1、鋰離子電池基礎知識鋰離子電池基礎知識 品質部QA組2Contents 提要提要v 鋰離子電池的發展、分類v 鋰離子電池的優缺點v 應用領域v 工作原理v 液態鋰離子電池的正負極材料和電解液3鋰離子電池的發展鋰離子電池的發展 1980年，M. Armand等人首先提出用嵌鋰化合物來代替二次鋰電池中的金屬鋰負極，并提出“搖椅式電池”（rocking chair battery）的概念,嵌鋰化合物代替二次鋰電池中的金屬鋰負極，電池的安全性大為改善，并且具有良好的循環壽命，同時電池的充放電效率也得到提高 。 1990年日本Sony公司研制出以石油焦為負極、LiCoO2為正極的鋰離子二次電池 。Dend

2、riteLi metal4v鋰離子電池電化學反應機理鋰離子電池電化學反應機理正極反應：LiCoO2= Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- 負極反應：C + xLi+ + xe- = CLix 電池總反應：LiCoO2 + C = Li1-xCoO2 + CLix 放電時發生上述反應的逆反應。5鋰離子電池鋰離子電池液態鋰離子電池液態鋰離子電池(LIB）聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池(LIP)鋰離子電池的分類鋰離子電池的分類液態鋰離子電池與聚合物鋰離子電池相比：聚合物鋰離子電池中正極和電解質都可使用聚合物材料，通常所說的聚合物鋰離子電池是指采用了聚合物電解質的鋰離子電池。這類電池的正、

3、負極活性物質及工作原理與液態鋰離子電池基本相同，但采用的不是游離的電解液，而是固態或者是半固態的聚合物電解質。6鋰離子電池特點鋰離子電池特點v 高能量密度v 高工作電壓 v 長循環壽命v 電化學特性穩定v 荷電保持能力強v 無污染v 無記憶效應7應用領域應用領域Li-ion Battery8鋰離子電池結構鋰離子電池結構v 正極 活性物質（LiCoO2LiMnO2LiNixCo1-xO2) 導電劑、溶劑、粘合劑、基體 v 負極 活性物質（石墨) 粘合劑、溶劑、基體 v 隔膜（PE、PP/PE/PP）v 電解液（LiPF6 + DMC /EC /EMC)v 外殼五金件（鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片）9

4、鋰離子電池結構鋰離子電池結構正極正極正極基體：鋁箔正極物質：鈷酸鋰+碳黑+PVDF正極集流體：鋁帶10鋰離子電池結構鋰離子電池結構負極負極負極基體：銅箔負極物質：石墨+CMC+SBR負極集流體：鎳帶11鋰離子電池結構鋰離子電池結構隔膜隔膜l材質：單層PE（聚乙烯）或者 三層復合PP（聚丙烯） +PE+PPl厚度：單層一般為0.0160.020mm 三層一般為0.0200.025mm12鋰離子電池結構鋰離子電池結構電解液電解液v 性質： 無色透明液體，具有較強吸濕性。v 應用： 主要用于可充電鋰離子電池的電解液，只 能在干燥環境下使用操作（如環境水分小于 20ppm的手套箱內）。v 規格： 溶劑

5、組成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6濃度 1mol/lv 質量指標： 密度（25）g/cm3 1.230.03 水分（卡爾費休法） 20ppm 游離酸（以HF計） 50ppm 電導率（25） 10.40.5 mscm13液態鋰離子電池生產工藝流程液態鋰離子電池生產工藝流程配料卷繞注液檢測包裝涂布制片化成激光焊分容出貨14配料工藝流程配料工藝流程泡膠正極篩漿料正極混干粉正極真空攪拌泡膠負極真空攪拌負極攪拌負極篩漿料正極拉漿負極拉漿正極負極15拉漿工藝流程拉漿工藝流程送 帶上 漿正、負極漿料正、負極裁片烘烤收 帶16裁片工藝流程裁片工藝流程正極裁大片正極壓大片正極裁小片

6、正極稱重分檔正極制片負極制片正極焊極耳負極裁大片負極壓大片負極裁小片負極稱重分檔負極焊極耳正極片烘烤負極片烘烤17卷繞工藝流程卷繞工藝流程卷繞貼底部膠紙壓芯入殼正、負極片配片隔膜隔膜裁剪測短路套絕緣片并固定負、正極極耳點焊離心入殼測短路壓蓋帽激光焊底部超聲焊鋁鎳復合帶18激光焊工藝流程激光焊工藝流程上夾具激光焊接注液全檢內阻全檢氣密性撕保護膜19注液注液-化成工藝流程化成工藝流程真空烘烤封口注液預處理化成清洗分容20檢測包裝工藝流程檢測包裝工藝流程充電返充電放電客戶裝盒、包裝全檢電壓全檢內阻全檢尺寸21液態鋰離子電池生產所用設備液態鋰離子電池生產所用設備v 真空攪拌機v 拉漿機（涂布機）v 裁

7、切機v 輥壓機v 卷繞機v 激光焊機v 真空注液機v 化成檢測柜22液態鋰離子電池性能液態鋰離子電池性能v 常規性能： 容量 電壓 內阻v 可靠性性能： 循環壽命 放電平臺 自放電 貯存性能 高低溫性能v 安全性能 過充 短路 針刺 跌落 濕水 低壓 振動23容量容量v 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 C表示。常用的單位為安培小時，簡稱安時（Ah）或毫安時（mAh）。v 電池的容量可以分為理論容量、額定容量、實際容量。v 理論容量是把活性物質的質量按法拉第定律計算而得的最高理論 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 或單位質量電池所能給出的理論電量

8、，單位為Ah/kg（mAh/g) 或Ah/L(mAh/cm3)。v 實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 流與放電時間的乘積，單位為 Ah，其值小于理論容量。v 額定容量也叫保證容量，是按國家或有關部門頒布的標準，保證 電池在一定的放電條件下應該放出的最低限度的容量。24電壓電壓v 開路電壓 電池在開路狀態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與負極電極電勢之差。v 工作電壓 工作電壓指電池接通負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

9、于開路電壓。25內阻內阻v 電流通過電池內部時受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為電池的內阻。v 電池的內阻不是常數，在放電過程中隨時間不斷變化，因為活性物質的組成、電解液濃度和溫度都在不斷地改變。v 電池內阻包括歐姆內阻和極化內阻，極化內阻又包括電化學極化與濃差極化。內阻的存在，使電池放電時的端電壓低于電池電動勢和開路電壓，充電時端電壓高于電動勢和開路電壓。v 歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關系，常隨電流密度的對數增大而線性增大。 26循環壽命循環壽命v 電池在完全充電后完全放電，循環進行，直到容量衰減為初始容量的75%，此時循環次數即為該電池之循環壽命v

10、循環壽命與電池充放電條件有關v 鋰離子電池室溫下1C充放電循環壽命可達300-500次（行業標準），最高可達800-1000次。27放電平臺放電平臺v 鋰離子電池完全充電后，放電至3.6V時的容量記為C1，放電至3.0V時的容量記為C0，C1/C0稱為該電池之放電平臺v 行業標準1C放電平臺為70%以上v 放電平臺對手機電池使用效果影響最大，關系到手機通話的聲音清晰度28自放電自放電v 電池完全充電后，放置一個月。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v 行業標準鋰離子電池月自放電率小于8%v 電池自放電與電池的放置性能有關，其大小

11、和電池內阻結構和材料性能有關29記憶效應記憶效應v記憶效應是針對鎳鎘電池而言的，由于傳統工藝中負極為燒 結式，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形成次級放 電平臺。電池會儲存這一放電平臺并在下次循環中將其作為 放電的終點，盡管電池本身的容量可以使電池放電到更低的 平臺上。在以后的放電過程中電池將只記得這一低容量。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，使電池的容量變得更低。 v要消除這種效應，有兩種方法，一是采用小電流深度放電 （如用0.1C放至0V）一是采用大電流充放電（如1C）幾次。v鎳氫電池和鋰離子電池均無記憶效應。30鋰離子電池質量認證鋰離子電池質量認證31總結總結v 電池是個比較復雜的電化學體系，涉及到