锂离子/锂聚合物电芯介绍,课程纪要,培训时间：1小时 培训目的：了解电池工作原理 熟悉电芯基本构造 熟悉电芯安全性能评价 熟悉常见异常形成原因,课程大纲, 电池发展简史 常见电池介绍 电池工作原理 锂离子电芯与锂聚合物电芯区别 电芯基本构造 电池性能评价 常见异常原因介绍,电池发展简史（依电极材质）,燃料电池,锂电池,锂离子电池,锂聚合物电池,铅酸电池,铁镍电池,镍镉电池,镍氢电池,锂金属电池,1859年,1890年,1899年,1991年,常见电池介绍-镍氢电池,特点 电压1.01.4伏。 容量高，是同型号镍镉电池的1.5-2倍，适合长时间工作。 不含有害金属汞、镉、铅。 充电后期通过氧还原达到荷电量和电池内部气压自我平衡调解。 可大电流工作，充电1C，放电5C，高功率电池放电能力可达15C以上，充电3C。 循环充放电寿命500次以上。 自放电率18左右（20，充满电后放置30天），温度升高自放电增加。 电池形状有方形和圆柱形。 提示 不适合在65以上高温环境工作。 不适合恒电压浮充电。 大电流充电后期有高温高热现象。 长时间大电流过充电及过放电可能产生电池排气 （氢气、氧气）和碱液（KOH）泄漏现象。,常见电池介绍-镍镉电池,特点 电压1.0-1.4伏。 含有害金属镉。 充电后期通过氧还原达到自我平衡调解。 适合大电流工作，最大达30C（烧结工艺）以上放电能力。 循环充放电寿命500次以上。 自放电率18左右（20下，充满电后放置30天），温度升高自放电增加。 有记忆效应。 提示 不适合在70以上高温环境工作。 不适合恒电压浮充电。 大电流充电后期电池有高温高热现象。 长时间大电流过充电及过放电会产生电池排气（H2和O2）和碱液（KOH）泄漏现象。,常见电池介绍-锂离子电池,特点 工作电压2.754.2伏。 无记忆效应。 不含有害金属汞、镉、铅。 重量轻。 瓦时容量是镍氢电池的1.5倍。 需要过电压和欠电压保护，电压保护要通过外设电路控制。 循环充放电寿命500次以上。 自放电率6左右（20，充满电后放置30天），温度升高自放电增加。 电池形状有方形和圆柱形。 提示 不适合在60以上高温及20以下低温环境工作。 电池电压超过约4.7伏后有爆炸危险。 普通锂离子电池不适合大电流（2C以上）工作，特制电池最大工作电流可达10C。 锂离子电池组合加工及选用充电器应得到电池厂家的许可，或由专业电池厂家设计加工 明显膨胀变形的电池应立即停止使用。,常见电池介绍-锂聚合物电池,特点 工作电压2.754.2伏。 不含有害金属汞、镉、铅。 无记忆效应。 瓦时容量是镍氢电池的1.5倍。 放电电流最大2C，充电电流最大1C。 需要过电压和欠电压保护，电压保护通过外设电路控制。 循环充放电寿命500次以上。 自放电率5左右（20，充满电后放置30天），温度升高自放电增加。 电池采用高强度铝膜封装，可以做成任意形状，无流态电解液 提示 禁止用尖锐部件碰撞电池，禁止弯折顶封边、极片、电芯。 电池组合加工应由专业厂家进行，禁止拆解电池外包装。,锂离子电池工作原理,锂离子电池的工作原理,锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。 锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。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，到达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。 同样道理，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，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，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。 不难看出，在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极 负极 正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。所以，专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。,聚合物锂离子电池与液态锂离子电池的区别,根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)两大类。 液态锂离子电池和聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。一般正极使用LiCoO2，负极使用各种碳材料如石墨，同时使用铝、铜做集流体。 它们的主要区别在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。,锂离子电池的主要构成,（1）正 极-活性物质为氧化钴锂 （2）隔 膜-一种特殊的复合膜 （3）负 极-活性物质为碳 （4）有机电解液 （5）电池壳,方形锂离子电池构造,圆柱形锂离子电池构造,锂聚合物电池构造,锂聚合物电池构造,锂离子电池正极,LiCoO2(钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)(聚偏氟乙烯 )+集流体（铝箔）,锂离子电池负极,石墨+导电剂(乙炔黑)+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体（铜箔）,锂离子电池隔膜,锂离子电池电解液,性质： 无色透明液体，具有较强吸湿性。 应用： 主要用于可充电锂离子电池的电解液，只能在干燥环境下使用操作（如环境水分小于20ppm的手套箱内）。 规格： 溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6浓度 1mol/l 质量指标： 密度（25）g/cm3 1.230.03 水分（卡尔费休法） 20ppm 游离酸（以HF计） 50ppm 电导率（25） 10.40.5 mscm,锂离子电池外壳,我司目前所使用的电芯，外壳常见材质如下：,外壳,钢壳,铝壳,软包装,不锈钢,镁、铅铝合金,铝塑复合膜,电性能 安全性能,电池性能评价（以BAK383450/580MAH为例）,a容量 b内阻 c电压 d厚度 e自放电 f高低温性能 g循环性能 i. 充放电曲线,电性能, 容 量（BAK383450/580MAH） 容量=放电时间放电电流 标称容量：整批产品的集中分布点 最小容量：整批产品的容量最小值, 内 阻（BAK383450） R = Rf + R, 电 压 标称电压(工作电压): 3.7 V 充电最高电压: 4.2 V 放电截止电压: 2.75 V 最佳贮存电压: 3.8 0.1 V (45%60%容量荷电状态) 现行业出货电压: 3.8 3.9 V 过充电保护电压: 4.28V以下, 厚 度, 自放电性能, 温度特性 电芯低温放电容量大于80%（-20 、0.2C），高温放电容量大于90%（55 、1C）,60,0,-20,25,-10, 电池循环性能 1C满充电4.2V，1C放电2.75V，循环300周。, 充放电曲线图, 倍率放电性能 锂离子电芯最大放电电流可达3C倍率，1C放电时间大于60分钟 什么是1C/0.2C？ 例：BAK383450/580MAH电芯，依580mA的电流对其进行放电的容量既为1C容量 依650*0.2=116mA的电流对其进行放电的容量既为0.2C容量,0.2C,2C,1C,0.5C,3C,（一）机理 （二）措施 a短路性能 b过充电性能 c热冲击性能 d针刺 e自由跌落,安 全 性 能,电池不安全性的发生条件与机理,发生条件： 锂离子电池的安全性问题主要发生在电池的非常状态下。这些状态包括：异常充放电状态，如过充和短路；机械条件滥用：如冲击、穿刺、振动等；异常受热状态：如高温等。最危险的因素：过充、短路（含内部短路）和高温冲击。 发生机制： 由于电池内部温度过高，引发系列热放反应，导致电池内部热量的大量积累，结果造成电池内压急剧上升，发生爆炸、燃烧。,不安全行为的发生机制,A.当电压超过电解液的分解电压时（约4.5V)，造成电解液的氧化分解，并放出大量的热，引起电池温度的升高； B.短路时，电池的放电电流可达20C以上，过大的电流导致电池温度快速上升； C.热冲击直接导致电池温度过高 当电池温度达到阳极钝化层的分解温度时（约130），表面钝化膜开始分解，引发电解液同阳极LixC6放热反应，促使电池温度继续上升。当电池内部局部温度升高到约200时，阴极物质发生分解析氧，并继续同电解液发生剧烈反应，产生大量的热量并形成高内压。从而导致发生爆炸、燃烧等不安全行为。,1. 添加剂 原理:在电解液中加入聚合物单体分子，当充电电压超过限制时,电极表面发生聚合成膜，电氧化聚合反应封闭电极表面，阻断电池反应以防止不安全行为的发生；,提高电池安全性的措施：,a.空白溶液; b.添加后,2. 隔膜 PP/PE/PP 好于 PE 、PP；当电池受热时，内部隔膜中间层PE微孔先封闭，阻碍电流通过，从而起到安全作用； 3. 安全阀 安全阀的开启压力及灵敏度是影响电池安全性的重要因素，能在一定程度上减小爆炸的威力； 4. 结构设计 指电芯内部安全隔离措施，包括正负、极及隔膜宽度，固定限位片，负极极片两端贴胶，芯子贴胶等。,提高电池安全性的措施：, 外 短 路 电池满充电后，用电阻小于50 m的导体将正负极短路。, 过 充 电 电池在3C倍率、5V电压条件下过充电，电池不爆炸、不起火, 热 冲 击 电池满充电后，放入温箱以5 /min的速率升温至150，保温30min 。,电池鼓壳、发热， 不起火、不爆炸。, 针 刺 将电池固定在安全装置的夹具上，用直径2.5mm的钢钉用力打下，使电池完全穿透。,电池漏液、发热， 不起火、不爆炸。, 自 由 跌 落 X、Y、Z六个面在1000mm的高度上各跌落2次,常见异常及原因,1.容量低 产生原因： a. 附料量偏少； b. 极片两面附料量相差较大； c. 极片断裂； d. 电解液少； e. 电解液电导率低； f. 正极与负极配片未配好； g. 隔膜孔隙率小； h. 胶粘剂老化附料脱落； i.卷芯超厚（未烘干或电解液未渗透） j. 分容时未充满电； k. 正负极材料比容量小。,常见异常及原因,2.内阻高/不稳定 产生原因： a. 负极片与极耳虚焊； b. 正极片与极耳虚焊； c. 正极耳与盖帽虚焊； d. 负极耳与壳虚焊; e. 铆钉与压板接触内阻大； f. 正极未加导电剂； g. 电解液没有锂盐； h. 电池曾经发生短路； i. 隔膜纸孔隙率小。,常见异常及原因,3.电压低 产生原因： a. 副反应（电解液分解；正极有杂质；有水）； b. 未化成好（SEI膜未形成安全）； c. 客户的线路板漏电（指客户加工后送回的电芯）； d. 客户未按要求点焊（客户加工后的电芯）； e. 毛刺； f. 微短路； g. 负极产生枝晶。,常见异常及原因,4.超厚 产生超厚的原因有以下几点: a. 焊缝漏气; b. 电解液分解; c. 未烘干水分; d. 盖帽密封性差; e. 壳壁太厚; f. 壳太厚; g. 卷芯太厚(附料太多；极片未压实；隔膜太厚)。,常见异常及原因,5.爆炸 a. 分容柜有故障（造成过充）； b. 隔膜闭合效应差; c. 内部短路,常见异常及原因,