1、山东派氪电子科技有限公司 锂离子电池基础知识锂离子电池基础知识 锂离子电池基础知识锂离子电池基础知识1.锂离子电池研究与发展2.锂离子电池的结构3.锂离子电池工作原理4.锂离子电池的特性5.锂离子电池的命名6.锂离子电池不良项目及成因 一一.锂离子电池的研究与发展锂离子电池的研究与发展 锂离子电池是在1990年由日本索尼公司宣布开发研制成功的，并在一年内推向市场。由于锂离子电池拥有高电压、高重量比能量和体积比能量等卓越的性能，经过短短二十几年的发展，已经成为市场中的主流。 二二.锂离子电池的结构锂离子电池的结构l 锂离子电池的结构与其他电池电池一样，均是由正极、负极、隔膜、电解液、外壳等五部分
2、组成。对于圆柱型锂离子电池（机械封口18650S）而言，电池内部还具有PTC安全装置（国内倍率5C以上一般不加PTC）。2.1正极正极正极极片由基体材料和活性物质组成。正极极片由基体材料和活性物质组成。目前大部分厂家均采用铝箔作为正极基体材料，因为铝在非水电解液中能形成表面钝化膜，耐腐蚀性能较好。活性物质可选用钴酸锂、镍酸锂、尖晶石型锂锰氧化物（小型软包：钴酸锂，动力电池：三元，倍率：三元三元+锰酸锂锰酸锂）等含有Li+的化合物，从可逆充放电容量、充放电效率、电压的平坦性等方面来比较，钴酸锂最有优势。因此，目前锂离子电池正极活性物质一般采用钴酸锂。活性物质活性物质+导电剂导电剂+粘合剂粘合剂+
3、集流体集流体2.1.1钴酸锂钴酸锂钴酸锂有开路电压高，放电平稳，比能量大，能高速放电，循环性能好等特点，具有较好的应用前景，现主要用于小型软包电池上。但是由于Co资源有限，价格昂贵，生产成本高以及污染等缺点。2.1.2 镍钴锰酸锂镍钴锰酸锂 镍钴锰酸锂比钴酸锂便宜，而且锂镍氧化物的理论容量为274mAh/g实际容190210 mAh/g，现成为主流正极材料。自放电低，对电解液要求低，没有污染。但是合成比较苛刻，电池安全性能不好，热力学和电化学稳定性不好。2.1.3锰酸锂锰酸锂锂锰氧理论容量为148mAh/g实际容量为120mAh/g左右，价格便宜，而且对环境没有污染。代表厂家苏州星恒但是高电压
4、充电是电解液容易分解以及锰在电解液中的分解而导致它的循环性能不是很好，而且热稳定性差。2.2负极负极 负极极片同样是由基体材料和活性物质组成。基体材料采用铜箔，活性物质可选用以下几种：碳材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金等，目前商品化的锂离子电池均采用碳材料作为负极活性物质。现钛酸锂的发展势头很好。 活性物质+增稠剂+粘合剂+集流体2.3 隔离膜隔离膜隔离膜的基本作用就是有效隔离正负极，而对于锂离子电池而言，由于其采用的是有机电解液，在安全性方面对隔膜的要求很高，所选用的隔膜具有的一个重要特性是当外部短路时或有大电流通过电池时隔膜微孔闭塞，切断电流通过电池的回路。目前锂离子电池隔膜采用
5、的是多孔性高分子聚合物单层膜或多层膜，为了有效降低隔膜在电池中所占用的体积从而提高正负极活性物质涂覆量，锂离子电池隔膜非常薄，只有25m左右 （16m）。市场主要由国外厂家占据。PP-PE-PP三层结构，具有化学稳定性及机械强度，而且离子通过率大等特点。2.4电解液电解液 锂离子电池的电解液为有机电解液，电解质可选取LiClO4、LiPF6、LiAsF6等含Li+盐，从电池性能、环境等综合因素考虑最常用的电解质是LiPF6。溶剂基本为PC、C和DME、DEC、EMC等以一定的比例搭配所组成的混合有机溶剂。之所以采用混合有机溶剂主要目的是提高电解液的电导率。锂离子电池电解液的电导率可达2102S
6、/cm，但与CdNi、MHNi电池所采用的水溶液电解液相比，电导率要低约2个数量级，所以锂离子电池的高倍率放电性能不是很好。PC，EC介电常数比较大，而DME、DEC、EMC等粘度比较低，将他们混合比例使用电解液电导率才能达到要求。同时，熔点低，沸点高，蒸汽压低的电解液溶剂是电池工作范围宽。三三.锂离子电池工作原理锂离子电池工作原理 锂离子电池的工作过程是锂离子在正极和负极间的移动，通过在正负极活性物质的嵌入和脱嵌而进行电子的交换。充电时锂离子从正极活性物质晶格间脱出，迁移通过有机电解液后嵌入到碳材料负极中；放电时则相反，锂离子从负极碳材料中脱出回到正极中。四四.锂离子电池的特性锂离子电池的特
7、性工作电压高 比能量大 循环寿命长 自放电率低 无记忆效应 无污染 五五.锂离子电池命名锂离子电池命名圆柱型锂离子电池命名以18650S为例，S: 圆柱型锂离子电池电池尺寸：直径18mm 高度65.0mm方型锂离子电池命名以063048A为例，A：方型锂离子电池电池尺寸：长48.0mm 宽30.0mm 厚6.0 mm六六.电池不良项目及成因电池不良项目及成因1.容量低2.内阻高3.电压低4.超厚5.爆炸6.短路7.断路1.容量低容量低 产生原因：a. 敷料量少于工艺设计重量；（涂布重量控制不到位，一车间） b. 极片两面敷料量相差较大；（一车间涂布单双面重量不一致）c. 极片断裂；（压片，制片
8、，卷绕过程，一、二车间）d. 电解液量少于工艺设计重量； （注液量注液车间）e. 电解液电导率低；（材料，采购和原材料检验） g. 隔膜孔隙率小；（材料，采购和原材料检验） h. 胶粘剂老化敷料脱落；（烘烤温度，极片空气暴露时间长）i.卷芯超厚（未烘干或电解液未渗透）j. 分容时未充满电；（分容设置参数，五车间）k. 正负极材料比容量小。（工艺设计）2.内阻高内阻高 产生原因： a. 负极片与极耳虚焊；（一车间点焊） b. 正极片与极耳虚焊； （一车间超声焊） c. 正极耳与盖帽虚焊；（二车间超声焊） d. 负极耳与壳虚焊; （二车间点焊） e. 铆钉与压板接触内阻大； （原料检验，采购） f
9、. 正极未加导电剂；（一车间配料房） g. 电解液没有锂盐； （原材料检验） h. 电池曾经发生短路；（五车间操作） i. 隔膜纸孔隙率小。（原材料检验）3.电压低电压低 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）；f. 微短路； （粉尘）g. 负极产生枝晶。（水份，粉尘控制）4.超厚超厚 产生超厚的原因有以下几点: a. 焊缝漏气; （三车间激光焊） b. 电解液分解; （注液温度） c. 未烘干水分;（一二三车间烤箱） d. 封口前电池在空气中暴露时间长；(检测车间、注液车间) e. 盖帽密封性差; （原材料检验） f. 壳壁太厚; （原材
10、料检验） g. 壳太厚; （原材料检验） h. 卷芯太厚(附料太多；极片未压实；隔膜太厚) 5.爆炸爆炸 产生原因：a. 分容柜有故障（造成过充）；b.电池反充电；（反极性）c. 隔膜闭合效应差; d. 内部短路6.短路短路 产生原因： a.粉尘； （一车间刷粉没刷干净；） b. 装壳时装破；（二车间操作） c. 隔膜纸拔破（卷饶操作时卷太紧导致拔破）; d. 卷绕不齐导致露片；（二车间卷绕） e. 没包好；（二车间贴胶纸） f. 隔膜有洞; （二车间） g. 毛刺；（一车间分切）7.断路断路 产生原因： a.极耳与铆钉未焊好，或者有效焊点面积小；（二车间）b. 连接片断裂（连接片太短或与极片点焊时焊得太靠下） 山东派氪电子科技有限公司 谢谢谢谢
