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1、锂离子电池基础性能及特点,锂离子电池基础性能及特点,目 录,一、什么是电池？二、电池的发展过程三、电池的分类：四、什么是锂离子电池?五、电池的结构：六、锂离子电池的工作原理七、锂离子电池的基本特性八、安全性能九、使用方法,目 录 一、什么是电池？,一.什 么 是 电 池?,电池也称为电源，是将其他形式的能量转换成电能的一种装置。电源又分为物理电源和化学电源。物理电源指象水利发电，风力，火力发电等电源。化学电源是将化学能转换为电能的储能或换能装置。,一.什 么 是 电 池?电池也称为电源，是将其他形式的能量,化学电池的基本组成,正极材料负极材料电解液外壳,化学电池的基本组成正极材料,化学电池的基
2、本类型,电解液参加反应型电池如铅酸电池，镍镉电池等；电解液不参加反应型电池如：锂离子电池，锂电池等；电池反应：一个电极发生氧化反应（失电子反应）A-A+e-一个电极发生还原反应（得电子反应）B+e-B,化学电池的基本类型电解液参加反应型电池,二.电池的发展过程,人类生活离不开能源，如水、风、电、太阳光都属于能源。而电池是将这些能源加以利用的一种装置。电池的发明距今已经有二百多年的历史，与我们的生活可以说是密不可分。,二.电池的发展过程,三、电池的发展历史,1800年伏特电池1836年丹尼尔电池（Cd/CdSO4/ZnSO4/Zn)1839年空气电池(Zn/O2)1859年铅酸电池(1882年产
3、业化)Pb/PbO21868年干电池(1888年产业化)1883年氧化银电池1899年镍镉电池(1980年产业化)Cd/Ni1901年镍铁电池 Fe/Ni1958年锂一次电池(1970年产业化)Li/MnO21990年氢镍电池 Ni/HMx1990年左右锂离子电池(1991年商品化)1995年聚合物锂离子电池(1999年商品化),三、电池的发展历史1800年伏特电池,中国电池的发展历史,我国电池业的发展晚了50年。1911年在上海有了第一家电池厂1921年在上海第一家铅酸蓄电池厂成立 1941年延安成立第一家锌锰干电池 1957年有了第一家化学电源研究室1958年有了第一家化学电源研究所(天津
4、十八所)1960年在河南新乡成立第一家碱性蓄电池厂 1990年镍氢电池重点攻关-产业化 1995年锂离子电池攻关-产业化,中国电池的发展历史我国电池业的发展晚了50年。,四.电池的分类:,电池的分类有很多种方法:第一类:按电解液种类划分;第二类:按电池的工作性质和贮存方式划分;第三类:按电池所用正/负极材料划分.,.,四.电池的分类:电池的分类有很多种方法:.,第一类：按 电 解 液 种 类 划 分,碱性电池:电解质主要以氢氧化钾水溶液为主的电 池：如：碱性锌锰电池（俗称碱锰电池 或碱性电池）、镉镍电池，镍氢电池等酸性电池:主要以硫酸水溶液为介质，如锌锰干电 池（有的消费者也称之为酸性电池）、
5、海水电池、铅酸电池等；有机电池:以有机溶液为介质的电池，如锂电池等,第一类：按 电 解 液 种 类 划 分碱性电池:,第二类：按工作性质和贮存方式划分,一次电池:又称原电池，即电池放电之后不能再充电或者重 复使用的电池，如锌锰干电池，锂电池等；二次电池:又称蓄电池即电池放电之后可以再充电而能够重 复多次使用的电池，如镍氢、镉镍电池、锂离子电池等；燃料电池:即活性材料在电池工作时才连续不断地从外部加 入电池，如氢氧燃料电池等；贮备电池:即电池贮存时不直接接触电解液，直到电池使用 时，才加入电解液，如镁化银电池又称海水电 池等。,第二类：按工作性质和贮存方式划分一次电池:又称原电池，即,第三类：按
6、电池所用正、负极材料划分,锌系列电池：如锌锰电池、锌银电池等；镍系列电池：如镉镍电池、氢镍电池等；铅系列电池：如铅酸电池等；锂离子电池：锂锰电池；二氧化锰系列电池：如锌锰电池、碱锰电池等；空气（氧气）系列电池：如锌空电池等。,第三类：按电池所用正、负极材料划分,四.什么是锂离子电池?,锂离子电池是浓差电池的一种。正极材料是一种含有高浓度锂含量的氧化物。负极材料是一种含有低浓度锂含量的氧化物。电解液是一种含有一定锂浓度的有机物。锂在三种材料中的状态都是离子，所以叫锂离子电池。,四.什么是锂离子电池?锂离子电池是浓差电池的一种。,五.锂离子电池的基本结构：,锂离子电池由五个基本材料组成：1、正极活
7、性物质2、负极活性物质3、隔膜4、电解液5、外壳,五.锂离子电池的基本结构：锂离子电池由五个基本材料组成：,锂离子电池工作原理示意图,正极,负极,隔膜,外壳,锂离子电池工作原理示意图正极负极隔膜外壳,我们公司的锂离子电池,正极活性物质：LiCoO2,LiMn2O4,LiNixMnxCoyO2,LiFePO4负极活性物质：LixC6（石墨）电解液：LiPF6-有机溶液+添加剂隔膜：聚丙烯（PP/pe/pp）、聚乙烯（PE）多孔膜。外壳：铝塑膜电极引线：铝带、镍带。,我们公司的锂离子电池正极活性物质：,七.锂离子电池的工作原理,充电过程：正极反应:LiCoO2 xLi+Li1-xCoO2+xe-负
8、极反应:xLi+xe-+C6 LixC6放电过程：正极反应:xLi+Li1-xCoO2+xe-LiCoO2 负极反应:LixC6 xLi+xe-+C6,七.锂离子电池的工作原理充电过程：,不同电池性能对比,不同电池性能对比技术参数铅酸电池镍镉电池镍氢电池锂离子电池额,锂离子电池的缺点,1材料成本高，320元/kg。2不能过充电，爆炸或燃烧。3不能过放电，失效。4、与普通电池的相容性差。5、不能短路，爆炸或燃烧。6、不能漏气，失效。7、不能刺破。,锂离子电池的缺点1材料成本高，320元/kg。,九.液态软包装电池与钢、铝壳的区别,1.安全性能好：外包装为铝塑包装，不会爆 炸，只会鼓胀；2.超薄设
9、计：厚度可做到2mm以下。3.重量轻：比同等规格的钢壳轻40，比铝壳轻20；4.内阻小：使用时间相差20-50%；5.形状可定制：方形的、圆形的、三角的、,九.液态软包装电池与钢、铝壳的区别1.安全性能好：外包装为铝,电池的基本特性,外形尺寸：厚度：电池最厚处的厚度（橡胶测厚仪）。宽度：电池最宽处的宽度。长度：电池底部到密封胶顶端的距离。,长度,电池的基本特性外形尺寸：长度,十.锂离子电池基本电性能,电压参数：开路电压：电池两端没有加负载时的电压。充电态电压：满充电后，电池的开路电压。放电态电压：放完电后，电池的开路电压。负载电压：电池在连接负载后，电池正、负极之间的电压额定工作电压：放电时电
10、压平台结束时的负载电压。放电平台电压：额定工作电压。平均工作电压：放电到50%的负载电压。充电上限电压：充电时，允许的最高电压。放电下限电压：放电时，允许的最低电压。电池工作电压范围：放电下限电压-充电上限电压,十.锂离子电池基本电性能电压参数：,各种电压在放电曲线的位置,电压,带电量,充电态电压,放电态电压,平台电压,平均电压,50%,100%,各种电压在放电曲线的位置电压带电量充电态电压放电态电压平台电,电池内阻,内阻参数：内阻：指电池正、负极两端之间的电阻。铝箔、正极材料、电解液、负极材料、铜箔的电阻之和；以及各材料之间的界面阻抗组成。单位：毫欧姆，mohm,m,电池内阻内阻参数：,不同
11、因素对内阻的影响,电压对内阻的影响：电压升高，内阻下降；电压降低，内阻提高；LiCoO2电阻高，Li1-xCoO2电阻降低；温度对内阻的影响：温度升高，内阻提高；温度降低，内阻下降；温度影响锂离子在材料中的扩散速度。,不同因素对内阻的影响电压对内阻的影响：,电池的电流输出,电流参数：充电电流：给电池充电时使用的电流。一般：20%x 容量值；特殊：300%x 容量值；放电电流：让电池放电时使用的电流。额定放电电流：最小能放出的电流，一般情况：20%x 容量值正常放电电流：不发热时的放电电流；最大放电电流：能够达到的最大放电电流；脉冲工作电流：能够持续几秒钟的最大工作电流。倍率放电电流：放电电流等
12、于容量值的系数。如：0.2C，0.5C,1C,3C,8C,15C,20C,25C,30C.小时率放电电流：按照时间进行放电的电流。如：1小时率=1C，5 小时率=0.2C，10 小时率=0.1C,电池的电流输出电流参数：,电池的容量,额定容量电池满充电后的最少能放出的电量。单位：库仑或安时，1安培x小时，1毫安x小时单位换算：1安时（AH）=1000毫安时（mAh)1安时（AH）=3600库仑（Q）表示方法：xxxx，标称容量满充电后的平均能放出的电量。表示方法：xxx范围，如：100050 mAh设计容量：设计时根据材料的锂离子含量的计算出的容量，比标称容量高一定数值，与制造精度有关。倍率放
13、电容量：按照倍率放电电流放电时，放出90%所能达到的容量。如：10C放电，容量900mAh,电池的额定容量为1000mAh。,电池的容量额定容量,电池的基本电性能,体积比容量：单位体积电池放出的容量；额定容量/体积用容量预测电池的体积，或者体积预测电池的容量。LiCoO2 电池：110mAh/cm3.LiMn2O4电池：72mAh/cm3LiFePO4电池：74mAh/cm3重量比容量：单位重量电池放出的容量；额定容量/重量用容量预测电池的重量，或者重量预测电池的容量。LiCoO2 电池：56mAh/g.LiMn2O4电池：36mAh/gLiFePO4电池：40mAh/g,电池的基本电性能体积
14、比容量：单位体积电池放出的容量；,电池的基本电性能,体积比能量（能量密度）：单位体积电池放出的能量；额定电压x额定容量/体积用能量预测电池的体积，或者体积预测电池的能量。LiCoO2 电池：396wh/cm3.LiMn2O4电池：259wh/cm3LiFePO4电池：266wh/cm3重量比能量（能量密度）：单位重量电池放出的容量；额定电压x额定容量/重量用容量预测电池的重量，或者重量预测电池的容量。LiCoO2 电池：202wh/g.LiMn2O4电池：130wh/gLiFePO4电池：120wh/g,电池的基本电性能体积比能量（能量密度）：单位体积电池放出的能,电池容量的测量方法,先充满电
15、，再放完电。充电方法：恒流恒压充电法。放电方法：恒流放电。标准测量法（国家标准）：适用范围：-2060以0.2C电流充电到上限电压，再用上限电压转为恒压充电。以0.2C电流放电到下限电压。快速测量法（行业或企业标准）：适用范围：+2060以1C电流充电到上限电压，再用上限电压转为恒压充电。以1C电流放电到下限电压。,电池容量的测量方法先充满电，再放完电。,电池充电曲线,4.2,3.0,电压,容量,100%,恒压充电,恒流充电,0%,电池充电曲线4.23.0电压容量100%恒压充电恒流充电0%,不同电流下的充电曲线,4.2,3.0,电压,容量,100%,1C,0.2C,0.5C,0%,不同电流下
16、的充电曲线4.23.0电压容量100%1C0.2C,充电电流对充电曲线的影响,充电电流越小，恒流充电容量越高恒压充电容量越小相反充电电流越大，恒流充电容量越小恒压充电容量越高无论充电电流大小，只要采用CC/CV法就能充满。,充电电流对充电曲线的影响充电电流越小，,电池放电曲线,4.2,3.0,电压,容量,容量百分比,电池放电曲线4.23.0电压容量容量百分比,不同放电电流下的放电曲线,4.2,3.0,电压,容量,容量百分比,3C,1C,0.5C,0.2C,8C,100%,0%,50%,放电平台,不同放电电流下的放电曲线4.23.0电压容量容量百分比3C1,电流对放电容量及平台的影响,对放电容量
17、的影响：电流越大，放电容量越低。电流越小，放电容量越高。对放电平台的影响:电流越大，放电平台越低。电流越小，放电平台越高。,电流对放电容量及平台的影响对放电容量的影响：,不同温度下的放电曲线（0.2C）,4.2,3.0,电压,容量,容量百分比,-10,0,10,20,-20,100%,0%,50%,3.6V放电平台,60%，80%，90%，95%，100%,不同温度下的放电曲线（0.2C）4.23.0电压容量容量百分,单次充放电循环曲线,4.2,3.0,电压,容量,0%,放电容量,充电容量,100%,200%,放电容量/充电容量=充电效率，97-99%,单次充放电循环曲线4.23.0电压容量0
18、%放电容量充电容量1,电池循环曲线,容量,0%,循环次数,100%,50%,100,200,300,电池循环曲线容量0%循环次数100%50%100200300,循环性能参数,充电效率（库仑效率）：放电容量/充电容量，97-99%观查是否有副反应的存在。容量保持率：第N次容量/第一次容量；100，95%；200，90%；300，85%.循环寿命:放电容量/第一次容量=50%时的循环次数。,循环性能参数充电效率（库仑效率）：,影响循环寿命的因素,温度：在-2040内，温度越高，寿命越长；在4060内，温度越高，寿命越短；充电恒压值：电压越高，寿命越短。不适合浮充电。充放电流：电流越高，寿命越短。
19、,影响循环寿命的因素温度：,电池的自放电,自放电现象：电池满充电后，搁置一个月的容量的自然衰减。自放电程度的衡量：自放电率一个月后的容量/初始容量。不同温度下的自放电率；-20，-10，0，10，20，30，40，50，600%，2%，6%，10%，15%，20%，25%，30%，35%不同电压下的自放电率(20)4.2，4.0，3.9，3.8，3.85，3.7，3.6，3.015%,14%,12%,10%，5%，2%，1%，0%粉尘、极片毛刺的影响：非常大，无法估量。,电池的自放电自放电现象：,十一.软包装电池的性能测试,1.外观、尺寸、质量 1)技术要求:电池外表清洁、无明显划痕及机械损伤
20、，无漏液现象;标明电池型号、极性、出厂日期、制造商、批号 2)测试方法1 用目测方法检查电池外观及标志；2 用游标卡尺测量电池尺寸3 用天平称电池重量。,十一.软包装电池的性能测试1.外观、尺寸、质量,电池环境适应性,1、恒定湿热试验测试方法：电池满充电，在(405)条件下开路放置48小时,20两小时，再放完电，测试电池内阻及厚度。技术要求：90%初始容量，无明显变形、锈蚀、冒烟或燃烧。内阻不大于原来的120%,厚度增长不大于原来的105%.,电池环境适应性1、恒定湿热试验,电池环境适应性,2、机械振动振幅：0.8mm方向：x,y,z频率：10-55Hz，每分钟变化一次时间：90-100分钟。
21、要求：电压3.6V,不破裂、不冒烟、不 起火、不漏气、不漏液。,电池环境适应性2、机械振动,电池环境适应性,3、跌落高度：1.2 m方向：x、y、z次数：各一次 要求：电池不破裂、不冒烟、不起火、不漏气、不漏液。,电池环境适应性3、跌落,电池安全性能,1、重物冲击 高度：1米 重量：10kg 要求：电池不起火、不燃烧。,电池安全性能1、重物冲击,电池安全性能,2、热箱试验（热冲击）PP隔膜：5/min，速度升温至150，10分钟。PE隔膜：5/min，速度升温至130，30分钟。要求：电池不破损、不起火、不燃烧。,电池安全性能2、热箱试验（热冲击）,电池安全性能,3、短路试验将正、负极用100
22、mohm的导线连接。要求：电池不破损、不冒烟、不起火。电池表面温度不超过160.,电池安全性能3、短路试验,电池安全性能,4、过充电试验以3C电流充电，是电压升高到10V.要求：电池不破损、不冒烟、不起火。电池表面温度不超过160.,电池安全性能4、过充电试验,电池安全性能,5、过放电试验1C电流放电到-10V，持续4小时。要求：电池不破损、不冒烟、不起火。电池表面温度不超过160.,电池安全性能5、过放电试验,电池安全性能,6、钢钉穿刺测试方法：将满充电的电池，放在一钢制夹具中，以直径3的钢钉在电池中央部位沿与电极垂直的方向穿透电池，并放置6小时以上。技术要求：电池不燃烧、不起火。,电池安全性能6、钢钉穿刺,电池安全性能,7、浸水实验测试方法：将满电态的电池浸没于室温下的水槽 中放置24小时以上。技术要求：电池不起火、不燃烧。,电池安全性能7、浸水实验,
