1、鋰電池培訓(xùn)課件鋰電池培訓(xùn)課件主要內(nèi)容概述鋰離子基礎(chǔ)知識(shí)鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域鋰離子電池的結(jié)構(gòu)&生產(chǎn)工藝鋰離子電池的性能PACK2主要內(nèi)容概述41.概述日本SONY公司在1991發(fā)布首個(gè)商用鋰離子電池。鋰離子電池自1991年問世以來，因其卓越的性能得到了迅猛的發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用于社會(huì)。鋰離子電池以其它電池所不可比擬的優(yōu)勢(shì)迅速占領(lǐng)了許多領(lǐng)域，像大家熟知的移動(dòng)電話、筆記本電腦、智能穿戴、3C數(shù)碼產(chǎn)品等的應(yīng)用表明，鋰離子電池是一種理想的小型綠色電源。31.概述日本SONY公司在1991發(fā)布首個(gè)商用鋰離子電池。52.鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí) 鋰離子電池是指Li+ 嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。正極：目前國內(nèi)采

2、用鈷酸鋰、三元、磷酸鐵鋰、錳酸鋰此四種材料為主，我司目前使用鈷酸鋰和三元為正極。負(fù)極：目前采用石墨（天然石墨、人造石墨）、硅碳、錫基等，我司目前使用人造石墨為負(fù)極。隔膜：材質(zhì)采用PP或PE，工藝有濕法和干法兩種，濕法工藝復(fù)雜成本高，我司目前使用濕法陶瓷隔膜。電解液：一般為LiPF6 ，有機(jī)溶劑一般為DMC、DEC、EMC、EC、PC，添加劑一般為VC、BP、PS。極耳：正極為鋁轉(zhuǎn)鎳，負(fù)極為鎳（厚度一般0.1mm)。42.鋰離子電池基礎(chǔ)知識(shí) 鋰離子電池是指Li+ 嵌入化合物為正5在充放電過程中，Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌。充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)

3、。放電時(shí)則相反。放電時(shí)鋰離子不能完全移向正極，必須保留一部分鋰離子在負(fù)極，以保證下次充電時(shí)的鋰離子暢通嵌入通道。否則，電池壽命就相當(dāng)短。為了保證碳層中放電后留有部分鋰離子，就要嚴(yán)格限制放電終止最低電壓，也就是鋰離子電池不能過放電。例如 LiCoO2 ，其放電終止最低電壓通常為3.0V/節(jié)，最低也不能低于2.7V/節(jié)；同時(shí)，最高充電終止應(yīng)為4.2V，不能過充，否則會(huì)因正極LiCoO2中的Li離子拿走太多時(shí)，造成所謂的晶型癱塌，而使電池表現(xiàn)出壽命終結(jié)狀態(tài)。由此可見，鋰離子充/放電控制精度要求相當(dāng)高，既不能過充，也不能過放。否則都將影響電池壽命，這是由鋰離子電池工作機(jī)理所決定的。7在充放電過程中，L

4、i+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌。鋰離子電池特點(diǎn)高能量密度高工作電壓 長循環(huán)壽命電化學(xué)特性穩(wěn)定荷電保持能力強(qiáng)無污染無記憶效應(yīng)6鋰離子電池特點(diǎn)高能量密度8常見電池的分類：一次電池（干電池）二次電池（充電電池或蓄電池）鉛酸電池鎘鎳電池鎳氫電池鋰離子電池液態(tài)鋰離子電池聚合物鋰離子電池電池常見電池的分類：一次電池（干電池）二次電池（充電電池或蓄電池常見可充電電池性能比較電池體系組成環(huán)保性能 電池電壓（V）能量密度充電循環(huán)負(fù)極電解液正極Wh/kgWh/L聚合物鋰離子電池碳LiPF6LiCoO2綠色環(huán)保3.7150-300400-650500鉛酸電池PbH2SO4PbO2鉛污染嚴(yán)重 2.030-5050

5、-80300-500鎳鎘電池CdKOHNiOOH鎘污染嚴(yán)重1.250-60130-150400-600鎳氫電池儲(chǔ)氫材料KOHNiOOH環(huán)保1.260-70190-200500備注常見可充電電池性能比較電池體系環(huán)保性能 電池能量密度充電循環(huán)9 正極材料是鋰離子電池中最為關(guān)鍵的原材料，直接決定了電池的安全性能和電池能否大型化，約占鋰離子電池電芯材料成本的70%左右。按正極材料分類，目前主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰四種鋰電池。正極材料鈷酸鋰鈷鎳錳酸鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰工作電壓3.7V3.7V3.8V3.2V電容率（mAh/g）150170110140循環(huán)壽命（次）5005003002000價(jià)

6、格高較高低較低安全性較低較低較好好應(yīng)用領(lǐng)域3C數(shù)碼電池3C數(shù)碼電池/小型動(dòng)力電池動(dòng)力電池/小電池動(dòng)力電池/超大容量電池11 正極材料是鋰離子電池中最為關(guān)鍵的原材料，直接決定了10 目前商業(yè)化的鋰離子電池中基本上選用層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰（LiCoO2）作為正極材料。其理論容量為 274mAh/g，實(shí)際容量為 150mAh/g 左右。 相比較而言，鈷酸鋰最大的問題是成本高（鈷價(jià)約 65萬元/噸，含鈷 60%的鈷酸鋰超過 50萬元/噸），能量密度高，體積小，是3C數(shù)碼產(chǎn)品的主選材料 。錳酸鋰電池高溫性能差、循環(huán)壽命差、能量密度低 。磷酸鐵鋰因?yàn)楦叻烹姽β省⒊杀镜停s1015 萬元/噸）、可快速充電且循環(huán)

7、壽命長（2000 次以上） ，在高溫高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高（300 度高溫以上才有安全隱患） ，具有很好的安全性能，目前是動(dòng)力汽車用鋰電正極材料的理想選擇。鈷鎳錳酸鋰，也就是三元材料，融合了鈷酸鋰和錳酸鋰的優(yōu)點(diǎn)，不論在小型低功率電池，還是在大功率動(dòng)力電池上都有應(yīng)用，但循環(huán)性能和高溫性能比鈷酸鋰差。12 目前商業(yè)化的鋰離子電池中基本上選用層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰（3.鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域11Li-ion Battery3.鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域13Li-ion Battery4.鋰離子電池主要材料.鋰電池的主要材料正極負(fù)極隔膜電解液極耳鋁塑膜膠帶保護(hù)板12正極粘結(jié)劑鋁箔正極粉料導(dǎo)電劑溶劑負(fù)極粘結(jié)劑鋁箔負(fù)極粉

8、料導(dǎo)電劑溶劑4.鋰離子電池主要材料.鋰電池的主要材料14正極粘結(jié)劑鋁箔正4.軟包裝鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖134.軟包裝鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖15鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極14正極基體：鋁箔（約0.0090.012mm厚)正極物質(zhì)：鈷酸鋰+碳黑+PVDF正極集流體：鋁帶（約0.1mm厚）鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極16正極基體：鋁箔（約0.0090.鋰離子電池結(jié)構(gòu)負(fù)極15負(fù)極基體：銅箔（約0.010mm厚)負(fù)極物質(zhì)：石墨+CMC+SBR負(fù)極集流體：鎳帶（約0.01mm厚）鋰離子電池結(jié)構(gòu)負(fù)極17負(fù)極基體：銅箔（約0.010mm厚鋰離子電池結(jié)構(gòu)隔膜16材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E（聚乙烯）或者 三層復(fù)合PP（聚丙烯） +PE+PP厚度：一般為

9、0.0070.020mm 鋰離子電池結(jié)構(gòu)隔膜18材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E（聚乙烯）或者鋰離子電池結(jié)構(gòu)電解液性質(zhì)： 無色透明液體，具有較強(qiáng)吸濕性，有腐蝕性。應(yīng)用： 主要用于可充電鋰離子電池的電解液，只能 在干燥環(huán)境下使用操作（如環(huán)境水分小于 200ppm的手套箱內(nèi)）。規(guī)格： 溶劑組成 DMC、EMC、EC、LiPF6質(zhì)量指標(biāo)： 密度（25）g/cm3 水分（卡爾費(fèi)休法） 游離酸（以HF計(jì)） 電導(dǎo)率（25） 17鋰離子電池結(jié)構(gòu)電解液性質(zhì)：194.1聚合物電池配料工藝流程正極稀漿處理正極篩漿料正極混干粉正極真空攪拌負(fù)極稀漿處理負(fù)極篩漿料負(fù)極混干粉負(fù)極真空攪拌正極涂布負(fù)極涂布正極負(fù)極4.1聚合物電池配料工藝流程

10、正極稀漿處理正極篩漿料正極混干粉聚合物電池涂布工藝流程19送 帶涂布正、負(fù)極漿料正、負(fù)極輥壓烘烤收帶聚合物電池涂布工藝流程21送 帶涂布正、負(fù)極漿料正、負(fù)極輥壓聚合物電池裁片、制片工藝流程20正極貼大片膠正極裁大片正極片分條負(fù)極裁大片負(fù)極貼膠負(fù)極片分條負(fù)極焊極耳正極焊極耳卷繞掃粉卷繞掃粉正極貼膠聚合物電池裁片、制片工藝流程22正極貼大片膠正極裁大片正極片聚合物電池卷繞、裝殼工藝流程卷繞護(hù)口入盒側(cè)封正、負(fù)極片配片隔膜壓芯測(cè)短路入鋁塑膜頂封壓角外觀檢查貼保護(hù)膜測(cè)短路抵抗卷芯外觀檢查烘烤聚合物電池卷繞、裝殼工藝流程卷繞護(hù)口入盒側(cè)封正、負(fù)極片配片隔聚合物電池注液、化成、成型工藝流程22高溫烘烤化成注液

11、二封夾具烘烤檢電壓切折燙檢電壓邊電壓檢測(cè)聚合物電池注液、化成、成型工藝流程24高溫烘烤化成注液二封夾聚合物電池分容、老化、檢測(cè)包裝工藝流程23分容高溫老化客戶全檢電壓內(nèi)阻靜置綜合測(cè)試全檢電壓噴碼pack高溫老化振動(dòng)外觀檢查尺寸外觀檢查包裝出貨檢驗(yàn)聚合物電池分容、老化、檢測(cè)包裝工藝流程25分容高溫老化客戶全5.鋰離子電池的性能常規(guī)性能： 容量 電壓 內(nèi)阻可靠性性能： 循環(huán)壽命 放電平臺(tái) 自放電 貯存性能 高低溫性能安全性能 過充 短路 重物沖擊 熱沖擊 跌落 擠壓245.鋰離子電池的性能常規(guī)性能：26容量電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為電池的容量，以符號(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安

12、時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）。電池的容量可以分為理論容量、額定容量、實(shí)際容量。理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計(jì)算而得的最高理論值。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，單位為Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。實(shí)際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為Ah，其值小于理論容量。額定容量也叫保證容量，是按國家或有關(guān)部門頒布的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。25容量電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為電池的容量，以符號(hào)電壓 開路電壓 電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱

13、為開路電壓。電池的開路電壓等于電池的正極的還原電極電勢(shì)與負(fù)極電極電勢(shì)之差。 工作電壓 工作電壓指電池接通負(fù)載后在放電過程中顯示的電壓，又稱放電電壓。在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。 電池在接通負(fù)載后，由于歐姆電阻和極化過電位的存在，電池的工作電壓低于開路電壓。26電壓 開路電壓28內(nèi)阻電流通過電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為電池的內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在放電過程中隨時(shí)間不斷變化，因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液濃度和溫度都在不斷地改變。電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化與濃差極化。內(nèi)阻的存在，使電池放電時(shí)的端電壓低于電池電動(dòng)勢(shì)和開路電壓，充電時(shí)端電壓高

14、于電動(dòng)勢(shì)和開路電壓。27內(nèi)阻電流通過電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為循環(huán)壽命電池在完全充電后，再完全放電叫1個(gè)循環(huán)，直到容量衰減為初始容量的80%，此時(shí)循環(huán)次數(shù)即為該電池之循環(huán)壽命。循環(huán)壽命與電池充放電條件有關(guān)。鋰離子電池室溫下1C充放電循環(huán)壽命可達(dá)500次（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），最高可達(dá)8002000次。28循環(huán)壽命電池在完全充電后，再完全放電叫1個(gè)循環(huán)，直到容量衰減放電平臺(tái)鋰離子電池完全充電后，放電至3.6V時(shí)的容量記為C1，放電至3.0V時(shí)的容量記為C0，C1/C0稱為該電池之放電平臺(tái)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1C放電平臺(tái)為70%以上，現(xiàn)在一般可以做到80%-85%。放電平臺(tái)對(duì)手機(jī)平板電腦電池使用

15、效果影響最大，關(guān)系到手機(jī)通話的聲音清晰度。29放電平臺(tái)鋰離子電池完全充電后，放電至3.6V時(shí)的容量記為C1自放電電池完全充電后，放置一個(gè)月。然后用1C放電至3.0V，其容量記為C2；電池初始容量記為C0；1-C2/C0即為該電池之月自放電率。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池月自放電率小于12%，現(xiàn)在一般為5%-8%。電池自放電與電池的放置性能有關(guān)，其大小和電池內(nèi)阻結(jié)構(gòu)和材料性能有關(guān)。30自放電電池完全充電后，放置一個(gè)月。然后用1C放電至3.0V，記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)是針對(duì)鎳鎘電池而言的，由于傳統(tǒng)工藝中負(fù)極為燒結(jié)式，鎘晶粒較粗，如果鎳鎘電池在它們被完全放電之前就重新充電，鎘晶粒容易聚集成塊而使電池放電時(shí)形成次級(jí)放電平臺(tái)。電池會(huì)儲(chǔ)存這一放電平臺(tái)并在下次循環(huán)中將其作為放電的終點(diǎn)，盡管電池本身的容量可以使電池放電到更低的平臺(tái)上。同樣在每一次使用中，任何一次不完全的放電都將加深這一效應(yīng)，使電池的容量變得更低。 要消除這種效應(yīng)，有兩種方法，一是采用小電流深度放電（如用0.1C放至0