2018锂离子电池员工培训资料.ppt

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1、电池培训教材 Battery training textbook 编制（edit）：_审核（verify）：_批准（approve）：_日期（date）：_版本（edition）：_,锂离子电池培训资料 一锂离子电芯的反应原理 二锂离子PACK电池的结构 三锂离子电芯的各组成部分 四.锂离子电芯的制造工艺流程 五.锂离子电池的电性能 六.电池保护线路板 七.PTC 八.外壳 九.其他附料 十.成品电池制造工艺流程 十一.聚合物锂电的简介 十二.锂离子电池的命名规则,一锂离子电池的反应原理,锂离子电池是近几年发展起来的一种高能量的二次电池。1990年首先为日本的索尼公司开发成功，1993年实现商

2、品化进入市场。我国的锂离子发展十分迅速，很快跟上了世界的步阀，现已形成以深圳为中心的世界锂离子电池的产业基地，涌现出一大批优秀的锂离子电池生产企业，如BYD，BAK，B&K，HYB等。BYD日产锂离子电池约30万只，全球市场占有率第一。锂离子电池的化学方程式为：负极：LiXC6-xe 放电 xLi+6C 充电正极：Li1-XCOO2+xe+xLi 放电 LiCOO2 充电电池反应：LiXC6+Li1-XCOO2 放电 6C+LiCOO2 充电,二锂离子电池的结构,锂离子电池一般由以下几部分组成：1.电芯，电池能够充放电的主体部分；2.保护电路，电池的保护线路；3.PTC，热温度系数保险丝；4.

3、外壳，电池的容器；5.标签；6.连接器；7.镍带；8.高温绝缘胶纸；9.导线；10.热缩管；11.PVC套；12.NTC；13.识别电阻等等。,三锂离子电芯的各组成部分,1.锂离子电芯的正极锂离子电芯主要由：正极、负极、隔膜纸、电解液、外壳等部分组成。正极制造之前应有工程部提供物料清单，生产部门根据物料清单、作业指导书等文件准备好所需生产物料2.锂离子电芯的外壳 常用的锂离子电芯外壳有钢壳、铝壳、铝箔等。钢壳电芯价格便宜，容易点焊加工，缺点是重量重,容量低；铝壳电芯具有良好的韧性，质量轻，比能量比功率大；铝箔主要用于聚合物电芯，质量最轻。,四.锂离子电芯的制造工艺流程,锂离子池的结构 工艺流程

4、,五锂离子电芯的电性能,电压、内阻、容量、平台、外观尺寸、高低温性能、高温高湿、充放电性能、荷电保持能力、振动试验、碰撞试验、自由跌落实验、过充电、过放电、短路实验。,六电池保护线路板,由于锂离子电池采用的是有机电解液，当电压超过4.4V时电解液开始分解产生气体，若反应剧烈时，容易发生电池安全事故。而且，为了保持正负物质的结构平衡，锂离子电池的放电电压一般不底于2.5V。所以，对锂离子电池进行充放电必须有保护线路。,单体电池的保护线路板主要有IC和MOS管组成，IC是控制器，MOS管是开关，IC根据接受到的电池两端的电型号，判断电池是否过充、过放、短路，如果发生以上情况，IC给MOS管发出关闭

5、电路指令，电路断开，从而起到对电池的保护作用。,七 P T C,PTC是正温度系数保险丝，连接在电路正负极之间，是一种高分子化合物，当温度或者电流到达启动值时，内阻迅速增加到无穷大，切断电路，可以防止电池遭到进一步的破坏.,八 外 壳,目前大多数电池都采用胶壳封装，甚至很多电池的外表面作为产品外表面的一部分。使用塑胶壳或者塑胶筐架的电池大都需要超声波焊接的。超声波焊接是电池封装工艺中一道关键工序，要求超声焊接的工人必须能够熟练的掌握超声焊接技术。超声焊接的设备是电池超声波焊接机，主要由换能器、增幅器、焊头三部分组成。换能器把市电转换为15-20KHZ的高频率振动，增幅器增强振动强度，能量通过焊

6、头作用于塑胶件。,九其他附料,镍带：常用0.1*3mm的规格，如果特别需要，可要求生厂商另行生产 胶纸：高温胶纸（茶色胶），绝缘、耐高温，厚度0.1mm，有5-12mm等宽度；双面胶，厚度0.1mm，黏结定位作用。包装：标签、PE袋、纸盒等。,十成品电池制造工艺流程,图四 成品电池生产工艺流程图,关于Li-ion电池的安全认证,国际国内关于锂离子电池的安全认证机构及其标准：n GB（国家标准）;n UL（Underwriter Laboratory)美国安全认证机构;nCE（COMMUNATE EUROPIEA欧共体的缩写）。表示该商品符合安全、卫生、环保和消费者保护等一系列欧洲指令的要求。证

7、实该产品已通过了相应的合格评定程序或制造商的合格声明，是该产品被允许进入欧盟市场销售的“通行证”;n 企业内部的认证标准，一旦通过各个企业的内部标准，表明具有向该企业供货的能力，并基本达成供货意向。如：MOTOROLA、DESAY(德赛）。,电池常规知识:n 1、什么是电池？n 2、一次电池和二次电池有什么区别?n 3、充电电池是怎样实现它的能量转换？n 4、什么是Li-ion电池？n 5、Li-ion电池的工作原理？n 6、B&K Li-ion电池的主要结构。n 7、Li-ion电池的优缺点。n 8、Li-ion电池安全特性是如何实现的？n 9、什么是充电限制电压？额定容量？额定电压？终止电

8、压？n 10、Li-ion铝壳和钢壳电池比较它的区别有哪些？n 11、目前常见的各种可充电电池之间有什么区别？,1、什么是电池？,电池是一种能源。当它正负极连接在用电器上时，因为正负极之间存在电势之差，电流从正极流向负极，储存在电池中的化学能直接转化成电能释放出来，一只电池必然由两种不同电化学活性的物质组成正负两极，正负极活性物质之间的电动势差形成电池的电压，根据其电化学系统的不同，各种类型的电池电压各有不同。,2、一次电池和充电电池有什么区别?,n 电池内部的电化学设计决定了该类型的电池是否可充。根据它们的电化学成分和电极的结构可知，可充电电池的内部结构之间所发生的反应是可逆的。n 理论上，

9、这种可逆性是不会受循环次数的影响，既然充放电会在电极的体积和结构上引起可逆的变化，那么可充电电池的内部设计就支持这种变化。而一次电池在给定的电池环境中两个电极之间的电化学反应是不可逆的，因此，不可以将一次电池拿来充电，这种做法很危险也很不经济。如果需要反复使用，应选择真正的循环次数在1000次左右的充电电池，这种电池又称为二次电池。n 另一明显的区别就是它们具有较高的比能量和负载能力，以及自放电率。一次电池能量密度远比一次电池高。然而他们的负载能力相对要小。n 二次电池具有相对较高的负载能力，可充电电池Li-ion，随着近几年的发展，具有高能量容量。n 不管何种一次电池的电化学系统属于哪种，所

10、有的一次电池的自放电率都很小。,3、充电电池是怎样实现它的能量转换？,n 每种电池都具有电化学转换的能力，即将储存的化学能直接转换成电能。就二次电池而言(另一术语也称可充电便携式电池)，在放电过程中，是将化学能转换成电能；而在充电过程中，又将电能重新转换成化学能。这样的过程根据电化学系统不同，一般可充放电500次以上。n Li-ion是一种新型的可充电便携式电池。它的额定电压为3.63.8V。他的放电电压会随放电的深度而逐渐下降。,4、什么是Li-ion电池？,nLi-ion是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极

11、材料是锂金属。负极材料是碳材。按照大家习惯上的命名规律，我们称这种电池为锂电nLi-ion的正极材料是氧化锂钴，负极材料是碳材。电池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程，所以人们称之为Li-ion。,5、Li-ion电池的工作原理是什么？,n 工作原理即充放电原理。Li-ion的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离

12、子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极负极正极的运动状态。Li-ion就象一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅两端来回奔跑。所以，Li-ion又叫摇椅式电池。,7、Li-ion电池有哪些优点？哪些缺点？,Li-ion电池具有以下优点：n1）单体电池的工作电压高达；n2）比能量大。目前邦凯钢壳电池能达到的实际比能量为100-115W.h/kg和240-253W.h/L（2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH），随着技术发展，比能量可高达150W.h/kg和400W.h

13、/Ln3）循环寿命长。一般均可达到500次以上，甚至1000次。n4）安全性能好，无公害，无记忆效应。作为Li-ion前身的锂电池，因金属锂易形成枝晶发生短路，缩减了其应用领域；Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素；部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion不存在这方面的问题。n5）自放电小 室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。,n 1）电池成本较高。主要表现在LiCoO2的价格高（Co的资源较少），电解质体系提纯困难。n 2）不能大电流放

14、电。由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对其他类电池大，故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在0.5C以下，只适合于中小电流的电器使用。n 3）需要保护线路控制。n A、过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命；同时过充电使电解液分解，内部压力过高而导致漏液等问题；因电池在充电过程中电压会不断上升，故必须在的恒压下充电；B、过放保护：过放会导致大量活性物质容量不可逆而大量衰减，故也需要有保护线路控制。,Li-ion也存在着一定的缺点,8、锂离子安全特性是如何实现的？,n 为了确保Li-ion安全可靠的使用，人们进行了非常严格、周密的电池安全性能设计，以达到电池安全考核指标。n 1）各

15、种环境滥用测试n 进行各项滥用实验，如外部短路、过充、针刺、冲击、焚烧等，考察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击实验和振动、跌落、冲击等力学性能实验，考察电池在实际使用环境下的性能情况。隔膜135自动关断保护n 2）采用国际先进的Celgard2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120的情况下，PE复合膜两侧的膜孔闭合，电池内阻增大，电池内部升温减缓，电池升温达到135时，PP膜孔闭合，电池内部断路，电池不再升温，确保电池安全可靠。n 3）向电解液中加入添加剂n 在电池过充，电池电压高于4.2V的条件下，电解液添加剂与电解液中其他物质聚合，电池内阻大幅增加，电池内部形成大面积

16、断路，电池不再升温。,9、什么是充电限制电压？额定电压？终止电压？,n a)充电限制电压 按生产厂家规定，电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值。我公司的充电限制电压为4.2V。n b)标称电压 用以表示电池电压的近似值。n c)终止电压 规定放电终止时电池的负载电压，其值为n*2.75V（锂离子单体电池的串联只数用“n”表示）。,10、Li-ion电池铝壳和钢壳电池比较它们的区别有哪些？,n 同型号的铝壳电池重量较钢壳轻。n 铝壳电池的容量稍高。n由于钢壳和铝壳的内部结构不同，所以壳体表现出来的正负极也存在着差别，钢壳电池的外壳为负极，顶部为正极；铝壳电池的正好相反，外壳为正极，顶部为负极。两

17、种型号电池在内阻和电压方面没有很大分别。,11、目前常见的各种可充电电池之间有什么区别？,n 目前镍镉、镍氢、锂离子充电电池大量应用于各种便携式用电设备（如笔记本电脑、摄像机和移动电话等）中，每种充电电池都具有自己独特的化学性质。镍镉和镍氢电池之间主要差别在于：镍氢电池能量密度比较高。与相同型号电池对比，镍氢电池容量是镍镉容量的二倍，这意味着在不为用电设备增加额外重量时，使用镍氢电池能大大地延长设备工作时间。镍氢电池另一优点是：大大减少了镍镉电池中存在的“记忆效应”问题，从而使得镍氢电池可更方便地使用。镍氢电池比镍镉电池更环保，因为它内部没有有毒重金属元素。n Li-ion也已经快速成为便携设

18、备的标准电源，Li-ion能提供和镍氢电池一样的能量，但在重量方面则可减少大约35%，这对于象摄像机和笔记本电脑之类的用电设备来说是至关重要的。Li-ion完全没有“记忆效应”和不含有毒物质的优点也是使它成为标准电源的重要因素。,电池性能术语（一）,n 1、为什么恒压充电电流会逐渐减少？n 2、什么是电池内阻?n 3、什么是电池的容量？n 4、什么是开路电压？什么是工作电压？n 5、什么是（充放电）倍率？什么是时率？n 6、什么是自放电率？n 7、什么是放电平台？,1、为什么恒压充电电流会逐渐减少？,因为恒流过程终止时，电池内部的电化学极化仍然保持再整个恒流中相同的水平，恒压过程中，在恒定电场

19、作用下，内部Li+的浓差极化在逐步消除，离子的迁移数和速度表观为电流的逐渐减少。,2、什么是电池内阻？,是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。是衡量电池性能的一个重要参数。注：一般以充电态内阻为标准。测量电池的内阻需用专用内阻仪测量，才能确保所得到的值的精确度。,3、什么是电池的容量?怎样计算？影响电池容量的有哪些因素？,n 电池的容量有额定容量和实际容量之分。n 电池的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

20、提供的电量，用C5表示。n 电池的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（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。n 容量常见单位有：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。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。活性物质的利用率包括A、活性物质的活性：残余电化学反应的能力，与其晶形结构、制造方法和含杂质多少有关；B、电极和电池的结构：成型方法、极板孔径、厚度、真实表面积大小；C、电解液的组成；D、制造工艺；E、放电制度（T放、I放、V终）,4、什么是开路电压？什么是工作电压？,n 开路电压是指电池在非工作状态下即电路

21、中无电流流过时，电池正负极之间的电势差。一般情况下，Li-ion电池充满电后开路电压为4.14.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右。通过对电池的开路电压的检测，可以判断电池的荷电状态。n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。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，不需克服电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。Li-ion的放电工作电压在3.6V左右。,5、什么是放电平台？,n 放电平台是指在电池任何倍率的电流下恒压充到电压为4.2V，并且充电电流小于0.01C时停止充电即充满电后，然后搁置10分钟，在任何倍率的

22、放电电流下放电至3.6V时的放电时间。n因一般使用锂离子电池的用电器的工作电压都要求在3.6V以上，如果低于这个值，则会出现无法工作的情况。所以放电平台是衡量电池性能好坏的重要标准之一。,6、什么是（充放电）倍率？时率？,n 是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。如电池的标称额定容量为600mAh，则600mAh为1C（1倍率），300mA则为0.5C，6A（6000mA）为10C，以此类推。n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的小时数。如电池的额定容量为600mAh，以600mA的电流放完其额定容量需1小

23、时，故称600mA的电流为1小时率，以此类推。,7、什么是自放电率？,n 又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。主要受电池的制造工艺、材料、储存条件等因素的影响。是衡量电池性能的重要参数。注：电池100%充满电开路搁置后，一定程度的自放电正常现象。在GB标准规定Li-ion后在202条件下开路搁置28天，可允许电池有的容量损失。,8、什么是过充？过充会带来哪些不良后果？怎样避免？,n 理论上，Li-ion电池在一定倍率的恒流恒压下充电，当充电转换为恒压4.02V充电后，充电电路中电流为0.01C时，恒压充电的状态仍在进行，即被视为过充。n 过充可能导致

24、漏液、变形、起火、在恒压失效后随着充电的加深电压达到一定程度(一般限值为6.0V)会引起爆炸，是损害电池性能的主要原因之一。在电池外部加PCB板保护，或在充电器中设置保护线路和/或时限装置（即充电限2.5小时)来防止电池过充可以达到防止和保护的作用。,9、什么是过放？过放会带来哪些不良后果？怎样避免？,n 电池在一定倍率下恒流放电，当电池电压达到2.75V时，放电状态仍在继续，即为过放。n 过放可能导致漏液、零电压以及负电压，是损害电池性能的主要原因之一。n在电池外部加PCB板或在充电器中设计保护线路和/或时限装置来防止过放。,10、造成电池短路有哪些因素？会造成什么样的后果？如何预防？,n

25、1）外部导体直接连接电池的正负极；n 2）组装时电池外部冲击力导致内部（微）短路；n 3）内部结构存在不良（如极粉刺刺破隔膜后正负极相接）n 如果电池外部接触到任何金属导体都有可能导致外部短路。Li-ion电池外部短路时可能导致外壳变形、漏液、起火，甚至爆炸。因为内部电解液温度上升，从而引起内部气压上升，内压升高会冲破电池的安全阀，如果安全阀失效就会导致爆炸。n 所以一定要注意不要将已充电的电池放在装有硬币或钥匙串的口袋里。另避免外部冲击（如：点焊镍带、锡焊等），因为外部的冲击力会导致电池变形，甚至内部电极短路。注：点焊时焊针之间的距离一定要保持在5-8mm，另应在电池的底部点焊，禁止在正面和侧面点焊。,