培训资料电池基本常识Word格式.docx

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6、Li-ion电池有哪几部分组成？

（1）电池上下盖 

（2）正极——活性物质为氧化锂钴 

（3）隔膜——一种特殊的复合膜

（4）负极——活性物质为碳 

（5）有机电解液 

（6）电池壳（分为钢壳和铝壳两种）

7、Li-ion电池有哪些优点？

哪些缺点？

Li-ion具有以下优点：

1）单体电池的工作电压高达3.6-3.8V：

2）比能量大，目前能达到的实际比能量为100-115Wh/kg和240-253Wh/L（2倍于Nl-Cd，1.5倍于Ni-MH）,未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg和400Wh/L3）循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次.对于小电流放电的电器,电池的使用期限将倍增电器的竞争力.

4）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根本不存在这方面的问题。

5）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%。

Li-ion也存在着一定的缺点，如：

1）电池成本较高。

主要表现在LiCoO2的价格高（Co的资源较小），电解质体系提纯困难。

2）不能大电流放电。

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。

3）需要保护线路控制。

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；

故必须在4.1V-4.2V的恒压下充电；

B、过放保护：

过放会导致活性物质的恢复困难，故也需要有保护线路控制。

8、什么是锂离子制造过程？

1）配料:

用专门的溶液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。

2）涂漠:

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，即完成电池装配过程。

制成成品电池。

4）化成:

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。

9、锂离子安全特性是如何实现的？

:

为了确保Li-ion安全可靠的使用，专家们进行了非常严格、周密的电池安全性能设计，以达到电池安全考核指标。

1）隔膜135℃自动关断保护:

采用国际先进的Celgars2300PE-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。

2）向电解液中加入添加剂在电池过充，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，电池内阻大幅度增加，电池内部形成大面积断路，电池不再升温。

3）电池盖复合结构:

电池盖采用刻痕防爆球结构，电池升温时，电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。

4）各种环境滥用测试:

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焉的性能情况。

9、什么充电限制电压？

额定容量？

额定电压？

终止电压？

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。

B、额定容量生产厂家标明的电池容量，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C5表示，单位为Ah（安培小时）或mAh（毫安小时）。

C、标称电压:

用以表示电池电压的近似值。

D、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、为什么恒压充电电流为逐渐减少？

因为恒流过程终止时，电池内部的电化学极化然保持再整个恒流中相同的水平，恒压过程，再恒定电场作用下，内部Li+的浓差极化在逐渐消除，离子的迁移数和速度表现为电流逐渐减少。

11、什么是电池的容量？

电池的容量有额定容量和实际容量之分。

电池的额定量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量。

Li-ion规定电池在常温、恒流（1C）恒压（4.2V）控制的充电条件下充电3h，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）。

容量常见单位有：

mAh、Ah=1000mAh）。

12、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，而不能用万用表欧姆档测量。

13、什么是开路电压？

是指电池在非工作状态下即电路无电流流过时，电池正负极之间的电势差。

一般情况下，Li-ion充满电后开路电压为4.1-4.2V左右，放电后开压为3.0V左右，通过电池的开路电压，可以判断电池的荷电状态。

14、什么是工作电压？

又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流过时电池正负极之间电势差。

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池，充电时则与之相反。

Li-ion的放电工作电压在3.6V左右。

15、什么是放电平台？

放电平台是恒压充到电压为4.2V并且电电流小于0.01C时停充电，然后搁置10分钟，在任何们率的放电电流下下放电至3.6V时的放电时间。

是衡量电池好坏的重要标准。

16、什么是（充放电）倍率？

时率？

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，它在数据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为1C（1倍率），300mAh则为0.5C,6A（600mAh）为10C.以此类推.

时率又称小时率,时指电池以一定的电流放完其额定容量所需要的小时数.如电池的额定容量为600mAh,以600mAh的电流放完其额定容量需1小时,故称600mAh的电流为1小时率,以此类推.

17、什么是自放电率？

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。

主要受电池制造工艺、材料、储存条件等因素影响。

是衡量电池性能的重要参数。

注：

电池100%充电开路搁置后，一定程度的自放电正常现象。

在GB标准规定LI-ion后在20±

2℃条件下开条件下开路搁置28天。

可允许电池有容量损失。

18、什么是内压？

指电池的内部气压，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液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等。

Li-ion任何形式的过以都会导致电池性能受到严重破坏，甚至爆炸。

帮Li-ion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。

19、为什么电池要储存一段时间后才能包装出货？

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。

电池经过一定时间储存后，允许电池的容量及内阻有一定程度的变化。

经过了一段时间的储存，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。

20、为什么要化成？

电池制造后，通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成，电池粉有经过化成后才能体现真实性能。

61、正、负极正烘烤的目的是什么？

除去极片内的水份和有机溶剂。

62、正、负极片压片的目的？

使活性物质与网栅及集流片接触紧密，减小电子的移动距离，降低极片的厚度，增加装填量，提高电池体积的利用率。

从而提高电池的容量。

63、压片厚度对电池性能有什么影响？

压片厚度太厚时，容易使电池内活性物质量减少，单位体积的活性物质量的减少和极化电位的增大，从而造成电池的容量降低。

压片厚度太薄时，容易造成电池内的活性物质量增加，极片表面有效面积减小，从而造成活性材料的浪费和大电流的困难。

64、极片称重的目的是什么？

准确了解和掌握极片的敷料量。

65、配片的目的是什么？

使正负极片上的活性物质的量比例保持一致性。

66、为什么要进行刷片操作？

清除极片上的积尘，积料，毛刺等。

67、正极片采用什么极耳？

采用铝带极耳。

68、负极片采用什么极耳？

采用镍带极耳。

69、焊接极耳的设备？

正极用超声波焊机，负极用点焊机。

70、卷绕车间的湿度对电池质量有什么影响？

卷绕房内的湿度大时，极片吸水量大，增加了极片的水份含量，在电池中产生气体量增加，使电池的内压增加，危害电池的安全性能。

水份的增加多消耗电池中的活物质，使电池容量下降。

湿度小反之，

71、卷绕车间中空调机和除湿系统的作用？

保持室内的温度恒度，减小室内的湿度，以提高电池的性能。

72、卷绕车间是否可用水擦地板？

不可以

73、卷绕电池芯的主要注意事项1、极片与隔膜纸铺平对齐。

用手按住极片与隔膜纸时，用力大小适中均匀。

电池芯卷绕松紧适当。

2、注意极片上有无划痕、掉料、缺料、气孔、起泡等不良及隔膜纸有无不良，如有作废品处理。

3、卷绕时注意手脚的谐调性，不被卷针划伤手。

73、电池芯贴胶纸的目的和位置？

电池芯贴纸的位置在电芯卷绕成型后不变形。

底部贴胶纸防止电芯内的正极片底部与电池外壳接触电池造成短路。

侧面贴纸使电芯卷绕成型后不变形。

底部贴胶纸防止电芯内的正极片底部与电池外壳接触造成电池短路。

74、将极耳焊接到盖板上采用那些设备？

超声波、对焊机。

75、电池芯电阻要求？

大于20MΩ

76、电池芯的电阻达不到要求怎么办？

返修

77、为何极耳也要贴胶纸？

增加牢固性和防止极耳接触产生短路。

78、电池盖板在使用前需要做那些检验？

外形尺寸、形状、厚度、绝缘怀、密封性、耐腐蚀性、材持等项目的检验。

79、电池盖板所能承受的最大压力是多少？

0.4Mpa

80、如何防止电池漏液？

防止电池漏液应做好以下几方面的工作：

1、焊接电池外壳与盖帽时，应焊接牢固、密封，焊接无漏焊、虚焊，焊缝无裂缝、裂口等不良。

2、钢珠封口时，钢珠大小适当，钢珠材质与盖帽材质相同。

焊接无裂口、裂缝并且焊接牢固。

3、盖帽的正极柳接紧密，无间隙，并且绝缘密封垫弹性适当，耐腐蚀，不易老化。

81、如何在现有条件下防止未封口电池在车间吸水？

1、作业电池应少量多次。

缩短电池在空气中暴露时间。

2、作业完毕的电池及时转送到下一工序。

尽量缩短电池在制程中的停滞时间。

82、干燥房的湿度要求？

相对湿度在6%以下。

83、干燥房的湿度对电池的性能有什么影响？

湿度增加使电池芯的吸水量增大，使电池的容量下降，内压增加。

84、如何尽量防止湿气进入干燥房？

少进少出，少开门，干燥房的门不能同时打开。

85、你认为干燥房可以用水擦地板吗？

不可以。

86、电池在注液前需要做那些处理？

涂胶和真空烘烤处理。

87、电池在注液前为何要进行真空烘烤？

尽量除去电芯内的所含的水份和溶剂。

88、电池在注液前为何要称重？

以便准确计算注液量多少。

89、电池注液方法？

用手动注液机或自动注液机进行注液操作。

90、如何检验电池是否注满电解液？

用真空抽吸测试，在注液口上用真空吸时，有电解液被抽上表示已满，没有表示没满。

91、电解液中的LiOF6的作用？

导电的电解质。

92、电解液中的LiPF6的浓度？

1mol/L

93、电解液中溶剂的作用？

溶解电解质，使电解质离子化。

94、电解液的电导率范围？

8×

10-3Ω-1

95、电导率对电池工作电流的影响？

电导率影响倍率放电率，和电池的内阻，和电池的电压。

96、电池的内阻受那些因素影响？

电解液的电导率，电池的外壳材料性能，极片的导电率及极耳材料的截面积。

电池焊接的质量。

97、电池的容量受那些因素影响？

正负极材料的特征的性能及材料的种类、型号和活性物质的量。

正负极活性物质的正确比例。

电解液的浓度和种类。

生产制程过程。

98、你认为如何在电池生过程中控制电池内的水份？

在生产制程中严格控制环境的湿度以及加强电芯的烘烤控制电池的水份。

99、电池在带电时可否用表测量电阻？

可以

100、化成机在化成大容量电池时应该注意什么问题？

注意电池的总功率是否超过化成机的功率。

放电深度：

与电池额定容量比较，放电量的比率。

●过充（放）电：

指超过电池规定的充（放）电状态，若继续充（放）电可能造成电池漏液或劣化。

●能量密度：

指单位体积或单位质量所释放的能量，一般用体积能量密度（wh/l）和质量能量密度（wh/kg）表示。

●自放电：

电池充满电之后，在与外电路没有接触和常温放置的条件下，其电容量会自然衰减。

在储存过程中，电池蓄电容量会逐渐下降，其减少的容量与额定容量的比例，称为自放电率。

通常，环境温度对其影响较大，过高温度会加速电池的自放电。

电池容量衰减（自放电率）的表达方法为：

%/月。

镍镉、镍氢电池的自放电率为20-25%/月，锂电池的自放电率为2-5%/月。

对于锂离子电池安全性能的考核指标，国际上规定了非常严格的标准，一只合格的锂离子电池在安全性能上应该满足以下条件:

（1）短路：

不起火，不爆炸

（2）过充电：

（3）热箱试验：

不起火，不爆炸（150℃恒温10min）

（4）针剌：

不爆炸（用Ф3mm钉穿透电池）

（5）平板冲击：

不起火，不爆炸（10kg重物自1M高处砸向电池）

（6）焚烧：

不爆炸（煤气火焰烧烤电池）

锂离子电芯的反应机理是随着充放电的进行，锂离子在正负极之间嵌入脱出，往返穿梭电芯内部而没有金属锂的存在，因此锂离子电芯更加安全稳定。

其反应示意图及基本反应式如下所示：

二、电芯的构造

电芯的正极是LiCoO2加导电剂和粘合剂，涂在铝箔上形成正极板，负极是层状石墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上，目前比较先进的负极层状石墨颗粒已采用纳米碳。

根据上述的反应机理，正极采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2，其中LiCoO2本是一种层结构很稳定的晶型，但当从LiCoO2拿走XLi后，其结构可能发生变化，但是否发生变化取决于X的大小。

通过研究发现当X>

0.5时Li1-XCoO2的结构表现为极其不稳定，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Li1-XCoO2中的X值，一般充电电压不大于4.2V那么X小于0.5，这时Li1-XCoO2的晶型仍是稳定的。

负极C6其本身有自己的特点，当第一次化成后，正极LiCoO2中的Li被充到负极C6中，当放电时Li回到正极LiCoO2中，但化成之后必须有一部分Li留在负极C6中，心以保证下次充放电Li的正常嵌入，否则电芯的压倒很短，为了保证有一部分Li留在负极C6中，一般通过限制放电下限电压来实现。

所以锂电芯的安全充电上限电压≤4.2V，放电下限电压≥2.5V。

三、电芯的安全性

电芯的安全性与电芯的设计、材料及生产工艺生产过程的控制等因素密切相关。

在电芯的充放电过程中，正负极材料的电极电位均处于动态变化中，随着充电电压的增高，正极材料（LixCoO2）电位不断上升，嵌锂的负极材料（LixC6）电位首先下降，然后出现一个较长的电位平台，当充电电压过高（>

4.2V）或由于负极活性材料面密度相对于正极材料面密度（C/A）比值不足时,负极材料过度嵌锂，负极电位则迅速下降，使金属锂析出（正常情况下则不会有金属锂的的析出），这样会对电芯的性能及安全性构成极大的威胁。

电位变化见下图：

在材料已定的情况下，C/A太大，则会出现上述结果。

相反，C/A太小，容量低，平台低，循环特性差。

这样，在生产加工中如何保证设计好的C/A比成了生产加工中的关键。

所以在生产中应就以下几个方面进行控制：

1.负极材料的处理

1）将大粒径及超细粉与所要求的粒径进行彻底分离，避免了局部电化学反应过度激烈而产生负反应的情况，提高了电芯的安全性。

2）提高材料表面孔隙率，这样可以提高10%以上的容量，同时在C/A比不变的情况下，安全性大大提高。

处理的结果使负极材料表面与电解液有了更好的相容性，促进了SEI膜的形成及稳定上。

2.制浆工艺的控制

1）制浆过程采用先进的工艺方法及特殊的化学试剂，使正负极浆料各组之间的表面张力降到了最低。

提高了各组之间的相容性，阻止了材料在搅拌过程“团聚”的现象。

2）涂布时基材料与喷头的间隙应控制在0.2mm以下，这样涂出的极板表面光滑无颗粒、凹陷、划痕等缺陷。

3）浆料应储存6小时以上，浆料粘度保持稳定，浆料内部无自聚成团现象。

均匀的浆料保证了正负极在基材上分布的均匀性，从而提高了电芯的一致性、安全性。

3.采用先进的极片制造设备

1）可以保证极片质量的稳定和一致性，大大提高电芯极片均一性，降低了不安全电芯的出现机率。

2）涂布机单片极板上面密度误差值应小于±

2%，极板长度及间隙尺寸误差应小于2mm。

3）辊压机的辊轴锥度和径向跳动应不大于4μm，这样才能保证极板厚度的一致性。

设备应配有完善的吸尘系统，避免因浮尘颗粒而导致的电芯内部微短路，从而保证了电芯的自放电性能。

4）分切机应采用切刀为辊刀型的连续分切设备，这样切出的极片不存在荷叶边，毛刺等缺陷。

同样设备应配有完善的吸尘系统，从而保证了电芯的自放电性能。

4.先进的封口技术

目前国内外方形锂离子电芯的封口均采用激光（LASER）熔接封口技术，它是利用YAG棒（钇铝石榴石）激光谐振腔中受强光源（一般为氮灯）的激励下发出一束单一频率的光（λ=1.06mm）经过谐振折射聚焦成一束，再把聚焦的焦点对准电芯的筒体和盖板之间，使其熔化后亲合为一体，以达到盖板与筒体的密封熔合的目的。

为了达到密封焊，必须掌握以下几个要素：

1）必须有能量大、频率高、聚焦性能好、跟踪精度高的激光焊机。

2）必须有配合精度高的适用于激光焊的电芯外壳及盖板。

3）必须有高统一纯度的氮气保护，特别是铝壳电芯要求氮气纯度高，否则铝壳表面就会产生难以熔化的Al2O3（其熔点为2400℃）。

四、电芯膨胀原因及控制

锂离子电芯在制造和使用过程中往往会有肿胀现象，经过分析与研究，发现主要有以下两方面原因：

1锂离子嵌入带来的厚度变化

电芯充电时锂离子从正极脱出嵌入负极，引起负极层间距增大，而出现膨胀，一般而言，电芯越厚，其膨胀量越大。

2．工艺控制不力引起的膨胀

在制造过程中，如浆料分散、C/A比离散性、温度控制都会直接影响电芯电芯的膨胀程度。

特别是水，因为充电形成的高活性锂碳化合物对水非常敏感，从而发生激烈的化学反应。

反应产生的气体造成电芯内压升高，增加了电芯的膨胀行为。

所以在生产中，除了应对极板严格除湿外，在注液过程中更应采用除湿设备，保证空气的干燥度为HR2%，露点（大气中的湿空气由于温度下降,使所含的水蒸气达到饱和状态而开始凝结时的温度）小于-40℃。

在非常干燥的条件下，并采取真空注液，极大地降低了极板和电解液的吸水机率。

五、铝壳电芯与钢壳电芯安全性比较

铝壳相对于钢壳具有很高的安全优势，以下是不同的压力实验：

压力是电芯压力为电芯内部之压力（单位：

Kg），表内数据为电芯之厚度（单位：

mm）由此可见钢壳对内压反映十分迟钝，而铝壳对内压反应却十分敏锐。

因此从厚度上就基本能判断出电芯的内压，而钢壳电芯往往隐含着内压带来的不安全隐患。

其中钢壳电芯型号为063448。

第三节锂离子电池保护线路（PCM）

由第二节锂离子电芯的知识我们可以看出,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,那么就应而产生了其保护线路,那么这个保护线路针对以上三个保护要求而言:

过充电保护:

过充电保护IC的原理为：

当外部充电器对锂电池充电时，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，当到达4.25V时（假设电池过充点为4.25V）即启动过度充电保护，将功率MOS由开转为切断，进而截止充电。

过放电保护:

过放电保护IC原理：

为了防止锂电池的过放电，假设锂电池接上负载，当锂电池电压低于其过