇，導電劑比例，粘合劑比例，涂布量的設計。三、極組卷芯設計半電池及三電極體系的概念N/P的概念；極組卷芯的不同設計方式卷繞式；疊片式；另類方式。失效位置分析: 經(jīng)過分析，失效點基本鎖定在極組芯部，正極插入的位置附近。 負極片：失效點集中區(qū)域 在

6、之前moto的SCAR分析中，失效點基本集中在極組側面和極組芯部兩處。經(jīng)過對極組入殼半自動工藝的改進，極組入殼挫傷導致電池安全失效的不良在08年反饋中基本消失。但對極組芯部的失效所采取的措施較少。其中有12個SCAR反映了極組內部的問題。 在失效分析中，從負極銅箔的分析來看，基本上都是極組內部的區(qū)域出現(xiàn)事故。 這反應了我們目前對于極組內部的結構和工藝保護措施薄弱。1558/E121607/E141614/E1480961/E141559/E14/Al1562/E14 1579/E141575/E12 1599/E141569/E091589/E0997517安全問題改善措施和工藝改進 極組芯部

7、的安全失效原因為： 1. 涂敷突起影響極片性能 2. 極片不平整影響熱壓后隔膜性能 3. 正極片鋁箔剪切毛刺 4. 極片掉粉 對于第1和第2種失效，根據(jù)嚴重程度需要進行一定的充放電循環(huán)后才能導致電池出現(xiàn)著火或爆炸，目前無法通過早期檢測手段剔除出來(諸如Hipot，AC漏電儀或自放電篩選)。 安全問題改善措施和工藝改進 由于涂敷突起問題造成電池安全失效的事例在負極不齊頭的設計進行生產時, 發(fā)生電池在化成時的爆噴.在SCAR分析中,也出現(xiàn)了相同的事例短涂敷面長涂敷面安全問題改善措施和工藝改進 對于采用COMMA輥涂敷方式生產的極片,應關注涂敷起始和末端的突起的控制. 目前,公司工藝對于電極涂敷突起的規(guī)定如下:安全問題改善措施和工藝改進來自于：John Zhang的報告力神實驗結果 鋁箔剪切毛刺對電池安全性能的影響.是由于毛刺刺穿隔膜產生短路時,熱量使周遍隔膜收縮,從而造成鋁箔和負極涂敷區(qū)域的短路. 根據(jù)目前的資料和實驗結果來看，電池發(fā)生內部短路的情況下。鋁箔與負極涂敷區(qū)域之間的短路最嚴重。安全問題改善措施和工藝改進 根據(jù)分析結果，要避免電池在發(fā)生內部短路的情況下出現(xiàn)著火或爆炸,應盡量避免產生鋁箔和負極活性物質之間的接觸短路。極組展開圖如下：AnodeSepCathode鋁箔與負極活性物質可能接觸點鋁箔與負極活性物質可能接觸點安全問題改善措施和工藝改進 根據(jù)Benchmark和現(xiàn)有的電