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锂离子电池基本知识培训 Prepared by: 殷世抒 Date: 2012/03/2 内容 1.关键词 1.1 二次电池的主要类别 1.2 锂离子电池的特性 2. 反应原理 2.1 正常充放电过程 2.2 异常充放电过程 3. 材料的主要成分，作用及其特性 2.1 正极材料 2.2 负极材料 2.3 隔膜 2.4 电解液 2.5 铝塑膜/钢壳-盖帽 2.6 极耳 4. 主要的性能参数，影响因素及相对应的关键控制点 1.2 锂离子电池的特性（1） 1.2 锂离子电池的特性（2） 各种电池的比较 2 反应原理 基本反应原理： 充电过程： 锂离子在负极表面得到电子，被还原为锂原子；然后在微弱的共价键作用下，镶嵌到石墨分子（6个碳原子）中。 放电过程: 锂原子从LiC6中脱嵌而出，失去电子变成锂离子，回到电解液和正极。 2.1 正常充放电过程 充电过程： 正极反应： Li1MO2----Li1-xMO2 +x Li+ xe- 负极反应： C + x Li+ +x e-----? CLix 总反应： Li1MO2+C--? Li1-xMO2+ CLix 放电过程： 正极反应： Li1-xMO2 +x Li+ +xe- ---? LiMO2 负极反应： CLix -----? C + xLi+ +e- 总反应： Li1-xMO2+ CLix--?Li1MO2+C 2.2 异常充放电过程 过充电：通常指电压高于4.2v以上。一般高于4.35v会严重损伤电池性能。从分子层面看，可以直观的理解，过度充电将把太多的锂原子硬塞进负极碳结构里去，当没有足够的石墨分子来“存放”锂原子时，锂原子将在负极石墨表面结晶，即“析锂”现象；当枝晶越长越大时，可能刺穿隔膜导致短路。 过放电：通常指电压低于3.0v。一般低于2.0v会严重损伤电池性能。过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷。同时，当电池电压低于铜的氧化电位时，铜箔将会溶解进入电解液，并在正极片上面结晶析出，即“析铜”现象。 过电流充（大倍率）放电：可能会严重损伤电池，导致鼓胀，起火，爆炸等事故。 严重过充的可能后果: 1）：容量衰减快，电压衰减快； 2）：鼓胀，起火，爆炸。 严重过放的可能后果： 1）：容量衰减快，电压衰减快； 2）：鼓胀 2.3 析锂和析铜的照片 3 电池材料 3.1 正极材料： 正极材料的晶体结构 3.2 负极材料 负极材料主要是石墨，分天然石墨，人造石墨，改性石墨等。 石墨吸附能力非常强，很容易吸收水分，吸收灰尘，吸收气体，因此要密封保存。层状石墨无定形体在空气中的着火点很高(1000度以上），但如果颗粒非常小，有明火存在时则在750-800度比较容易被引燃。化学性能稳定，常温下不与酸性，碱性，有机或无机溶液发生反应。 负极材料的主要作用： 1）包容锂原子，形成LiC，降低Li原子的化学活性。 2）导电性好，有利于降低电池的内阻。 小问题：卷绕工序为什么要求负极必须完全包住正极？ 3.3 隔膜 隔膜的成分：PP+PE 隔膜的结构分类：单层，双层，三层 常用的隔膜是一层PP和一层PE（或两层PP）压合在一起形成。每层膜的微观结构上都有很多微孔，能够透过分子直径比较小的气体分子，能通过离子，但不能通过电子。 隔膜的特性: 1）受热收缩：80°以上的环境中，长度和宽度两个方向都会受热收缩； 2）离子导通，电子关断。 3）软化点130-140°，熔点170-190°。 隔膜的作用： 1）在正负极之间起到绝缘作用； 2）充放电的过程中，通过锂离子穿行来实现电荷的转移。 3.4 电解液 主要成分 1）溶剂：PC/EC/DEC/EMC/DMC等碳酸酯类的混合物，还有一些添加剂，其中DMC（碳酸二甲酯）的凝固点为4°，沸点为90°。 2）溶质：六氟磷酸锂LiPF6.浓度通常为1mol/升。 作用：在充放电过程中作为一种媒介，并提供足够多的正电荷。 化学特性： 1.溶剂： 1）低温易凝固，阻抗增加，使导电能力急剧减弱； 2）高温易分解，产生许多种复杂的气体组分，电池内部气压升高导致鼓胀漏液，或者内阻升高，电压及容量迅速衰减。 2. 溶质：LiPF6极易发生水解，产生大量的氢氟酸。 LiPF6 + H2O -----? LiPO3 + 3HF + LiF 3.5 极耳 组成：金属片+极耳胶 金属片的作用