電芯成組基礎(chǔ)性能知識(shí)***電池有限公司電芯研究所201*年03月11日內(nèi)容綱要三鋰電池分類及應(yīng)用電芯性能參數(shù)電芯制作工藝流程電芯異常分析二四五六電池發(fā)展概述一鋰電池原理及結(jié)構(gòu)***電池優(yōu)勢(shì)七1、電池發(fā)展概述1800年Vote伏打電堆1859年法國(guó)Plante鉛酸蓄電池丹尼爾電池英國(guó)Daniel1835年鋅錳電池法國(guó)Leclanche1866年1899年瑞典Jungner鎳鎘電池堿性電池Urry1950年1990年索尼公司鋰離子電池1.1、電池的概念電池定義：電池是指能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，通過(guò)電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)向外部提供直流電能。1、電池發(fā)展概述1.2、電池的發(fā)展1、電池發(fā)展概述1.3、電池的分類1、電池發(fā)展概述1.4、電池的性能對(duì)比電池種類鎳鎘電池鎳氫電池鉛酸電池鋰離子電池重量能量密度（Wh/kg）45-8060-12030-50110-160循環(huán)壽命（至初始容量80%）1500300-500200-300500-2000單體額定電壓(V)1.251.2523.2-3.8過(guò)充承受能力中等低高非常低月自放電率（室溫）20%30%5%10%2、鋰電池分類及應(yīng)用2.1、鋰離子電池概念鋰離子電池的定義：以碳為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極；在充放電過(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池名稱的由來(lái)。Li-MnO2電池，鋰亞硫酰氯電池鋰金屬負(fù)極，未實(shí)現(xiàn)商品化石墨負(fù)極，實(shí)現(xiàn)商品化20世紀(jì)70年代鋰一次電池20世紀(jì)70年代鋰金屬二次電池1991年索尼公司鋰離子電池1995年聚合物鋰離子電池聚合物電解質(zhì)，1999年商品化發(fā)展歷程：2、鋰電池分類及應(yīng)用2.2、鋰離子電池特點(diǎn)2、鋰電池分類及應(yīng)用2.3、鋰電池分類—形狀圓柱型鋰離子電池紐扣型鋰離子電池方型鋰離子電池薄膜型鋰離子電池2、鋰電池分類及應(yīng)用2.3、鋰電池分類—包裝鋼殼鋁殼鋁塑膜塑膠殼2、鋰電池分類及應(yīng)用2.3、鋰電池分類—工藝卷繞式鋰離子電池疊片式鋰離子電池2、鋰電池分類及應(yīng)用2.3、鋰電池分類—材料正極材料鈦酸鋰鎳鈷錳鋰(三元鋰)鈷酸鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰標(biāo)稱電壓1.5V3.6V3.7V3.8V3.2V質(zhì)量比能量45-55wh/kg170wh/kg150-160wh/kg100wh/kg100-140wh/kg循環(huán)壽命/次＞9000>1000>300>500>2000安全性優(yōu)秀較好差良好優(yōu)秀工作溫度范圍-30-60℃-20-55℃-20-55℃-20-55℃-20-70℃倍率放電性能≤10C≤5C≤100C≤10C≤10C材料降價(jià)可能性有一定空間有一定空間不大/有限不大/有限有很大空間未來(lái)價(jià)格(不含電子)5-8元/Wh1.0-1.8元/Wh1.2~1.8元/Wh0.6-0.85元/Wh0.45-0.65元/Wh優(yōu)點(diǎn)循環(huán)性能好，穩(wěn)定性高，可快速充電高溫穩(wěn)定性好，抗電介質(zhì)腐蝕性好綜合電性能好，克容量高錳資源豐富，容易制備，安全性好高穩(wěn)定性，安全可靠，循環(huán)性能好，高溫性能優(yōu)異，低溫-20℃可正常工作缺點(diǎn)放電電壓平臺(tái)低，能量密度較低，價(jià)格昂貴充放電時(shí)材料晶格已發(fā)生畸變，循環(huán)性能差安全性差、成本高材料抗溶解性低，深度充放電已發(fā)生晶格畸變，造成電池容量的迅速衰竭導(dǎo)電性一般，振實(shí)密度低綜合性價(jià)比低一般一般低高2、鋰電池分類及應(yīng)用2.4、鋰電池應(yīng)用—?jiǎng)恿τ糜趧?dòng)力汽車電池2、鋰電池分類及應(yīng)用2.4、鋰電池應(yīng)用—儲(chǔ)能A123開發(fā)的2MW的H-APU儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)被AES采用鋰電儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)電動(dòng)勢(shì)和比能量較高儲(chǔ)能密度：100-300Wh/L循環(huán)壽命：2000-5000

（80%DOD）轉(zhuǎn)換效率：90-98%響應(yīng)速度：ms級(jí)2、鋰電池分類及應(yīng)用2.4、鋰電池應(yīng)用—移動(dòng)電源UPS電源便攜式儲(chǔ)能電源3、鋰電池原理及結(jié)構(gòu)3.1、鋰電池工作原理鋰離子電池反應(yīng)的基本原理鋰離子電池工作原理圖

在鋰離子電池的充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就在搖椅兩端來(lái)回運(yùn)動(dòng)。人們把這種電化學(xué)儲(chǔ)能體系形象地稱為“搖椅式電池”。3、鋰電池原理及結(jié)構(gòu)3.2、鋰電池結(jié)構(gòu)組成電解液隔膜包裝膜電極端子LiCoO2,LiFePO4等,提供鋰離子石墨,鋰離子倉(cāng)庫(kù)PP或PE,防止陰陽(yáng)極短路,離子導(dǎo)通,電子緣軟包裝,硬殼,提供良好的電化學(xué)環(huán)境碳酸酯+LiPF6,鋰離子傳輸通道Ni(Cu)、Al,電子通道,連接外電路正極負(fù)極鋰離子電池六要素3、鋰電池原理及結(jié)構(gòu)3.2、鋰電池結(jié)構(gòu)組成—正極正極基體：鋁箔（約0.018mm厚)正極物質(zhì)：LiFePO4+SP+KS-6+PVDF正極集流體：鋁帶（約0.1mm厚）3、鋰電池原理及結(jié)構(gòu)3.2、鋰電池結(jié)構(gòu)組成—負(fù)極石墨的分類：人造石墨、天然石墨、中間相碳微球、軟碳、硬碳、碳纖維負(fù)極基體：銅箔（約0.009mm厚)負(fù)極物質(zhì)：石墨+SP+CMC+SBR負(fù)極集流體：鎳帶（約0.07mm厚）3、鋰電池原理及結(jié)構(gòu)3.2、鋰電池結(jié)構(gòu)組成—隔膜材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E（聚乙烯）或者三層復(fù)合PP（聚丙烯）

+PE+PP厚度：?jiǎn)螌右话銥?.016～0.020mm

三層一般為0.020～0.025mm1.使電池的正，負(fù)極分隔開來(lái),防止短路；2.吸附電池中電解液，確保高的離子電導(dǎo)率；3.有的還能防止對(duì)電池反應(yīng)有害的物質(zhì)在電極間遷移；4.保證在電池發(fā)生異常時(shí)使電池反應(yīng)停止，提高電池的安全性能。隔膜的作用：3、鋰電池原理及結(jié)構(gòu)3.2、鋰電池結(jié)構(gòu)組成—電解液性質(zhì)：無(wú)色透明液體，具有較強(qiáng)吸濕性。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20ppm的手套箱內(nèi)）。規(guī)格：

溶劑組成DMC:EMC:EC=1:1:1LiPF6濃度1.0~1.2mol/l質(zhì)量指標(biāo)：密度（25℃）g/cm31.23±0.03

水分（卡爾費(fèi)休法）≤20ppm

游離酸（以HF計(jì)）≤50ppm

電導(dǎo)率（25℃）10.4±0.5ms/cm3、鋰電池原理及結(jié)構(gòu)3.3、鋰電池結(jié)構(gòu)—示意圖負(fù)極極耳安全閥限流開關(guān)

隔膜正極蓋帽密封圈正極墊片鋼殼負(fù)極墊片正極片負(fù)極片正極極耳安全氣囊4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝攪拌物料涂布分條焊接貼膠卷繞入殼滾槽注液后封口化成/分容冷壓4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝—打漿NMP5130NMPLFP膠水LFP漿SP+KS-6導(dǎo)電膠正極漿關(guān)鍵工藝參數(shù)：固含量

轉(zhuǎn)速

打漿時(shí)間4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝—涂布關(guān)鍵工藝參數(shù)：涂布速度

面密度

烘烤溫度4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝—對(duì)輥關(guān)鍵工藝參數(shù)：壓實(shí)密度

壓實(shí)厚度4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝—裁片關(guān)鍵工藝參數(shù)：極片長(zhǎng)度

極片寬度4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝—焊極耳超聲波金屬點(diǎn)焊機(jī)關(guān)鍵工藝參數(shù)：焊接強(qiáng)度

焊接面積4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝—卷繞關(guān)鍵工藝參數(shù)：卷繞速度

隔膜張力4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝—滾槽關(guān)鍵工藝參數(shù)：槽高

總高

擴(kuò)口4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝—烘烤關(guān)鍵工藝參數(shù)：烘烤溫度

烘烤時(shí)間

真空度

水含量4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝—注液關(guān)鍵工藝參數(shù)：注液量

真空度

真空時(shí)間4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝—注液關(guān)鍵工藝參數(shù)：封口總高

封口肩高

拉斷壓力

開啟壓力4、電芯制作工藝流程4.1、鋰電池制作工藝—注液關(guān)鍵工藝參數(shù)：化成：0.05C恒流充120min0.15C恒流充300min高溫老化：45℃3天分容：1C放至2.0V1C充至3.65V3.65V充至0.03C1C放至2.0V

循環(huán)2次，結(jié)束5、電芯性能參數(shù)5.1、電芯性能參數(shù)電池內(nèi)阻

電池內(nèi)阻：電池在工作時(shí)，電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力。有歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻兩部分組成。電池內(nèi)阻值大，會(huì)導(dǎo)致電池放電工作電壓降低，放電時(shí)間縮短。內(nèi)阻大小主要受電池的材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素的影響。電池容量

實(shí)際容量：電池在一定的放電條件下所放出的實(shí)際電量，主要受放電倍率和溫度的影響(故嚴(yán)格來(lái)講，電池容量應(yīng)指明充放電條件)。

額定容量：電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的電量。電池電壓開路電壓：電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓。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(guò)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。5、電芯性能參數(shù)5.1、電芯性能參數(shù)放電平臺(tái)時(shí)間

放電平臺(tái)時(shí)間：放電平臺(tái)時(shí)間是指在電池滿電情況下放電至某電壓的放電時(shí)間。比能量(能量密度)

比能量(能量密度)：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積的電池所給出的能量，稱為質(zhì)量比能量或體積比能量，也稱能量密度。循環(huán)壽命

循環(huán)壽命：電池循環(huán)壽命是指電池容量下降到某一規(guī)定的值時(shí)，電池在某一充放電制度下所經(jīng)歷的充放電次數(shù)。5、電芯性能參數(shù)5.1、電芯性能參數(shù)充放電倍率

充放電倍率：充放電倍率是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值，1C在數(shù)值上等于電池額定容量，通常以字母C表示。自放電率

自放電率：自放電率又稱荷電保持能力，是指電池在開路狀態(tài)下，電池所儲(chǔ)存的電量在一定條件下的保持能力。主要受電池的制造工藝、材料、儲(chǔ)存條件等因素的影響。充電效率和放電效率

充電效率：電池在充電過(guò)程中所消耗的電能轉(zhuǎn)化成電池所能儲(chǔ)存的化學(xué)能程度的量度。主要受電池工藝，配方及電池的工作環(huán)境溫度影響，一般環(huán)境溫度越高，則充電效率要低。

放電效率：在一定的放電條件下放電至終點(diǎn)電壓所放出的實(shí)際電量與電池的額定容量之比，主要受放電倍率，環(huán)境溫度，內(nèi)阻等因素影響，一般情況下，放電倍率越高，則放電效率越低。溫度越低，放電效率越低。5、電芯性能參數(shù)5.2、電芯性能—能量密度(LFP)5、電芯性能參數(shù)5.2、電芯性能—能量密度(NCM)5、電芯性能參數(shù)5.2、電芯性能—循環(huán)5、電芯性能參數(shù)5.2、電芯性能—高低溫5、電芯性能參數(shù)5.2、電芯性能—倍率6、電芯異常分析6.1、電芯異?！腿輆.附料量偏少；b.極片兩面附料量相差較大；c.極片斷裂；d.電解液少；e.電解液電導(dǎo)率低；f.正極與負(fù)極配片未配好；g.隔膜孔隙率?。籬.膠粘劑老化→附料脫落；i.卷芯未烘干或電解液未滲透；j.分容時(shí)未充滿電；k.正負(fù)極材料比容量小。6、電芯異常分析6.1、電芯異常—高內(nèi)阻⑴、正極配料導(dǎo)電劑過(guò)少（材料與材料之間導(dǎo)電性不好，因?yàn)殇団挶旧淼膶?dǎo)電性非常差）。⑵、正極配料粘結(jié)劑過(guò)多（粘結(jié)劑一般都是高分子材料，絕緣性能較強(qiáng)）。⑶、負(fù)極配料粘結(jié)劑過(guò)多（粘結(jié)劑一般都是高分子材料，絕緣性能較強(qiáng)）。⑷、配料分散不均勻。⑸、配料時(shí)粘結(jié)劑溶劑不完全。⑹、涂布拉漿面密度設(shè)計(jì)過(guò)大。⑺、壓實(shí)密度太大，輥壓過(guò)實(shí)。⑻、正極耳焊接不牢，出現(xiàn)虛焊接。⑼、負(fù)極耳焊接或鉚接不牢，出現(xiàn)虛焊，脫焊。⑽、卷繞不緊，卷芯松弛。⑾、正極耳與殼體焊接不牢固。⑿、負(fù)極極耳與極柱焊接不牢。⒀、電池烘烤溫度過(guò)高，隔膜收縮。⒁、注液量過(guò)少⒂、注液后擱置時(shí)間太