锂离子电池及动力电池包的生产工艺

,12,锂离子电池基础知识,电池包的生产工艺,锂电池结构,正极,活性物质（,LiCoO,2,LiMnO,2,LiNi,x,Co,1-x,O,2, Li,X,FePO,4,),导电剂、溶剂、粘合剂、基体,负极,活性物质（石墨、,MCMB),粘合剂、溶剂、基体、导电剂,隔膜,（,PP+PE,）,电解液,（,LiPF,6,+ DMC/ EC/ EMC),外壳五金件,（钢壳、铝塑膜、铝壳、盖板、极耳、绝缘片等）,锂电池的分类及对比,锂离子电池是指正负极采用锂离子化合物的二次电池,锂电池的性能主要取决于正负极材料，常见的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元锂、磷酸铁锂。,能量密度、成本、安全性、热稳定性、循环寿命是动力锂电池的,5,个关键指标,正极材料,能力密度,电压平台,优点,缺点,适用于,钴酸锂,LCO,150,3.7,充放电稳定,生产工艺简单,钴价格昂贵,循环寿命较低,磷酸铁锂,LFP,150,3.3,价格低,无污染,安全性高,循环寿命长,能量密度低,/,容量低,低温性能差,电压平台太长太平，使得,soc,估计变得异常困难,客车、大巴、混动,镍钴铝酸锂,NCA,170,3.7,能量密度高,低温性能好,高温性能差,安全性差,生产技术门槛高,镍钴锰酸锂,NCM,160,3.6,循环性能好,能量密度高,低温性能好,大倍率充电,钴价格昂贵,高性能电动乘用车,锰酸锂,LMO,120,3.8,锰资源价格便宜,安全性能好,能量密度低,电解质相容性差,锂电池的分类及对比,下面就安全性、能量密度、单体标称电压、使用寿命、应用成本、低温衰减能力等方面分析磷酸铁锂电池和三元锂电池优劣。,安全性：,三元锂电池：,三元锂电池,如果内部短路或是正极材料遇水，都会有明火产生。所以一般三元锂电池都会有一层钢壳保护。特斯拉给电池组进行了全方位的保护，但是在极端的碰撞事故中，起火隐患还是有的。,磷酸铁锂电池：,磷酸铁,锂电池,则要稳定许多，电池板就算是穿刺、短路也不会爆炸燃烧，遭到,350,的高温也不会起火（三元,锂电,池在,180-250,就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸铁锂电池略胜一筹。,能量密度：,三元锂电池：,三元锂电池的能量密度大，电压更高，所以同样重量的电池组电池容量更大，车子跑的距离也就更远，速度也能更快。,使用寿命：,三元锂电池：,三元锂电池的理论寿命是,2000,次充放电循环，但在实际使用中，当进行,900,次的充放电循环后，电池容量就基本衰减到了,55%,。但如果每次电池充放电都控制在,0%-50%,或者,25%-75%,的循环中工作，即使经过,3000,次的充放电循环，电池容量基本还能能够保持在,70%,左右，但这需要非常优秀的电池管理系统。,磷酸铁锂电池：,磷酸铁,锂电池,即便是经过,3000,次,0-100%,的充放电使用，容量也才会衰减到,80%,，所以磷酸铁,锂电,池的电池管理系统就没那么复杂，也就进一步降低了整车研发成本。,应用成本：,中国的锂矿、氧化铁磷酸盐储量丰富，制造磷酸铁锂电池有优势。而我国缺乏钴矿，制造必须采用钴元素的,三元锂电池,会有些困难。所以，我国许多车企（包括电池企业）发展磷酸铁锂电池是很现实的。,所以，现在市面上采用三元锂电池的,电动车,，动力电池基本都是国外品牌产品（日本松下，韩国,SK,等），价格也相应要比采用磷酸铁锂电池的车型（同级别）贵一些。,低温衰减能力：,三元锂电池在低温时的放电性能要优于磷酸铁锂电池。,钛酸锂电池,优点,采用电动车辆取代燃油车辆是解决城市环境污染的最佳选择，其中锂离子动力电池引起了研究者的广泛关注,.,为了满足电动车辆对车载型离子动力电池的要求，研制安全性高、倍率性能好且长寿命的负极材料是其热点和难点。,商业化的锂离子电池负极主要采用碳材料，但以碳做负极的锂电池在应用上仍存在一些弊端：,1,、过充电时易析出锂枝晶，造成电池短路，影响锂电池的安全性能,;,2,、易形成,SEI,膜而导致首次充放电效率较低，不可逆容量较大,;,3,、即碳材料的平台电压较低,(,接近于金属锂,),，并且容易引起电解液的分解,从而带来安全隐患。,4,、在锂离子嵌入、脱出过程中体积变化较大，循环稳定性差。,与碳材料相比，尖晶石型的,Li,4,Ti,5,O,12,具有明显的优势：,1,、它为零应变材料，循环性能好,;,2,、放电电压平稳，而且电解液不致发生分解，提高锂电池安全性能,;,3,、与炭负极材料相比，钛酸锂具有高的锂离子扩散系数,(,为,2 *10-8cm2/s),，可高倍率充放电等。,4,、钛酸锂的电势比纯金属锂的高，不易产生锂枝晶，为保障锂电池的安全提供了基础。,缺点,1,、相对其他类型的锂离子动力电池能量密度会低一些。,2,、胀气问题一直阻碍着钛酸锂电池的应用。,3,、相对其他类型的锂离子动力电池价格偏高。,4,、电池一致性仍存在差异，随着充放电次数的增加电池一致性差异会逐渐增大。,钛酸锂电池是一种用作,锂离子电池,负极材料,-,钛酸锂，可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成,2.4V,或,1.9V,的锂离子二次电池。此外，它还可以用作正极，与金属锂或锂合金负极组成,1.5V,的锂二次电池。钛酸锂具有高安全性、高稳定性、长寿命和绿色环保的特点。,固态电池,固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的,电池,。固态电池一般功率密度较低，能量密度较高。由于固态电池的功率重量比较高，所以它是,电动汽车,很理想的电池 。,2020,年固态电池技术研发有望取得突破性进展，在成本、能量密度和生产过程等方面进一步赶超锂离子电池技术。,2030,年，锂离子电池将不再是电动汽车电池主流，但其在某些电子原件领域仍有一席之地。,传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质（液态）。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。,固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的,电流,，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。,而且固态电池还有另一项优势,在事故中损坏时不易爆炸或起火。要知道的是，在此之前，在新能源汽车领域与特斯拉同样享有盛名的菲斯科，后来之所以会破产并慢慢销声匿迹，在很大程度上就是因为其频繁出现的电池起火事件以及其他故障。,现在最具考验的地方在于价格。液态锂电池的成本大约在,200300,美元,/,千瓦时，如果使用现有技术制造足以为智能手机供电的固态电池，其成本会达到,1.5,万美元，而足以为汽车供电的固态电池成本更是达到令人咋舌的,9000,万美元。,石墨烯电池,石墨烯（,Graphene,）是一种由碳原子以,sp,2,杂化,方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。,石墨烯电池，利用锂离子在,石墨烯,表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源,电池,。,从微观的角度看蓄电池的充放电过程，实际上是一个,阳离子,在电极中“镶嵌”和“脱离”的过程。所以，如果电极材料中的孔洞越多，则这个过程进行的越迅速。在宏观的角度看则表现为蓄电池充放电的速度越快。,石墨烯的微观构造，是一个由碳原子所组成的网状结构。因为具有极限的薄度,(,只有一层原子的厚度,),，所以阳离子的移动所受限制很小。同时正因为具有网状结构，由石墨烯所制成的电极材料也拥有充分的孔洞。从这个方面看，石墨烯无疑是一种非常理想的电极材料。 位于美国纽约州的,伦斯勒理工学院,(RPI,，,Rensselaer Polytechnic Institute),的研究者的研究表明：使用石墨烯作为电池的阳极材料，其充放电速度将超过锂离子蓄电池的,10,倍。,“石墨烯电池或将引领改革：充电,10,分钟跑,1000,公里”,报道：西班牙,Graphenano,公司,(,一家以工业规模生产石墨烯的公司,),同西班牙科尔瓦多大学合作研究出首例石墨烯聚合材料电池，其储电量是目前市场最好产品的三倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶,1000,公里，而其充电时间不到,8,分钟。虽然此电池具有各种优良的性能，但其成本并不高。,Graphenano,公司相关负责人称，此电池的成本将比锂电池低,77%,，完全在消费者承受范围之内。此外，在汽车燃料电池等领域，石墨烯还有望带来革命性进步。,电池包的常用术语,额定能量,：,单位为,K,Wh,，,计算方法为“电芯容量*电芯电压=额定能量”，拿,1,颗,18650电芯举例,，,3,000mAh*3.7v,（18650电芯电压）=,111,00mWh=,11.1,Wh。,ES8,为,67KWh,。,额定容量,：,单位为Ah,，,这个是厂商实际放电所得出来的实际放电电量值。,ES8,为,192Ah,。,能量密度：单位为,KWh/kg,，计算公式为 额定能量,/,重量，,ES8,为,134.68Wh/kg,。,2017,年国家新能源补贴政策要求：,纯电动乘用车动力电池系统的质量能量密度不低于,90Wh/kg,，对高于,120Wh/kg,的按,1.1,倍给予补贴。,DOD,：,是指电池放出的容量占额定容量的百分数；,即循环深度,100%DOD,即电池每次放出的容量为,100%,严格意,义上来说或者按国标来说,这里的,100%,是指电池实际容量的,100%,但是,有很多厂家为了数据好看,他指的是,电池标称容量的,100%,100%DOD,的另外两个参数是终止电压和终止容量,SOC,：,剩余电量与额定电量的比值,state of capacity,SOH,：,表示电池可以储存电荷的能力,SOF(state of function),蓄电池,功能状态，为SOC（state of charge）和SOH(state of health)的合集，主要表,示对,蓄电池,剩余电量和寿命的概念,充电倍率：是指电池充电的电流值，它在数值上等于额定容量的倍数。通常用C表示。,常见电动汽车对比,市场份额,江淮华霆生产过程,模块组装连接为模组,模组电极间电阻检验,模组装入,PACK,壳体,安装,BMS,，,PDC,，充电控制模块风扇，水管等附件,终检（气密、压差、充放电、温度、容量）,铝板焊接正极铝镍导电条,铝板焊接负极导电片,支架自动涂胶,安装电芯,安装冷却水路（液冷）,电芯与铝板焊接,焊接检验,装外壳,-,模块完成,江淮华霆具有自主设计,BMS,的能力，是江淮新能源、云度新能源动力电池的供应商。其使用的电芯主要为深圳比克的,18650,电芯，除此之外还在研制,21700,电芯。,关键工序,