电芯基础知识培训-ppt课件

Cliquez pour modifier le style du titre,Cliquez pour modifier les styles du texte du masque,Deuxime niveau,Troisime niveau,Quatrime niveau,Cinquime niveau,*,*,电芯基础知识,一、电芯分类,1、以包装的方式分为三类：,钢壳喷码中以S（Steel）区分；,铝壳喷码中以Al区分；,软包装喷码中以P（Polymer）区分；,2、以内部的物质不同分为两类：,锂离子电芯（液态锂离子电芯Li-ion）,锂聚合物电芯（Li-Polymer）,3、,以结构不同来分类,方形电芯,圆柱形电芯,一、电芯分类,4、液态锂离子与聚合物锂离子的区别,聚合物锂离子电池所用的正负极材料和液态锂离子电,池都是相同的，工作原理也基本一致，主要区别在于电解,质的不同，锂离子电池使用的是液态电解质，而聚合物锂,离子电池则以固体聚合物电解质来替代，目前大部分采用,聚合物胶体电解质。,二、电芯的命名,1、圆柱形的型号命名,由三个字母和五位数字组成。,第一个字母表示电池采用的负极体系。字母I表示采用,具有嵌入特性负极的锂离子电池体系，字母L表示金属锂,负极体系或锂合金负极体系。,第二个字母表示电极活性物质中占有最大重量比例的,正极体系。字母C表示钴基正极，字母N表示镍基正极，字,母M表示锰基正极，字母V表示钒基正极。,第三个字母表示电池形状，字母R表示圆柱形电池。,三个字母后的四位数字表示电池的直径、高度；当电池中,至少有一个尺寸大于或等于100mm时，在直径和高度的数,字之间应加“/”。,二、电芯的命名,示例1：,ICR18650表示直径为18mm，高度为65mm，以钴基材料为正,极的圆柱形锂离子电池；,示例2：,ICR20/1050表示直径为20mm，高度为105mm，以钴基材料,为正极的圆柱形锂离子电池；,二、电芯的命名,2、方形的型号命名,方形锂电池的型号命名由三个字母和六位数字组成；,其中第一、第二个字母的含义与圆柱形电池的一致，第三,个字母以“P”表示电池的形状；,三个字母后面的六位数字分别表示电池的厚度、宽度和高,度；,当其中至少有一个尺寸大于等于100mm时，需用“/”隔,开，当其中至少有一个尺寸小于1mm时，取其整数表示该,尺寸，并在该整数前添加字母t；,二、电芯的命名,示例1：,ICP083448表示厚度为8mm，宽度为34mm，高度为48mm，以,钴基材料为正极的方形锂离子电池；,示例2：,ICP08/34/150表示厚度为8mm，宽度为34mm，高度为,150mm，以钴基材料为正极的方形锂离子电池；,示例3：,ICPt73448表示厚度为0.7mm，宽度为34mm，高度为48mm，,以钴基材料为正极的方形锂离子电池；,三、电芯电化学反应机理,1、正极构造,LiCoO2(钴酸锂)+导电剂+粘合剂(PVDF)+集流体（铝箔）,2、负极构造,石墨+导电剂+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体（铜箔）,3、工作原理,正极反应：LiCoO,2,=Li,1-x,CoO,2,+ xLi,+,+ xe,-,负极反应：C + xLi,+,+ xe,-,= CLi,x,3、,电池总反应：,LiCoO2 + C =Li,1-x,CoO,2,+ CLi,x,放电时发生上述反应的逆反应。,三、电芯电化学反应机理,三、电芯电化学反应机理,充电过程中，正极活性物质LiCoO,2,失去Li，失去XLi后，其结构会发生变化，其稳定性取决于X的大小。当X,0.5时，正极的钴酸锂结构变得极其不稳定，会发生晶型瘫塌，其外部表现为电芯的压倒终结。所以电芯在使用过程中应通过限制充电电压来控制X值，一般充电电压不大于4.2V，那么X就小于0.5，此时钴酸锂的晶型结构仍然是稳定的；,负极C6本身是层状的结构，有许多微孔，充电过程中，Li原子便是储存在这些微孔当中；当放电时，负极的Li原子回到正极，但必须有一部分的Li留在负极C6中，以保证下次充放电时Li的正常嵌入；通常设置下限电压不小于2,75V，就可以保证有一部分Li留在负极中；,放电过程中，回到正极的Li原子数越多，则该电池的容量越大；,四、电池结构,1、主要由正极、负极、隔膜、电解液、外壳五金件组成,2、,正极,的成分主要,采用锂化合物Li,X,CoO,2,、Li,X,NiO,2,或,Li,X,MnO,2,为,活性物质,，以及,导电剂、溶剂、粘合剂、基体,3、,负极,采用锂-碳层间化合物Li,X,C,6,。,活性物质（石墨、MCMB),粘合剂、溶剂、基体,4、,隔膜（PP+PE）,5、,电解质为溶解有锂盐LiPF,6,、 LiAsF,6,等有机溶液。,6、,外壳五金件（铝壳、盖板、极耳、绝缘片）,四、电池结构,隔膜的性能：需要有良好的化学、电化学、机械稳定性；隔膜在150下搁置至少要保持10分钟性能不变。隔膜需要一定的收缩率。,四、电池结构,一般负极的尺寸比正极大，负极的头部和尾部都应比,正极大，以能够完全包住正极片为标准，且负极的容,量应比正极大；,四、电池结构,四、电池结构,贴片上面的绝缘材料，在温度40至150摄氏度下应该具有稳定的化学性质，并且不脱胶；,四、电池结构,正极帽,泄压阀,电流中断装置,正极贴片,隔膜,正极片,负极片,负极贴片,PTC限流器,垫片（垫圈）,绝缘体,外壳,四、电池结构,负极,压力泄放口,集电器,盖板（密封板）,绝缘板,垫圈,密封帽,逆电流器,隔膜,正极片,负极片,入口,外壳（正极）,四、电池结构,负极贴片,正极贴片,顶端绝缘体,正极,负极,铝膜,四、电池结构,隔膜,正极,负极,负极贴片,贴片密封,正极贴片,顶部密封区,条码,可折叠边缘,薄膜,五、电池制造过程,1、配料,用专门的溶剂和粘结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；,2、涂膜,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；,3、装配,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，在经注入电解液、封口等工艺过,程，即完成电池的装配过程，制成成品电池；,4、化成、分容,用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，,筛选出合格的成品电池；,六、电芯的基本性能,1、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；,电池内阻大，会导致电池,放电工作电压低,，放电时间缩,短；,内阻的大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因,素的影响；,内阻一般以充电态的内阻为标准；,六、电芯的基本性能,2、电池的容量,电池的容量分额定容量和实际容量；,额定容量是指电池在环境温度为20,5条件下，以5h率,放电至终止电压时所应提供的电量，用C,5,表示；,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；,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,六、电芯的基本性能,3、开路电压与工作电压,开路电压是指电池在非工作状态下，即电路中无电流流过,时，电池正负极之间的电势差；一般锂离子电池充满电后,的开路电压为4.1至4.2V左右，放电后开路电压为3.0V左,右；,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。电池在放电状,态下，当电流流过电池内部时，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；,电池的放电工作电压在3.6V左右；,六、电芯的基本性能,4、内压,指电池内部气压，是密封电池在充放电过程中产生的气体,所致，主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影,响，其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶剂分解,产生的气体于电池内聚集所致；,高倍率的连续过充，会导致电池温度升高、内压增大，严,重时对电池的性能及外观产生破坏性影响，如漏液、鼓,底；电池内阻增大，放电时间及循环寿命变短；,任何形式的过充都会导致电池性能受到严重破坏，甚至爆,炸。故其在充电过程中需采用恒流恒压充电方式，避免对,电池产生过充；,六、电芯的基本性能,5、储存,电池的储存性能是衡量电池综合性能稳定程度的一个重要,参数。电池经过一定时间的储存后，允许电池的容量及内,阻有一定程度的变化。,经过一段时间的储存，可以让内部,各成分的电化学性能稳定下来，,可以了解该电池的自放电,性能的大小，以便保证电池的品质,六、电芯的基本性能,6、化成与分容,化成：组装后的电池，被给予一定的电流，使得电池正负,极活性物质被激发，最后使电池具有放电能力的电化学过,程；,电池只有经过化成后才能够用来作为电流使用；,分容：电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容,量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电,池按容量分类的过程；,六、电芯的基本性能,6、循环寿命,锂离子电池通过多次的充放电后容量会下降，其主要,原因是正负极材料本身的变化，从分子层面上看，正负极,上容纳锂离子的微孔结构会逐渐塌陷、堵塞；从化学角度,来看，是正负极材料活性钝化，出现副反应生成稳定的其,他化合物；物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况。,以上造成电池容量降低的各种情况，最终都是降低可,以自由移动的锂离子数目。,六、电芯的基本性能,6、锂离子电池保护线路,锂离子电池至少需要三重保护过充电保护，过放,电保护，短路保护；,1）过充电保护：当外部充电器对其充电时，为防止因温,度上升所导致的内压上升，需终止充电状态。此时，保护,IC需检测电池电压，当达到4.25V时（假设电池过充点位,4.25V）即启动过充保护，将功率MOS由开转为切断，进而,截止充电。,过充的危害：过充可能导致漏液、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,是6.0V）会引起爆炸；,六、电芯的基本性能,2）过放电保护：放电状态下，当电池两端的电压低于其,过放电电压检测点（假定为2.5V）时将启动过放电保护，,使功率 MOSFET 由开转为切断，进而截止放电，避免电池,过放电现象产生，并将电池保持在低静电电流的待机模,式，当锂电池接上充电器，且此时的电压高于过度放电电,压时，过度放电保护功能方可解除；,3）短路保护；,六、电芯的基本性能,7、充放电倍率与时率,充放电倍率是指在规定的时间内放出其额定容量时所,需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数，,通常以字母C表示。例如，电池的标准额定容量为600mAh,为1C（1倍率），300mAh则为0.5C，6A为10C，以此类推。,时率又称小时率，是指电池以一定的电流,放完,其额定,容量所需要的小时数。例如电池的额定容量为600mAh，以,600mA的电流放完其额定容量需要1小时，故称600mA的电,流为1小时率，以此类推；,六、电芯的基本性能,7、静态电阻与动态电阻,静态电阻，即放电时电池的内阻；,动态电阻，即充电时电池的内阻；,六、电芯的基本性能,7、SEI膜,液态锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解,液在固液相面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面,的钝化层，形成的钝化层能有效地阻止溶剂分子通过，却,可以让Li+自由通过，具有固液电解质的特征，因此这层,钝化膜被称为固体电解质界面膜（SEI膜）；,SEI膜的影响：SEI膜的形成消耗了部分锂离子，使得首,次充放电不可逆容量增加，降低了电极材料的充放电效率,；另一方面，能够有效的阻止溶剂分子的共嵌入，避免溶,剂分子的共嵌入对电极材料造成的破坏。,谢谢！,