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    锂离子电池基本知识培训ppt课件.ppt

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    锂离子电池基本知识培训ppt课件.ppt

    锂离子电池基本知识培训,Prepared by: 殷世抒Date: 2012/03/2,内容,1.关键词 1.1 二次电池的主要类别 1.2 锂离子电池的特性 2. 反应原理 2.1 正常充放电过程 2.2 异常充放电过程 3. 材料的主要成分,作用及其特性 2.1 正极材料 2.2 负极材料 2.3 隔膜 2.4 电解液 2.5 铝塑膜/钢壳-盖帽 2.6 极耳4. 主要的性能参数,影响因素及相对应的关键控制点,1.2 锂离子电池的特性(1),1.2.1 安全性,锂离子电池由于具有能量密度高、输出电压高、 容量高等优点;而这些优点同时也带来了锂离子电池的安全性隐患。一般来说,能量密度,电压及容量越高,安全性就越差。锂离子电池的电极反应机理,电池的材料体系决定了锂离子电池一旦出现滥用,将非常容易导致热失控,从而引发起火,爆炸等安全事故。,1.2 锂离子电池的特性(2),各种电池的比较,锂离子电池为高储能体,2 反应原理,基本反应原理:充电过程: 锂离子在负极表面得到电子,被还原为锂原子;然后在微弱的共价键作用下,镶嵌到石墨分子(6个碳原子)中。放电过程: 锂原子从LiC6中脱嵌而出,失去电子变成锂离子,回到电解液和正极。,+,充电,放电,2.1 正常充放电过程,充电过程:正极反应: Li1MO2-Li1-xMO2 +x Li+ xe-负极反应: C + x Li+ +x e- CLix总反应: Li1MO2+C- Li1-xMO2+ CLix放电过程:正极反应: Li1-xMO2 +x Li+ +xe- - LiMO2负极反应: CLix - C + xLi+ +e-总反应: Li1-xMO2+ CLix-Li1MO2+C,2.2 异常充放电过程,过充电:通常指电压高于4.2v以上。一般高于4.35v会严重损伤电池性能。从分子层面看,可以直观的理解,过度充电将把太多的锂原子硬塞进负极碳结构里去,当没有足够的石墨分子来“存放”锂原子时,锂原子将在负极石墨表面结晶,即“析锂”现象;当枝晶越长越大时,可能刺穿隔膜导致短路。 过放电:通常指电压低于3.0v。一般低于2.0v会严重损伤电池性能。过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷。同时,当电池电压低于铜的氧化电位时,铜箔将会溶解进入电解液,并在正极片上面结晶析出,即“析铜”现象。过电流充(大倍率)放电:可能会严重损伤电池,导致鼓胀,起火,爆炸等事故。严重过充的可能后果: 1):容量衰减快,电压衰减快; 2):鼓胀,起火,爆炸。严重过放的可能后果: 1):容量衰减快,电压衰减快; 2):鼓胀,2.3 析锂和析铜的照片,析锂,析铜,3 电池材料,3.1 正极材料:,正极材料的主要作用:提供导电正电荷(Li离子)。,正极材料的晶体结构,3.2 负极材料,负极材料主要是石墨,分天然石墨,人造石墨,改性石墨等。 石墨吸附能力非常强,很容易吸收水分,吸收灰尘,吸收气体,因此要密封保存。层状石墨无定形体在空气中的着火点很高(1000度以上),但如果颗粒非常小,有明火存在时则在750-800度比较容易被引燃。化学性能稳定,常温下不与酸性,碱性,有机或无机溶液发生反应。负极材料的主要作用: 1)包容锂原子,形成LiC,降低Li原子的化学活性。 2)导电性好,有利于降低电池的内阻。小问题:卷绕工序为什么要求负极必须完全包住正极?,3.3 隔膜,隔膜的成分:PP+PE隔膜的结构分类:单层,双层,三层 常用的隔膜是一层PP和一层PE(或两层PP)压合在一起形成。每层膜的微观结构上都有很多微孔,能够透过分子直径比较小的气体分子,能通过离子,但不能通过电子。隔膜的特性: 1)受热收缩:80以上的环境中,长度和宽度两个方向都会受热收缩; 2)离子导通,电子关断。 3)软化点130-140,熔点170-190。隔膜的作用: 1)在正负极之间起到绝缘作用; 2)充放电的过程中,通过锂离子穿行来实现电荷的转移。,小问题: 1)设计上,隔膜宽度为什么要比正负极都宽? 2)注液前真空烘烤工序的烘烤温度为什么要求是在80-90?,3.4 电解液,主要成分 1)溶剂:PC/EC/DEC/EMC/DMC等碳酸酯类的混合物,还有一些添加剂,其中DMC(碳酸二甲酯)的凝固点为4,沸点为90。 2)溶质:六氟磷酸锂LiPF6.浓度通常为1mol/升。作用:在充放电过程中作为一种媒介,并提供足够多的正电荷。化学特性:1.溶剂: 1)低温易凝固,阻抗增加,使导电能力急剧减弱; 2)高温易分解,产生许多种复杂的气体组分,电池内部气压升高导致鼓胀漏液,或者内阻升高,电压及容量迅速衰减。 2. 溶质:LiPF6极易发生水解,产生大量的氢氟酸。 LiPF6 + H2O - LiPO3 + 3HF + LiF,小问题:午饭后上班时,手套箱杯子里面的电解液为什么要倒掉?,3.5 极耳,组成:金属片+极耳胶金属片的作用:连接电池内部的极片和外部的保护线路或用电器。极耳胶的作用: 1)顶封时,通过极耳胶把上下两层铝塑膜粘合起来; 2)防止金属片与铝塑膜的铝箔短路。,小问题: 1)极耳胶的宽度为什么是5mm而不是4mm? 2)顶封时,极耳胶外露为什么至少要有0.1mm?,3.6 铝塑膜,铝塑膜的供应商 1)Showa,即昭和电工株式会社。 2)DNP,即大日本印刷株式会社。铝塑膜的结构铝塑膜的作用:小问题:为什么顶侧封的温度是180210?小问题:DNP铝塑膜封印厚度150-170um是否合理?,40um,30um,30-35um,5um,5um,3.7 圆柱盖帽,盖帽的结构 1)铁帽 2)PTC 3)大铝片 4)小铝片 5)胶圈小问题: 1)盖帽来料为什么要均匀涂胶水? 2)高倍率电池的盖帽为什么没有PTC? 3)短路测试通不过时,为什么设计上在极耳外面焊接一个PTC就可以通过测试?,4 电池的主要性能(1),4.1 容量的影响因素1)正极偏轻(材料偏少)2)负极比例不够,导致正极容量发挥不出来3)负极未包住正极,析锂导致容量损失4)电解液性能不好,或电解液量不足5)隔膜孔隙率太小,锂离子难以穿过6)内部短路导致漏电流偏大7)过充/过放导致正负极或隔膜严重损伤8)鼓胀或漏液,4 电池的主要性能(2),4.2 内阻的影响因素1)电解液电导率2)隔膜孔隙率3)正负极材料的导电性4)正负极材料结构及其稳定性5)涂布面密度及压实密度6)电芯的卷绕结构,容量7)虚焊8)断片9)鼓胀或漏液10)盖帽内部脏污11)内部短路,4 电池的主要性能(3),4.3 电压衰减1)烧极耳2)内部微短路3)过充过放,过流4)鼓胀5)保护板漏电流大,4 电池的主要性能(4),4.4 鼓胀的影响因素1)电芯内部水含量高2)外部短路3)内部短路4)过充,过放,过流5)温度过高,导致电解液分解6)封口不良,水汽进入7)电解液严重不够,4 电池的主要性能(5),4.5 起火/爆炸的主要原因1)内部短路(如圆柱电芯正极耳碰壁,封口短路等)2)外部短路3)过充,过放,过流4)高温导致隔膜剧烈收缩5)负极未包住正极,要点总结,1.曙鹏控制鼓胀的措施都有哪一些?1)设计方面2)过程方面2.曙鹏控制起火/爆炸的措施都有哪一些?1)设计方面2)过程方面,Thank you for your attention,

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