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1 锂 离 子 电 池 的 诞 生 电 池 行 业 中 一 些 常 见 的 术 语 锂 离 子 电 池 的 原 理 锂 离 子 电 池 的 基 本 结 构 我 司 锂 电 池 的 原 材 料 状 况 锂 离 子 电 池 的 基 本 工 艺 流 程 锂 离 子 电 池 的 基 本 性 能 我 司 锂 电 池 的 特 点 及 应 用 说 明 电 池 检 测 标 准 有 关 成 品 电 池 的 知 识 与 组 装 的 基 本 流 程 2 任 何 事 物 的 诞 生 都 有 一 定 的 背 景 。 锂 离 子 电 池 的 产 生 同 样 也 离 不开 这 一 点 。 20C60、 70年 代 发 生 的 石 油 危 机 迫 使 人 们 去 寻 找 新 的 替 代能 源 。由 于 金 属 锂 在 所 有 金 属 中 是 最 轻 、 氧 化 还 原 电 位 最 低 、 质 量 能 量 密 度最 大 ， 因 此 它 成 为 了 潜 在 的 替 代 能 源 之 一 。 同 时 ， 随 着 科 学 技 术 的 发展 和 人 民 物 质 文 化 生 活 的 提 高 ， 特 别 是 随 着 空 间 技 术 的 发 展 和 军 事 装备 的 需 求 ， 信 息 和 微 电 子 工 业 的 迅 猛 发 展 带 来 了 大 量 工 业 用 、 民 用 、医 用 和 便 携 式 电 子 产 品 的 问 世 ， 以 及 环 境 保 护 意 识 的 增 强 ， 人 们 对 体积 小 、 重 量 轻 、 安 全 可 靠 、 无 污 染 ， 可 反 复 充 电 使 用 的 电 池 的 需 求 更加 迫 切 。 锂 离 子 电 池 就 是 在 这 种 形 式 下 迅 速 发 展 起 来 的 新 兴 高 能 二 次电 池 。从 理 论 上 ， 与 一 般 的 原 电 池 相 比 ， 锂 离 子 电 池 有 明 显 的 优 点 ：a.电 压 高 ： 是 一 般 Ni-Cd、 Ni-MH 的 3倍 b.储 能 密 度 高 c.工 作 温 度 范 围 宽 ：一 般 能 在 25 45 （ 随 着 电 解 质 和 正 极 材 料 的 改 进 ， 有 望 拓 宽到 40 70 ） 工 作 d.持 续 输 出 功 率 大 （ 比 功 率 大 ） e.放 电 平 稳 、 循环 性 能 优 越 ， 无 记 忆 效 应 f.储 存 时 间 长 ， 工 作 寿 命 长 等 。 3 4 一 次 电 池 （ primarybattery） :只 能 进 行 一 次 放 电 的 电 池 ， 不 能 进 行充 电 而 再 利 用 。 二 次 电 池 （ secondarybattery） :可 反 复 进 行 充 电 、 放 电 而 多 次 使 用的 电 池 ， 也 叫 蓄 电 池 或 充 电 电 池 （ rechargeable） 。 正 极 （ positive electrode） : cathode 放 电 时 ， 电 子 从 外 部 电 路 流入 电 位 较 高 的 电 极 。 负 极 （ negative electrode） : anode 放 电 时 ， 电 子 从 外 部 电 路 流 出电 位 较 低 的 电 极 。 额 定 容 量 （ rated capacity） : 制 造 商 标 明 的 电 量 值 C5mAh， 即 充 满电 的 电 池 在 20 下 以 0.2C的 标 准 实 验 电 流 放 电 到 终 止 电 压 （ 2.75V）时 所 能 放 出 的 电 量 值 。 循 环 寿 命 （ cycle life） : 电 池 在 一 定 条 件 下 （ 20 0.2 C 5） ,反 复充 放 电 ， 当 电 池 容 量 等 性 能 达 到 规 定 的 要 求 以 下 时 所 发 生 的 充 放 电 次数 （ 容 量 低 于 60%） 。 5 内 阻 （ internalresistance） :电 池 正 极 与 负 极 之 间 的 电 阻 ， 是 集 流 体 、 电 极 活 性物 质 、 隔 膜 、 电 解 液 的 电 阻 之 和 ， 理 论 上 ， 其 值 越 小 性 能 越 好 。 电 池 内 阻 是 锂 离子 电 池 性 能 的 重 要 参 数 。 电 池 内 阻 的 数 值 不 仅 影 响 了 电 池 的 功 率 特 性 、 电 池 的 放电 倍 率 ， 同 时 也 是 电 池 内 部 结 构 特 性 的 一 个 重 要 表 征 。 标 称 电 压 （ nominal voltage） : 电 池 0.2 C放 电 时 全 过 程 的 平 均 电 压 ， 是 一 个 近似 数 值 。 （ 请 问 我 们 公 司 的 锂 电 池 的 标 称 电 压 是 2.75V、 3.7V、 4.2V？ ） 放 电 平 台 （ discharge curve） : 放 电 平 台 是 电 池 放 电 曲 线 的 一 个 直 接 的 表 征 。即 电 池 完 全 充 电 后 ， 以 一 定 速 率 的 电 流 放 电 时 ， 电 压 下 降 相 对 缓 慢 的 那 段 时 间 。通 常 以 1C放 电 至 3.6V的 时 间 表 示 放 电 平 台 。 我 们 公 司 锂 电 池 的 放 电 平 台 达 48分 钟以 上 ， 放 电 曲 线 很 好 。 放 电 容 量 （ discharge capacity） : 电 池 放 电 时 所 释 放 出 的 电 荷 量 。 放 电 深 度 （ depth of discharge） : 表 示 放 电 程 度 的 一 个 量 度 。 为 放 电 容 量 与 总放 电 容 量 的 比 值 。 自 放 电 (self discharge)： 是 指 电 池 在 没 有 对 外 做 功 的 情 况 下 ， 其 自 身 内部 物 质 发 生 化 学 反 应 而 致 使 电 池 能 量 （ 容 量 ） 损 失 的 现 象 。 如 自 放 电 较大 的 电 池 往 往 表 现 为 储 存 一 段 时 间 后 出 现 低 电 压 （ 或 零 电 压 ） 的 现 象 。 6 电 极 反 应 如 下 ： 正 极 ： LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe- 负 极 ： 6C+xLi+xe-LixC6总 的 反 应 ： LiCoO2+6C Li1-XCoO2+LiXC6锂 离 子 电 池 的 正 负 极 均 采 用 可 供 锂 离 子 （ Li+） 自 由 脱 嵌 的 活 性 物质 ， 当 电 池 充 电 时 ， 锂 离 子 从 正 极 进 入 溶 液 (电 解 液 )转 到 负 极 中 去 ， 放电 时 锂 离 子 又 从 负 极 进 入 溶 液 转 入 正 极 ， 锂 离 子 进 入 电 极 的 过 程 叫 做嵌 入 ， 从 电 极 出 来 的 过 程 叫 做 脱 嵌 。 7 负 极隔 膜 纸 电 解 液 壳 体盖 板正 极锂 离 子 电 池 8 同 所 有 的 化 学 电 源 一 样 ， 锂 离 子 电 池 也 由 正 极 、 负 极 和电 解 液 组 成 。 但 为 了 使 其 性 能 更 优 越 ， 更 便 于 人 们 使 用 ，于 是 我 们 现 在 的 锂 离 子 电 池 便 在 原 电 池 的 基 础 上 增 加 了 一些 配 件 ， 如 隔 膜 纸 、 壳 体 、 盖 板 等 。1.正 极 :电 池 反 应 的 主 体 ， 主 要 反 应 活 性 物 质 为 LiCoO2， 电池 反 应 过 程 中 Li+的 提 供 者 ， 正 极 片 是 由 LiCoO2粉 末 调 成膏 状 涂 覆 在 铝 箔 上 烘 干 压 制 而 成 。 2.负 极 ： 与 正 极 匹 配 成 为 电 池 反 应 的 另 一 个 主 体 ， 主 要 反 应活 性 物 质 为 C， 电 池 反 应 过 程 中 Li+的 接 收 者 ， 负 极 片 是 由石 墨 粉 末 调 成 膏 状 涂 覆 在 铜 箔 上 烘 干 压 制 而 成 。 9 10 钢 壳 电 池 铝 壳 电 池 正 极 材 料 : 中 信 国 安 振 华 、 瑞 翔 等 负 极 材 料 : 长 沙 石 墨 等 大 阪 煤 气 (Osaka Gas )隔 膜 材 料 :日 本 宇 部 (UBE ) 日 本 宇 部 (UBE ) 美 国 CELGARD、 ENTEK等 电 解 液 : 张 家 港 、 金 牛 等 Ferro(美 国 ) 铜 箔 : UNITED COPPER FOILS 惠 州 联 合铝 箔 : ALCOA(SHANGHAI)上 海 美 铝 钢 壳 : 路 华铝 壳 : 同 力 装 配化 成涂 布制 浆 锂 离 子 电池 的 主 要工 序 ： 用 专 门 的 溶 剂 和 粘 接 剂 分 别 与 粉 末 状 的 正 负 极 活 性 物 质 混合 ， 经 高 速 搅 拌 均 匀 后 ， 制 成 浆 状 的 正 负 极 物 质 。将 制 成 的 浆 料 均 匀 地 涂 覆 在 金 属 箔 的 表 面 ， 烘 干 ， 分 别 制成 正 、 负 极 极 片 。 按 正 极 片 -隔 膜 -负 极 片 -隔 膜 自 上 而 下 的 顺 序 放 好 ， 经 卷 绕 制 成 电 池 极 芯 ， 再 经 过 注 入 电 解 液 、 封 口 等 工 艺 过 程 ，即 完 成 电 池 的 装 配 过 程 ， 制 成 成 品 电 池 。 用 专 用 的 电 池 充 放 电 设 备 对 成 品 电 池 进 行 充 放 电 测 试 ， 对每 一 只 电 池 都 进 行 检 测 ， 筛 选 出 合 格 的 成 品 电 池 ， 待 出 厂 。 12 过 筛 烘 烤 称 料 干 混 打 胶 配 料 拉 浆 连 续 压 片 裁 大 片 分 切 小 片 超 铆 焊 卷 绕 压 扁 粘 胶 纸 热 压 入 壳 点 焊 负 极 超 焊 正 极 卡 盖 板 激 光 焊 涂 渗 透 液 测 漏 称 重 烘 烤 注 液 烘 烤 化 成 分 容 入 库 出 货 搁 置 预 充 负 压 封 口 除 锈 膏 擦 洗 预 充 电 13 锂 离 子 电 池 作 为 二 次 电 池 ， 它 具 有 二 次 电 池 的 共 性 ，目 前 ， 轻 工 行 业 、 电 子 行 业 和 通 讯 行 业 在 评 价 一 个二 次 电 池 性 能 时 ， 往 往 从 以 下 几 个 方 面 着 手 ： （ 1） 容 量 （ 2） 标 称 电 压 （ 3） 内 阻 （ 4）放 电 平 台 （ 5） 循 环 寿 命 （ 6） 荷 电 保 持 能 （ 7） 安 全 性 能 （ 8） 储 存 性 能 （ 9） 高 、 低 温 放 电 性 能 （ 10） 外 观 尺 寸 14 目 前 ， 我 们 公 司 开 发 了 很 多 种 型 号 的 电 芯 ， 种 类 相 对 比 较 齐 全 .其共 同 特 点 为 外 观 尺 寸 好 、 容 量 较 高 、 平 台 较 好 、 低 温 放 电 性 能 良 、 内阻 一 致 性 较 好 ， 其 综 合 性 能 在 国 内 市 场 居 一 流 水 平 。 在 深 圳 的 几 家 锂电 池 公 司 其 产 品 性 能 简 介 如 下 ： 比 亚 迪 ： 容 量 高 、 外 观 尺 寸 好 ， 但 平 台 不 高 ， 循 环 衰 减 快 ， 一 致 性也 不 是 很 理 想 。 邦 凯 ： 循 环 性 能 好 ， 平 台 一 般 ， 一 致 性 较 高 ， 但 容 量 不 高 ， 电 池 超厚 较 严 重 。 华 粤 宝 ： 外 观 尺 寸 较 好 ， 但 容 量 偏 低 ， 循 环 衰 减 快 。 环 宇 达 ： 容 量 、 平 台 一 般 、 储 存 性 能 差 （ 储 存 时 电 压 下 降 快 ， 容 量下 降 快 ， 微 短 路 现 象 较 严 重 ） 。 15 16 （ 一 ） 充 放 电 条 件 限 制 ： 1.充 电 电 流 ： 1C 2.充 电 上 限 电 压 ： (4.20 0.05)V 3.放 电 下 限 电 压 ： (2.75 0.05)V 或 (3.00 0.05)V 4.工 作 温 度 ： 充 电 045 放 电 20 +25（ 二 ） 储 存 环 境 要 求 ： 1.温 度 ： 三 个 月 内 20 +45 一 年 内 20 +25 2.湿 度 ： RH:（ 65 20） % 17 2000, Cisco Systems, Inc. Networkers 2607 （ 三 ） 注 意 事 项 ： 1.不 得 将 电 池 投 入 火 中 ， 或 储 存 在 高 温 的 环 境 里 。 2.不 要 在 充 电 器 或 设 备 里 将 电 池 正 、 负 极 直 接 连 接 。 3.在 运 输 、 传 送 或 储 存 过 程 中 ， 不 得 有 任 何 金 属 物 品 与 电 池 混装 ， 以 免 造 成 电 池 正 负 极 短 接 。 4.不 得 有 任 何 利 器 、 重 物 撞 伤 电 池 外 形 结 构 。 5.不 得 将 电 池 淹 没 在 水 中 ， 或 让 雨 水 弄 湿 ， 弄 潮 。6.不 得 将 电 池 储 存 在 有 腐 蚀 性 气 体 （ 或 液 体 ） 的 环 境 中 。 7.不 得 与 废 旧 电 池 或 Ni MH 电 池 、 Cd Ni电 池 混 合 使 用 。 18 2000, Cisco Systems, Inc. Networkers 2607 1. 0.2C5A放 电 性 能 (20 ) :满 电 后 ,以 0.2C5A电 流 放 电 到 终 止 电 压2.75V， 检 测 放 电 时 间 。 5h2. 1C5A放 电 性 能 (20 ) :满 电 后 ,以 1C5A电 流 放 电 到 终 止 电 压 2.75V，检 测 放 电 时 间 。 57min3. 高 温 性 能 (55 2 ) :满 电 后 ,将 电 池 放 入 55 2 的 高 温 箱 中 恒温 2h， 然 后 以 1C5A电 流 放 电 至 终 止 电 压 2.75V， 检 验 放 电 时 间 和 目测 外 观 。 a)放 电 时 间 应 不 低 于 54min。 b)该 试 验 结 束 后 ， 将 电 池 取 出 在 环 境 温度 20 5 的 条 件 下 搁 置 2h,然 后 目 测 电 池 外 观 ， 应 无 变 形 、 爆 裂 。 19 2000, Cisco Systems, Inc. Networkers 2607 4.低 温 性 能 ( 20 2 ):充 电 后 ,将 电 池 放 入 20 2 的 低 温 箱 中 恒温 24h后 ,以 0.2C5A电 流 放 电 至 终 止 电 压 2.75V， 检 测 放 电 时 间 和 目 测 外 观 。a)放 电 时 间 应 不 低 于 4h。 (容 量 可 以 保 持 在 80%以 上 )b)该 试 验 结 束 后 ， 将 电 池 取 出 在 环 境 温 度 20 5 的 条 件 下 搁 置 2h， 然后 目 测 电 池 外 观 ， 应 无 变 形 ， 无 爆 裂 。 5.荷 电 保 持 和 恢 复 能 力 :充 电 后 搁 置 28d， 检 测 电 池 电 压 、 荷 电 保 持 能 力与 荷 电 恢 复 能 力 .a)荷 电 保 持 能 力 测 试 放 电 时 间 应 不 低 于 4.25h， 电 池 电 压 不 低 于 4.10V。b) 荷 电 恢 复 能 力 测 试 放 电 时 间 应 不 低 于 4.5h。 6.循 环 寿 命 : 300次 一 级 市 场 400 Nokia 500 20 2000, Cisco Systems, Inc. Networkers 2607 7.恒 定 湿 热 性 能 :充 电 结 束 后 ， 将 电 池 放 入 40 2 ， 相 对 湿 度 为 90% 95%的 恒 温 恒 湿 箱 中 搁 置 48h后 ， 将 电 池 取 出 在 环 境温 度 20 5 的 条 件 下 搁 置 2h， 目 测 电 池 外 观 。 再 以 1C5A电流 放 电 至 2.75V,检 测 放 电 时 间 。 a)电 池 外 观 应 无 变 形 ， 锈 蚀 ， 冒 烟 或 爆 炸 。 b)放 电 时 间 应 不 低 于 48min。8.过 充 (3C/4.8V):电 池 充 满 电 后 ,将 其 连 接 正 负 极 于 恒 压 电 源 ，调 节 电 流 至 3C5A电 压 为 4.8V， 然 后 对 电 池 以 3C5A充 电 ， 直 到电 池 电 压 为 4.8V， 恒 压 2h。 电 池 应 不 起 火 、 不 爆 炸 。 21 2000, Cisco Systems, Inc. Networkers 2607 9.短 路 :电 池 充 满 电 后 ,改 为 恒 压 充 电 ， 充 电 截 止 电 流 为 10mA，最 长 充 电 时 间 不 大 于 8h， 停 止 充 电 。 然 后 短 路 电 池 正 负 极 (线路 总 电 阻 不 大 于 10m )， 保 持 两 小 时 。 电 池 应 不 起 火 、 不 爆 炸 。 10.贮 存 :电 池 放 电 完 毕 后 ,以 1C5A充 电 0.5h， 停 止 充 电 。 然 后在 环 境 温 度 20 5 ， 相 对 湿 度 45% 85%的 环 境 中 贮 存 ，贮 存 12个 月 后 ， 检 测 放 电 时 间 . 放 电 时 间 不 低 于 4小 时 。 (容 量 保 持 80%以 上 ) 22 2000, Cisco Systems, Inc. Networkers 2607 11.持 续 充 电 :在 环 境 温 度 20 5 的 条 件 下 ， 以 1C5A电 流 放电 到 终 止 电 压 2.75V。 然 后 以 1C5A充 电 ， 当 电 池 端 电 压 达 到 充电 限 制 电 压 4.2V时 ， 改 为 恒 压 充 电 ， 保 持 28d， 停 止 充 电 。 不 泄 漏 、 不 泄 气 、 不 爆 炸 、 不 起 火 。 12.高 温 贮 存 :满 电 后 ,将 电 池 放 于 75 2 烘 箱 中 ， 搁 置 48h。 不 泄 漏 、 不 泄 气 、 不 爆 炸 、 不 起 火 。 23 2000, Cisco Systems, Inc. Networkers 2607