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1、锂离子电池基础知识培训,1.锂离子电池基础知识2.锂离子电池失效分析讨论3.锂离子电池制造过程失效分析讨论,目录,1.锂离子电池组成2.锂离子电池各部件简介3.常见包装方式简介4.公司目前各类锂离子电池性能简介(型号表特性曲线)5.电池制作流程时间表6.相关的检测报告及认证简介,1.锂离子电池组成1.1圆柱型锂离子电池组成,插头、引线,PCB（PCM）,面垫,电芯,圆柱型电芯规格,外观尺寸：,ICR18650,电芯直径:18.00.3mm,电芯高度:64.50.5mm,标称容量：3.6V/2200mAh,65.0mm,18.0mm,负极,正极,1.2聚合物锂离子电池组成,引线,PCB（PCM）
2、,电芯,聚合物电芯：,电芯外壳为铝塑膜软包装，正负极在电芯前端引出，一般镍片引出端为电芯负极，铝片引出端为电芯正极，如下图：,+,_,聚合物电芯规格,外观尺寸：,GSP38 35 62,电芯总长:621.0mm,电芯厚度:3.80.2mm,电芯宽度:350.5mm,标称容量：3.7V/800mAh,62mm,35mm,3.8mm,2.锂离子电池各部件简介,2.1电芯 2.1.1 负极 2.1.2 正极 2.1.3 电解液 2.1.4 隔膜2.2 PCB2.3 PTC2.4 NTC2.5 PTC与NTC的比较2.6 线材、插头,2.1 电芯,负极材料：金属锂、石墨、石墨化碳（软碳）、非石墨化碳（
3、硬碳）石墨：天然石墨、人造石墨、天然石墨包覆（改性天然石墨）石墨具有层状结构，许多原子和原子簇都可以嵌入（或掺杂）到它的层状结构中，形成所谓的石墨层间化合物（GIC）。锂离子嵌入到石墨结构可形成锂石墨层间化合物（Li-GIC），分子式为LiC6。在含锂盐的质子惰性有机溶剂中，石墨因锂的嵌入（或掺杂）而被电化学还原，并形成了Li-GIC，同时锂的脱嵌（或脱掺杂）又可导致Li-GIC的电化学氧化。以上过程已得到了确切的证实，这表明在非水溶剂中以Li-GIC为阳极可制成可充电池，如反应式（8.1）。LiaC Lia-dxC+dxLi+dxe-(8.1)电池放电时，阳极中的锂离子从石墨中脱嵌，溶解到电
4、解质中；充电时，锂离子则嵌入到石墨层间中。充放电过程中，阴极材料LiCoO2的组成发生可逆的变化，如反应式（8.2）。LiCoO2 Li1-dxCoO2+dxLi+dxe-(8.2)在钴酸锂阴极/石墨阳极的电池体系中，全电池反应如反应式（8.3）。LiCoO2+Lia-dxC Li1-dxCoO2+LiaC,2.1 负极,锂离子交换示意图,对于硬碳，锂离子可以电化学的嵌入到被微晶包围的超微孔隙（直径约0.7到0.8 nm）中及微晶本身结构的层间中。可以确认，超微孔隙可将锂离子设陷到原子簇中。在充放电循环中，硬碳的性能非常稳定。这种稳定性得益于其层间较宽的结构。如上所述，在充放电过程中，石墨（及
5、软碳）重复的进行着层间结构的膨胀、收缩。整个层间结构在这种重复进行的膨胀、收缩过程受到了破坏，从而导致在循环过程中容量的迅速衰减。天然石墨：加工性能好，容量高，循环较差人造石墨（针状胶）：加工性能较差，容量高，循环一般改性天然石墨（包覆）：加工性能一般，容量高，循环较好,2.1 负极,CMP2,FSN,MSG,CMS,AMG,2.1.2 正极,传统的合成方法来制备LiCoO2。先将四氧化三钴（Co3O4）和碳酸锂（Li2CO3）混合均匀，然后将混合物放在大约950的环境下煅烧。但是，用这种制备方法只能获得直径为1-3 m的细微颗粒LiCoO2，而无法制备较粗的颗粒。从安全的角度来看，使用较细的
6、颗粒作为电极材料是不利的。因为当电池被滥用时，如短路或被压轧，具有较大比表面积的细小颗粒就会在极短的时间内全部发生反应，整个电池的能量在瞬间被大量释放，产生大量的热量，有可能引起电池的着火。,2.1.2 正极,我们在原材料的混合物（Co3O4和Li2CO3）中加入了少量的PVA树脂，并用制粒机制成小颗粒。然后将小颗粒在含有一定量CO2气体的空气中烧结，即可制成平均颗粒直径为20m的钴酸锂；将原材料中的碳酸锂（Li2CO3）稍加过量一些，使Li/Co的原子比大于1。这一方法对合成大颗粒的LiCoO2也较为有利,碳酸锂(LiCoO2):用于一般移动便携式用电器：(LiNiO2)(LiNiyCoxO
7、2)及LiMn2O4：用于电动车LiFePO4：用于电动工具、储能电器,2.1.3 电解液,一般而言，非水溶剂电解质系统通过以下的方法来配制，将一定量的含锂盐，如LiPF6，LiBF4，LiClO4和LiAsF6等，溶解在具有恒定的高电介质溶剂中，如碳酸丙烯酯（PC），碳酸乙烯酯（EC），二甲基亚砜（DMSO）等。其中大部分的锂离子都可以被溶解在这些溶剂中。通过在上述溶剂中加入一些低粘性的溶剂，来降低电解质体系的粘性，从而增大其离子导电性。这些溶剂包括四氢呋喃、二甲氧基乙烷、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）和碳酸甲乙酯（MEC）。但是在以石墨为阳极的锂离子二次电池中，PC不能被用作为
8、电解质，因为PC在锂离子嵌入的库仑效率接近100%时会发生分解10)。而EC在锂离子嵌入时比PC要稳定的多，所以在以石墨为阳极的电池中最好以EC和低粘度溶剂的混合物作为电解质。但是，EC在室温下是固态，因而EC基电解质的电池比PC基电解质的电池特别是在低温下性能更差，主要就是因为它的粘度太大。由于硬碳不会导致PC的分解，因而PC基的电解质比较适用。最终我们选用PC和可溶解LiPF6的直线型有机碳酸酯，如DEC，DMC和MEC的混合物为电解质。一般的锂盐容度为1mol/L,2.1.4 隔膜,可以使用的隔膜有好几种，包括单轴拉伸聚乙烯（PE）膜和聚丙烯（PP）膜，双轴拉伸PE膜以及PP或PE/PP
9、的多层膜。我们选用的隔膜是双轴拉伸的PE微孔膜（厚度为25m）。隔膜，从原理上说是起着隔离阴、阳极以防止正负极直接接触，但又能进行离子导电的作用。除此之外，隔膜在锂离子二次电池的安全性方面也起着重要的作用。例如，当电池被过充电时，则电池内部的温度发生异常的升高，从而导致热塑性的隔膜材料软化，并关闭隔膜中的微孔（我们称这种现象为隔膜的“关断”）。PP/PE/PP：宇部、celgard隔膜，130度闭孔，160度熔化PE:旭化成隔膜，150度熔化一旦隔膜中的微孔因软化而关闭，电池就被停止了充放电，这样电池的发热就被阻止了。极少数的情况下，隔膜虽然已经被“关断”，但是由于发热的惯性，电池内部的温度继
10、续升高，导致隔膜因熔化而破裂，最终正负极发生直接接触，产生了一个巨大的热源（我们称这种现象为“熔断”或“破裂”）。大家不难想象“关断”和“熔断”这两者之间的温度差别有多大。,PCB有哪几种？根据所适用的电池特性来分，有适合一节Li-ion使用的PCB板，当然也就有适合两节、三节、四节的PCB板。值得注意的是，由于不同的制造商生产的Li-ion特性各不相同，各公司按各自电池的特性设计出的单节或多节Li-ion电池PCB板是不能互换使用的：1）所选用的IC也不一样，主要指过充电检测电压。2）采用不同的MOS管由于其内阻不一，所以根据工作电流应选用不同的IC；3）识别电阻、码片不一样 4）物理性能不
11、同如长、宽、厚等 5）设计电路也不同如：采用升压、降压、大电流、温度保护或发光特性等 因此不同的公司生产的Li-ion产品，PCB板是没有通用性的。按照PCB板的材料划分，则有两种。一种是普通的玻璃纤板也称硬板，另一种是柔性电路板。硬板的板基材料是玻璃纤维，其绝缘性、高频电特性都很好，但较脆，不能弯曲。在电池保护电路中常用的是0.40.8mm厚的玻纤板。另一种是柔性板。它的板基材料是聚脂或聚酰亚胺，其特点是柔性好、可弯曲成90安装，其厚度一般为0.1mm左右，所以占的体积小，适合小型电池块使用，但成本高，是玻纤板的35倍。,2.2 PCB,2.3 PTC热敏电阻,PTC热敏电阻，即正温度系数（
12、position temperature coefficient）热敏电阻的英文首字母缩写，其电阻值随温度升高而增大，基要参数有阻值、封装、精度。现用在保护电路中起阻断回路中电流用。现用的是两端带有镍带，需点焊的，叫过流保护器，英文名为“polyswitch”，内阻有30mW左右。现也有贴片式的但封装体积较大。内阻仍不能减少。反应速度慢。1.高分子PTC热敏电阻主要应用于哪些方面？高分子PTC热敏电阻可用于计算机及其外部设备、移动电话、电池组、远程通讯和网络装备、变压器、工业控制设备、汽车及其它电子产品中，起到过电流或过温保护作用。2.高分子PTC热敏电阻与保险丝、双金属电路断路器及陶瓷PTC
13、热敏电阻的主要区别是什么？高分子PTC热敏电阻是一种具有正温度系数特性的导电高分子材料，它与保险丝之间最显著的差异就是前者可以多次重复使用。这两种产品都能提供过电流保护作用，但同一只高分子PTC热敏电阻能多次提供这种保护，而保险丝在提供过电流保护之后，就必须用另外一只进行替换。,高分子PTC热敏电阻与双金属电路断路器的主要区别在于前者在事故未被排除以前一直出于关断状态而不会复位，但双金属电路断路器在事故仍然存在时自身就能复位，这就可能导致在复位时产生电磁波及火花。同时，在电路处于故障条件下重新接通电路可能损坏设备，因而不安全。高分子PTC热敏电阻能够一直保持高电阻状态直到排除故障。高分子PTC
14、热敏电阻与陶瓷PTC热敏电阻的不同在于元件的初始阻值、动作时间（对事故事件的反应时间）以及尺寸大小的差别。具有相同维持电流的高分子PTC热敏电阻与陶瓷PTC热敏电阻相比，高分子PTC热敏电阻尺寸更小、阻值更低，同时反应更快。,PTC热敏电阻的选用方法,每一种热敏电阻都有“耐压”、“耐流”、“维持电流”及“动作时间”等参数。您可以根据具体电路的要求并对照产品的参数进行选择，具体的方法如下：首先确定被保护电路正常工作时的最大环境温度、电路中的工作电流、热敏电阻动作后需承受的最大电压及需要的动作时间等参数；根据被保护电路或产品的特点选择“芯片型”、“径向引出型”、“轴向引出型”或“表面贴装型”等不同
15、形状的热敏电阻；根据最大工作电压，选择“耐压”等级大于或等于最大工作电压的产品系列；根据最大环境温度及电路中的工作电流，选择“维持电流”大于工作电流的产品规格；确认该种规格热敏电阻的动作时间小于保护电路需要的时间；对照规格书中提供的数据，确认该种规格热敏电阻的尺寸符合要求。例如，某控制电路需要过流保护，其工作电压为48伏特、电路正常工作时电流为450毫安、电路的环境温度为50。要求电路中电流为5安培时2秒内应把电路中的电流降到500毫安以下。我们可以根据其工作电压48伏特，首先选择耐压等级为60伏特的KT60B系列热敏电阻，如表1所示；然后对照该系列热敏电阻的维持电流与温度关系列表选择KT60
16、0750B或KT600900B两种规格的产品，如表2所示；再根据动作时间与电流的关系图发现，5安培时KT600750B的动作时间为1秒钟左右而KT600900B的动作时间为2秒钟左右，如图1所示；因而应选择KT600750B规格的热敏电阻。该种规格的热敏电阻动作后电路中的电流小于30毫安，因而能够满足过流保护的要求。,用于各种荧光灯电子镇流器、电子节能灯中，不必改动线路，将适当的热敏电阻器直接中跨接在灯管的谐振电容器两端，可以变电子镇流器、电子节能灯的硬启动为预热启动，使灯丝的预热时间达0.42秒可延长灯管寿命三倍以上。,MZ11B系列PTC热敏电阻器主要用于高性能镇流器和节能灯零温升、零功耗
17、的预热启动。,常见PTC,MZ12A型PTC热敏电阻器主要用于电子镇流器（节能灯、电子变压器、万用表、智能电度表）等的过流过热保护，直接串联在负载电路中，在线路出现异常状况时，能够自动限制过电流或阻断电流，当故障排除后又恢复原态，俗称“万次保险丝”。,PTC120/175/180/450主要用于锂电电路中，起过流保护作用,2.4 NTC,NTC热敏电阻，即负温度系数（negative temperature coefficient）热敏电阻的英文首字母缩写，其阻值随温度升高而减小。主要作用是感应电池组的表面温度变化，通过阻值的变化转化成电性信号输出。基本参数有阻值、封装、精度，B常数。B常数定
18、义为：现用在保护电路中起温度保护作用。,适用于转换电源、开关电源、UPS电源、各类电加热器、电子节能灯、电子镇流器、各种电子装置电源电路的保护以及彩色显示像管、白炽灯及其它照明灯具的灯丝保护。,适用于大功率的转换电源、开关电源、UPS电源各类大功率照明灯具、电加热器的浪涌电流抑止。,常见NTC,用于一般精度的温度测量和在计量设备、晶体管电路中的温度补偿。,主要用于汽车、内燃机车、大型电机、油浸变压器等的冷却系统作定点测温的感温元件，也可用在其它场合的温度测量。,广泛应用于空调、暖气设备、电子体温计、液位传感器、汽车电子、电子台历等领域。,广泛应用于空调设备、暖气设备、电子体温计、液位传感、汽车
19、电子、电子台历、手机电池。,广泛应用于家用电器（如空调机、微波炉、电风扇、电取暖炉等）的温度控制与温度检测、办公自动化设备（如复印机、打印机等）的温度检测或温度补偿、工业、医疗、环保、气象、食品加工设备的温度控制与检验、液面指示和流量测量、手机电池、仪表线圈、集成电路、石英晶体振荡器和热电偶的温度补偿。,应用于半导体集成电路、液晶显示、晶体管及移动通讯设备用石英振荡器的温度补偿、可充电电池的温度探测、计算机微处理器的温度探测、需温度补偿的各种电路。,2.5 PTC与NTC的比较过流保护片（高分子PTC）同温控开关（双金属片保护器）的区别,一保护原理过流保护片（高分子PTC,也叫高分子可恢复保险
20、丝），是一种具有正温度系数特性的导电高分子材料高分子PTC热敏电阻是由填充炭黑颗粒的聚合物材料制成。这种材料具有一定导电能力，因而能够通过额定的电流。如果通过热敏电阻的电流过高，它的发热功率大于散热功率，此时热敏电阻的温度将开始不断升高，同时热敏电阻中的聚合物基体开始膨胀，这使炭黑颗粒分离，并导致电阻上升，从而非常有效地降低了电路中的电流。这时电路中仍有很小的电流通过，这个电流使热敏电阻维持足够温度从而保持在高电阻状态。当故障排除之后，高分子PTC热敏电阻很快冷却并将回复到原来的低电阻状态，这样又象一只新的热敏电阻一样可以重新工作了。温控开关（双金属热保护器）是由导热金属外壳、焊有银合金触点的
21、双金属元件等元件组成。电流通过有阻抗的双金属元件，遇非正常工作时，随电流增大或周围温度升高至设定温度值时，双金属元件迅速动作，打开触点，切断电路。当装置冷却到安全工作温度时，触点自动闭合，恢复正常工作状态,二从保护原理来看，过流保护片是因为通过的电流使PTC元件自身发热从而对整机进行保护，所以它对电流保护更敏感而热保护器的双金属片自身有感温功能，在通过的电流没有太大改变，而环境温度急剧升高时，也能对整机进行保护，所以双金属热保护器对温度保护更敏感因此在很多客户在要求比较高的情况下，通常会采用双金属和高分子双重保护，前者针对过热，过温保护，后者进行过流保护三从保护原理来看，我们也会发现高分子PT
22、C在保护电路状态并没有完全切断电路，因为高分子PTC受热后，电阻会变得无穷大，但仍然有残余电流存在，在要求较高或者电路比较精密的情况下，对电路其他元件会带来损伤而双金属热保护器在保护时是完全切断电路，没有任何残余电流；四从材质上来看，高分子PTC的材质是有机物质，在环境恶劣，经常受大电流冲击，或者长时间使其在电阻无穷大的保护保护状态，有机材质容易失效，甚至燃烧，从而起不到保护作用而双金属热保护器是金属结构，受外界环境影响小，性能更稳定，更可靠这也是为什么许多关注质量的厂家选择成本更高的双金属保护热保护器的原因.,2.6线材、插头,AWM1007聚氯乙烯绝缘电线 相当于我国AV,RV型电线。使用
23、特性：电线长期的允许工作温度80C 额定电压：300V20C时的绝缘电阻10mohm/km 规格AWG26 标称截面：0.128导线结构：7/0.16 绝缘标称厚度：0.45mm导体电阻148.94ohm/km最大外径1.6mm参考重量3.2kg/km 规格AWG24标称截面：0.205结构：11/0.16mm1/0.52mm绝缘标称厚度：0.45mm导体电阻.93.25ohm/km最大外径1.7mm参考重量4.2kg/km 规格AWG22标称截面：0.324导线结构17/0.16 13/0.18 1/0.65 绝缘称 厚度：0.45mm导体电阻55ohm/km最大外径1.9mm参考重量5.7
24、kg/km 规格AWG20标称截面：0.519导线结构：20/0.16 绝缘标称厚度：0.45mm导体电阻34.6ohm/km最大外径2.1mm参考重量7.8kg/km,说明：导体使用镀锡铜绞线3016AWG 额定温度：80 额定电压：30V PVC绝缘，柔软抗老化 开线和剥皮。抗酸碱,耐油及防潮霉性能好.应用：一般商用电子,电器及设备仪器内部连接线，环境温度不超过80场合。,线材与端子的拉力与胶壳型号无关，与线的大小成正比,a、串联：电压升高，容量基本不变；b、并联：电压基本不变，容量升高；c、混联：电压与容量都会升高。d、单体加PCB、单体加引线插头、单体电池,3.常见包装方式,4.目前各
25、类锂离子电池性能简介,4.1圆柱型锂电18650 3.7V4.2圆柱型锂电18650TD 3.0V4.3聚合物锂电 3.7V4.4聚合物锂电动力电池 3.7V4.5扣式锂电 3.7V,Cylindrical Battery Series柱型锂离子电池系列,Capacity:70mAh-3300mAhVoltage:3.0V、3.7V,圆柱型动力锂离子电池3.7V 18650/2200mAh,圆柱型动力锂离子电池18650TD 3.0V,应用范围APPLICATIONS:动力航模、动力车模、动力电动工具等Appline in Model ship/Power tool.,Rates Discha
26、rge放电倍率曲线,1C,5C,10C,15C,Charge/Discharge:0.5C/10C25 100%DOD,ICR18650TD Cycle Life,18650TD 3.0V 特性CHARACTERISTIC,Stroroge condition:fully charged 25Chorge:CC/CV 3.65V 0.5CmADischarge:Constant Current 10CmA 25,性能检测曲线,1.优越的安全性能，比普通的3.7V锂离子动力电池更安全,2.优越的大电流放电特性、高温性能,10C放电容量能达到1C放电容量的95%以上.,3.良好的充电性能，可进行长
27、时间恒压充电而不影响电池性能，用于电动工具数码产品等备用应急电源.,4.不含有害重金属、无污染材料，是一种真正经济的、环保的、绿色能源，符合当今环保经济的世界潮流,应用范围APPLICATIONS:蓝牙耳机等数码产品Bluetooth earphone,锂聚合物电池 041429/120mAh 3.7V,特性CHARACTERISTIC,1.安全性能好：外包装为铝塑包装，有别于液态锂电的金属外壳，由于采用软包装技术，内部质量隐患可立即通过外包装变形而显示出来，一旦发生安全隐患，不会爆炸，只会鼓胀.2.重量轻：聚合物锂电比同等规格的钢壳液锂轻40，比铝壳液锂轻20.3.容量大：比同等规格的钢壳液
28、锂容量高10-15，比铝壳液锂容量高5-10 4.形状可定制：可按客户要求设计电池的厚度、形状比如孤型5.使用寿命长：聚合物锂离子电池具有优异的循环性能,寿命长达500次以上,不同倍率放电曲线,循环寿命曲线,GSP041429,GSP041429,锂聚合物电池 041429/120mAh 3.7V,动力聚合物锂电池,应用范围APPLICATIONS:动力航模、动力车模、动力电动工具等Appline in Model ship/Power tool.,15C(15000mAh)放电曲线图,GSP063465D,1CC/15CD循环曲线图,GSP063465D,动力电池特性CHARACTERIST
29、IC,3.15C放电能放出90%以上的容量，平均电压为3.3V.,常规LIR2032扣式锂电池,应用范围APPLICATIONS:手摇充电器、LED灯具、仪器、仪表、IC设备。,5.电池制作工艺流程,5.1圆柱型锂电池工艺时间流程图5.2聚合物锂电池工艺时间流程图5.3扣式锂电池工艺时间流程图,5.1圆柱型电池工艺时间流程图,5.2 聚合物锂电池工艺时间流程图,5.3 扣式锂电池工艺时间流程图,6.相关检测报告及认证简介,7.1 UL认证（美国保险商试验室公司 安全标准）7.2 CE认证（电磁兼容）7.3 UN38.3测试（联合国危险物品运输试验和标准手册第3部门38.3条款）7.4 SGS&RoHS测试7.5 天津十八所安全测试认证7.6 18650TD测试报告7.7 聚合物动力电池测试报告,
