电芯基础知识培训-课件.ppt

1、电芯基础知识一、电芯分类1、以包装的方式分为三类：l钢壳喷码中以S（Steel）区分；l铝壳喷码中以Al区分；l软包装喷码中以P（Polymer）区分；2、以内部的物质不同分为两类：l锂离子电芯（液态锂离子电芯Li-ion）l锂聚合物电芯（Li-Polymer）3、以结构不同来分类l方形电芯l圆柱形电芯一、电芯分类4、液态锂离子与聚合物锂离子的区别 聚合物锂离子电池所用的正负极材料和液态锂离子电池都是相同的，工作原理也基本一致，主要区别在于电解质的不同，锂离子电池使用的是液态电解质，而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来替代，目前大部分采用聚合物胶体电解质。二、电芯的命名1、圆柱形的型号命名

2、由三个字母和五位数字组成。第一个字母表示电池采用的负极体系。字母I表示采用具有嵌入特性负极的锂离子电池体系，字母L表示金属锂负极体系或锂合金负极体系。第二个字母表示电极活性物质中占有最大重量比例的正极体系。字母C表示钴基正极，字母N表示镍基正极，字母M表示锰基正极，字母V表示钒基正极。第三个字母表示电池形状，字母R表示圆柱形电池。三个字母后的四位数字表示电池的直径、高度；当电池中至少有一个尺寸大于或等于100mm时，在直径和高度的数字之间应加“/”。二、电芯的命名示例1：ICR18650表示直径为18mm，高度为65mm，以钴基材料为正极的圆柱形锂离子电池；示例2：ICR20/1050表示直径

3、为20mm，高度为105mm，以钴基材料为正极的圆柱形锂离子电池；二、电芯的命名2、方形的型号命名方形锂电池的型号命名由三个字母和六位数字组成；其中第一、第二个字母的含义与圆柱形电池的一致，第三个字母以“P”表示电池的形状；三个字母后面的六位数字分别表示电池的厚度、宽度和高度；当其中至少有一个尺寸大于等于100mm时，需用“/”隔开，当其中至少有一个尺寸小于1mm时，取其整数表示该尺寸，并在该整数前添加字母t；二、电芯的命名示例1：ICP083448表示厚度为8mm，宽度为34mm，高度为48mm，以钴基材料为正极的方形锂离子电池；示例2：ICP08/34/150表示厚度为8mm，宽度为34m

4、m，高度为150mm，以钴基材料为正极的方形锂离子电池；示例3：ICPt73448表示厚度为0.7mm，宽度为34mm，高度为48mm，以钴基材料为正极的方形锂离子电池；三、电芯电化学反应机理1、正极构造LiCoO2(钴酸锂)+导电剂+粘合剂(PVDF)+集流体（铝箔）2、负极构造石墨+导电剂+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+集流体（铜箔）3、工作原理正极反应：LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi+xe-负极反应：C+xLi+xe-=CLix 3、电池总反应：LiCoO2+C=Li1-xCoO2+CLix 放电时发生上述反应的逆反应。三、电芯电化学反应机理三、电芯电化学反应机理 充电过

5、程中，正极活性物质LiCoO2失去Li，失去XLi后，其结构会发生变化，其稳定性取决于X的大小。当X0.5时，正极的钴酸锂结构变得极其不稳定，会发生晶型瘫塌，其外部表现为电芯的压倒终结。所以电芯在使用过程中应通过限制充电电压来控制X值，一般充电电压不大于4.2V，那么X就小于0.5，此时钴酸锂的晶型结构仍然是稳定的；负极C6本身是层状的结构，有许多微孔，充电过程中，Li原子便是储存在这些微孔当中；当放电时，负极的Li原子回到正极，但必须有一部分的Li留在负极C6中，以保证下次充放电时Li的正常嵌入；通常设置下限电压不小于2,75V，就可以保证有一部分Li留在负极中；放电过程中，回到正极的Li原

6、子数越多，则该电池的容量越大；四、电池结构1、主要由正极、负极、隔膜、电解液、外壳五金件组成2、正极的成分主要采用锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2 或LiXMnO2 为活性物质，以及导电剂、溶剂、粘合剂、基体 3、负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。活性物质（石墨、MCMB)粘合剂、溶剂、基体 4、隔膜（PP+PE）5、电解质为溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等有机溶液。6、外壳五金件（铝壳、盖板、极耳、绝缘片）四、电池结构隔膜的性能：需要有良好的化学、电化学、机械稳定性；隔膜在150下搁置至少要保持10分钟性能不变。隔膜需要一定的收缩率。四、电池结构一般负极的尺寸比正极大，负极的头部

7、和尾部都应比正极大，以能够完全包住正极片为标准，且负极的容量应比正极大；四、电池结构四、电池结构贴片上面的绝缘材料，在温度40至150摄氏度下应该具有稳定的化学性质，并且不脱胶；四、电池结构正极帽泄压阀电流中断装置正极贴片隔膜正极片负极片负极贴片PTC限流器垫片（垫圈）绝缘体外壳四、电池结构负极压力泄放口集电器盖板（密封板）绝缘板垫圈密封帽逆电流器隔膜正极片负极片入口外壳（正极）四、电池结构负极贴片正极贴片顶端绝缘体正极负极铝膜四、电池结构隔膜正极负极负极贴片贴片密封正极贴片顶部密封区条码可折叠边缘薄膜五、电池制造过程1、配料用专门的溶剂和粘结剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀

8、后，制成浆状的正负极物质；2、涂膜将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片；3、装配按正极片隔膜负极片隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，在经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池；4、化成、分容用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，筛选出合格的成品电池；六、电芯的基本性能1、电池内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力；电池内阻大，会导致电池放电工作电压低，放电时间缩短；内阻的大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响；内阻一般以充电态的内阻为标准；六、电芯的基本性能2、电池的容量电池的容量分额定容量和实际容

9、量；额定容量是指电池在环境温度为205条件下，以5h率放电至终止电压时所应提供的电量，用C5表示；实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响；影响电池容量的因素主要有两个方面：一是活性物质的重量；二是活性物质的利用率六、电芯的基本性能3、开路电压与工作电压开路电压是指电池在非工作状态下，即电路中无电流流过时，电池正负极之间的电势差；一般锂离子电池充满电后的开路电压为4.1至4.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右；工作电压又称端电压，是指电池在工作状态下，即电路中有电流流过时，电池正负极之间的电势差。电池在放电状态下，当电流流过电池内部时，需克服电池的内阻

10、所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压；电池的放电工作电压在3.6V左右；六、电芯的基本性能4、内压指电池内部气压，是密封电池在充放电过程中产生的气体所致，主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响，其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶剂分解产生的气体于电池内聚集所致；高倍率的连续过充，会导致电池温度升高、内压增大，严重时对电池的性能及外观产生破坏性影响，如漏液、鼓底；电池内阻增大，放电时间及循环寿命变短；任何形式的过充都会导致电池性能受到严重破坏，甚至爆炸。故其在充电过程中需采用恒流恒压充电方式，避免对电池产生过充；六、电芯的基本性能5、储存电池的储存性能是衡量电池综合性能稳定程度的一

11、个重要参数。电池经过一定时间的储存后，允许电池的容量及内阻有一定程度的变化。经过一段时间的储存，可以让内部各成分的电化学性能稳定下来，可以了解该电池的自放电性能的大小，以便保证电池的品质六、电芯的基本性能6、化成与分容化成：组装后的电池，被给予一定的电流，使得电池正负极活性物质被激发，最后使电池具有放电能力的电化学过程；电池只有经过化成后才能够用来作为电流使用；分容：电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电池按容量分类的过程；六、电芯的基本性能6、循环寿命 锂离子电池通过多次的充放电后容量会下降，其主要原因是正负极材料本身的变化，从分子层面

12、上看，正负极上容纳锂离子的微孔结构会逐渐塌陷、堵塞；从化学角度来看，是正负极材料活性钝化，出现副反应生成稳定的其他化合物；物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况。以上造成电池容量降低的各种情况，最终都是降低可以自由移动的锂离子数目。六、电芯的基本性能6、锂离子电池保护线路 锂离子电池至少需要三重保护过充电保护，过放电保护，短路保护；1）过充电保护：当外部充电器对其充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升，需终止充电状态。此时，保护IC需检测电池电压，当达到4.25V时（假设电池过充点位4.25V）即启动过充保护，将功率MOS由开转为切断，进而截止充电。过充的危害：过充可能导致漏液、变形、起火；在

13、恒压失效后随着充电的加深，电压达到一定程度（一般限值是6.0V）会引起爆炸；六、电芯的基本性能2）过放电保护：放电状态下，当电池两端的电压低于其过放电电压检测点（假定为2.5V）时将启动过放电保护，使功率 MOSFET 由开转为切断，进而截止放电，避免电池过放电现象产生，并将电池保持在低静电电流的待机模式，当锂电池接上充电器，且此时的电压高于过度放电电压时，过度放电保护功能方可解除；3）短路保护；六、电芯的基本性能7、充放电倍率与时率 充放电倍率是指在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。例如，电池的标准额定容量为600mAh为1C（

14、1倍率），300mAh则为0.5C，6A为10C，以此类推。时率又称小时率，是指电池以一定的电流放完其额定容量所需要的小时数。例如电池的额定容量为600mAh，以600mA的电流放完其额定容量需要1小时，故称600mA的电流为1小时率，以此类推；六、电芯的基本性能7、静态电阻与动态电阻 静态电阻，即放电时电池的内阻；动态电阻，即充电时电池的内阻；六、电芯的基本性能7、SEI膜 液态锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层，形成的钝化层能有效地阻止溶剂分子通过，却可以让Li+自由通过，具有固液电解质的特征，因此这层钝化膜被称为固体电解质界面膜（SEI膜）；SEI膜的影响：SEI膜的形成消耗了部分锂离子，使得首次充放电不可逆容量增加，降低了电极材料的充放电效率；另一方面，能够有效的阻止溶剂分子的共嵌入，避免溶剂分子的共嵌入对电极材料造成的破坏。