1、鋰離子電池的工作原理及安全性2005年8月目錄 鋰離子電池的工作原理及組成 鋰離子電池的性能及測試 影響鋰離子電池安全性的因素 改善電池安全性的措施和方法18650 電池示意圖隔膜隔膜正極正極負極負極安全閥安全閥電解液電解液 鋰離子電池的工作原理Li+ + 6C + eLiC6LiMO2MO2 + Li+ + e鋰電制作的一般流程配漿涂布輥壓裝配注液化成檢測出貨如何評價鋰離子電池 安全性: 短路, 過充, 熱沖擊 穩定性: 循環和存儲 容量: 電池的重量能量比和體積能量比鋰離子電池的測試 安全性: 外短路, 針刺, 過充, 熱沖擊. 穩定性: 循環500 次和存儲性能. 電化學性能: 容量,

2、不同倍率電流放電性能，高低溫放電等. 可靠性測試: 振動, 撞擊, 跌落, 擠壓. 不同倍率電池放電性能33.23.43.63.844.24.401002003004005006007001C放電0.5C放電0.2C放電不同倍率放電容量相近不同倍率放電容量相近33.23.43.63.844.24.40100200300400500600700不同溫度下的電池放電特性1C at 55oC 1C at 25oC 0.5C at -20oC 鋰電池安全性 由于能量密度較高, 鋰電較容易發生安全性事故. 在使用鋰電過程中, 除要求電芯本身要安全可靠外, 成品電池要有保護線路板. 國際上有關鋰電池爆炸的

3、報道國際上有關鋰電池爆炸的報道2004年全球共有一百二十萬電池和電池組被招回年全球共有一百二十萬電池和電池組被招回影響鋰離子電池安全性的內部因素(1)材料:正極材料: LiCoO2的熱穩定性及其與電解液反應活性負極材料的穩定性及配比電解液的組成隔膜的選擇材料體系影響整個電池的過充和熱穩定性影響鋰離子電池安全性的內部因素(2) 電池結構 結構設計的合理性 工藝 電池制作的過程控制: 極片毛刺, 極粉脫落, 卷繞對位. 不良電池的篩選內短路: 微短路, 結構性內短路微短路 主要由正負極片上微粉或凸點刺穿隔膜, 引起電芯內部短路造成. 輕微的將造成自放電率高 嚴重的將造成電池爆炸極粉刺穿隔膜造成電池

4、爆炸極粉內短路 內層負極片掉粉刺穿隔膜, 造成電芯鼓脹電芯內部短路 主要由于電芯極耳過長, 與極片或與殼體接觸造成短路. 或極耳壓迫卷芯, 導致正負極短路. 引起電芯發燙, 嚴重時會導致爆炸. 過充電(電壓) 外短路 過溫: 150度 30 分鐘以上幾種情況均有可能導致電池發生安全性事故影響鋰離子電池安全性的外部因素如何防范電池出現安全問題(1) 針對電池的內短路主要從以下幾個方面解決 電池結構設計優化 在關鍵工序使用自動化設備和改善工夾具 通過嚴格存儲條件篩除微短路和內短路電芯 同時材料體系的穩定性也有助于安全性的改善.微短路和內短路電芯的篩除微短路和內短路電芯的篩除 自放電嚴重的電芯有安全

5、隱患 半荷電電芯, 正常情況下, 開路電壓大約1個月 壓降為15-20mV, 2 個月的壓降為25-35mV, 半年壓降為50-60mV. 通過嚴格存儲條件, 可把有微短路和內短路隱患的 電芯篩除.如何防范電池出現安全問題(2) 針對外短路, 過充，和熱穩定性主要從電池的材料體系來解決 正負極材料的的選擇和處理 電解液組成及添加劑提高電池本身穩定性和安全性. 過充安全性 主要與電芯正極材料有關. LiCoO2 在4.2V 時, 結構不穩定并放出氧氣. 同時電解液在4.2V 時分解, 與LiCoO2反應產生大量熱. 導致電芯內壓急劇升高發生爆炸.正負極材料的選擇和二次處理正負極材料的選擇和二次處理 選擇安全性和穩定性較好的正負極材料 對比表面較大的材料采取二次處理的方式, 以降低正負極材料的反應活性. 其好處是明顯的電解液的添加劑 改善電池的穩定性: 提高電池的循環性和存儲性 改善電池的過充安全性 提高電芯的高，低溫性能.小結小結 鋰離子電池是高能量, 長壽命的移動能源. 但有一定安全隱患. 評價鋰離子電池優主要從三個方