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1、1,鋰離子動(dòng)力電池基本知識(shí),主講：時(shí)間：地點(diǎn)：,2,大綱,電池分類電池術(shù)語(yǔ)與及使用基本常識(shí)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之應(yīng)用領(lǐng)域磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之工藝流程磷酸鐵鋰動(dòng)力電池之生產(chǎn)設(shè)備鋰離子電池之性能指標(biāo),3,電池種類劃分,一次電池小型二次電池：鎳鎘、鎳氫、鋰離子鉛酸電池動(dòng)力電池燃料電池太陽(yáng)能電池-地面光伏發(fā)電其他新型電池,4,電池術(shù)語(yǔ)與及使用基本常識(shí),5,容量,電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為電池的容量，以符號(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）。電池的容量可以分為理論容量、額定容量、實(shí)際容量。理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計(jì)算而得的最高理論值

2、。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，單位為Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。實(shí)際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為Ah，其值小于理論容量。額定容量也叫保證容量，是按國(guó)家或有關(guān)部門頒布的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。,6,內(nèi)阻,電流通過(guò)電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為電池的內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在放電過(guò)程中隨時(shí)間不斷變化，因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液濃度和溫度都在不斷地改變。電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化與濃差

3、極化。內(nèi)阻的存在，使電池放電時(shí)的端電壓低于電池電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓，充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開(kāi)路電壓。歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關(guān)系，常隨電流密度的對(duì)數(shù)增大而線性增大。,7,負(fù)載能力,當(dāng)電池的正負(fù)極兩端連接在用電器上時(shí)，帶動(dòng)用電器工作時(shí)的輸出功率，即為電池的負(fù)載能力。,8,內(nèi)壓,指電池的內(nèi)部氣壓，是密封電池在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體所致，主要受電池材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素影響。其產(chǎn)生原因主要是由于電池內(nèi)部水分及有機(jī)溶液分解產(chǎn)生的氣體于電池內(nèi)聚集所致 。,9,充電率(C-rate),C是Capacity的第一個(gè)字母，用來(lái)表示電池充放電時(shí)電流的大小數(shù)值。例如：充

4、電電池的額定容量為1100mAh時(shí)，即表示以1100mAh(1C)放電時(shí)間可持續(xù)1小時(shí)，如以200mA(0.2C)放電時(shí)間可持續(xù)5小時(shí)，充電也可按此對(duì)照計(jì)算。,10,終止電壓(Cut-off discharge voltage),指電池放電時(shí)，電壓下降到電池不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓值。根據(jù)不同的電池類型及不同的放電條件，對(duì)電池的容量和壽命的要求也不同，因此規(guī)定的電池放電的終止電壓也不相同。,11,開(kāi)路電壓(Open circuit voltage OCV),電池不放電時(shí)，電池兩極之間的電位差被稱為開(kāi)路電壓。電池的開(kāi)路電壓，會(huì)依電池正、負(fù)極與電解液的材料而異，如果電池正、負(fù)極的材料完全一樣，

5、那么不管電池的體積有多大，幾何結(jié)構(gòu)如何變化，其開(kāi)路電壓都一樣的。,12,工作電壓,工作電壓指電池接通負(fù)載后在放電過(guò)程中顯示的電壓，又稱放電電壓。在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。電池在接通負(fù)載后，由于歐姆電阻和極化過(guò)電位的存在，電池的工作電壓低于開(kāi)路電壓。,13,放電深度(Depth of discharge DOD),在電池使用過(guò)程中，電池放出的容量占其額定容量的百分比，稱為放電深度。放電深度的高低和二次電池的充電壽命有很深的關(guān)系，當(dāng)二次電池的放電深度越深，其充電壽命就越短，因此在使用時(shí)應(yīng)盡量避免深度放電。,14,過(guò)放電(Over discharge),電池若是在放電過(guò)程中，超過(guò)電池放電

6、的終止電壓值，還繼續(xù)放電時(shí)就可能會(huì)造成電池內(nèi)壓升高，正、負(fù)極活性物質(zhì)的可逆性遭到損壞，使電池的容量產(chǎn)生明顯減少。,15,過(guò)充電(Over charge),電池在充電時(shí)，在達(dá)到充滿狀態(tài)后，若還繼續(xù)充電，可能導(dǎo)致電池內(nèi)壓升高、電池變形、漏夜等情況發(fā)生，電池的性能也會(huì)顯著降低和損壞。,16,能量密度(Energy density),電池的平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。一般在相同體積下，鋰離子電池的能量密度是鎳鎘電池的2.5倍，是鎳氫電池的1.8倍，因此在電池容量相等的情況下，鋰離子電池就會(huì)比鎳鎘、鎳氫電池的體積更小，重量更輕。,17,自我放電(Self discharge),電池不管在有無(wú)被使用

7、的狀態(tài)下，由于各種原因，都會(huì)引起其電量損失的現(xiàn)象。電池完全充電后，放置一個(gè)月。然后用1C放電至3.0V，其容量記為C2；電池初始容量記為C0；1-C2/C0即為該電池之月自放電率行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池月自放電率小于12%電池自放電與電池的放置性能有關(guān)，其大小和電池內(nèi)阻結(jié)構(gòu)和材料性能有關(guān),18,放電平臺(tái),鋰離子電池完全充電后，放電至3.6V時(shí)的容量記為C1，放電至3.0V時(shí)的容量記為C0，C1/C0稱為該電池之放電平臺(tái)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1C放電平臺(tái)為70%以上,19,放電倍率,電池放電電流的大小常用放電倍率表示，即電池的放電倍率用放電時(shí)間表示或者說(shuō)以一定的放電電流放完額定容量所需的小時(shí)數(shù)來(lái)表示，由此可見(jiàn)，放電

8、倍率表示的放電時(shí)間越短，即放電倍率越高，則放電電流越大。（放電倍率=額定容量/放電電流）根據(jù)放電倍率的大小，可分為低倍率（7.0C） 如：某電池的額定容量為20Ah，若用4A電流放電，則放完20Ah的額定容量需用5h，也就是說(shuō)以5倍率放電，用符號(hào)C/5或0.2C表示，為低倍率。,20,充電循環(huán)壽命(Cycle life),電池在完全充電后完全放電，循環(huán)進(jìn)行，直到容量衰減為初始容量的75%，此時(shí)循環(huán)次數(shù)即為該電池之循環(huán)壽命循環(huán)壽命與電池充放電條件有關(guān)鋰離子電池室溫下1C充放電循環(huán)壽命可達(dá)300-500次（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），最高可達(dá)800-1000次。,21,記憶效應(yīng)(Memory effect),記憶

9、效應(yīng)是針對(duì)鎳鎘電池而言的，由于傳統(tǒng)工藝中負(fù)極為燒結(jié)式，鎘晶粒較粗，如果鎳鎘電池在它們被完全放電之前就重新充電，鎘晶粒容易聚集成塊而使電池放電時(shí)形成次級(jí)放電平臺(tái)。電池會(huì)儲(chǔ)存這一放電平臺(tái)并在下次循環(huán)中將其作為放電的終點(diǎn)，盡管電池本身的容量可以使電池放電到更低的平臺(tái)上。在以后的放電過(guò)程中電池將只記得這一低容量。同樣在每一次使用中，任何一次不完全的放電都將加深這一效應(yīng)，使電池的容量變得更低。 要消除這種效應(yīng)，有兩種方法，一是采用小電流深度放電（如用0.1C放至0V）一是采用大電流充放電（如1C）幾次。鎳氫電池和鋰離子電池均無(wú)記憶效應(yīng),22,化成,電池制造后，通過(guò)一定的充放電方式將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活，

10、改善電池的充放電性能及自放電、儲(chǔ)存等綜合性能的過(guò)程稱為化成，電池只有經(jīng)過(guò)化成后才能體現(xiàn)真實(shí)性能。,23,分容,電池在制造過(guò)程中，因工藝原因使得電池的實(shí)際容量不可能完全一致，通過(guò)一定的充放電制度檢測(cè)，并將電池按容量分類的過(guò)程稱為分容,24,電池充電方式介紹,快速充電：充電電流大于0.2C，小于0.8C則是快速充電。 慢速充電：充電電流在0.1C-0.2C之間時(shí)，我們稱為慢速充電。涓流充電：充電電流小于0.1C時(shí)，我們稱為涓流充電。超高速充電：充電電流大于0.8C時(shí)，我們稱之為超高速充電。恒流充電方式：恒流充電法是保持充電電流強(qiáng)度不變的充電。方法，恒流充電器通常使用慢速充電電流。快速自動(dòng)充電方式：

11、通常所使用的是余弦法充電，也就是說(shuō)并非用恒定的大電流充電，而是像余弦波那樣電流強(qiáng)度隨之變化，這樣能緩解熱量的積聚，從而將溫度控制在一定范圍內(nèi)。脈沖式充電法：脈沖充電方式首先是用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池停充一段時(shí)間，如此循環(huán)。,25,如何計(jì)算充電時(shí)間,充電時(shí)間(小時(shí))=充電電池容量(mAh)/充電電流(mA)*1.5的系數(shù)假如你用1600mAh的充電電池，充電器用400mA的電流充電，則充電時(shí)間為:1600/400*1.5=6小時(shí),26,鋰離子電池保護(hù)線路過(guò)充電保護(hù),過(guò)充電保護(hù): 過(guò)充電保護(hù) IC 的原理為：當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。此時(shí)

12、，保護(hù) IC 需檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá) 4.25V 時(shí)（假設(shè)電池過(guò)充點(diǎn)為 4.25V）即啟動(dòng)過(guò)度充電保護(hù)，將功率 MOS 由開(kāi)轉(zhuǎn)為切斷，進(jìn)而截止充電。,27,鋰離子電池保護(hù)線路過(guò)放電保護(hù),過(guò)放電保護(hù): 過(guò)放電保護(hù) IC 原理：為了防止鋰電池的過(guò)放電，假設(shè)鋰電池接上負(fù)載，當(dāng)鋰電池電壓低于其過(guò)放電電壓檢測(cè)點(diǎn)（假定為 2.5V）時(shí)將啟動(dòng)過(guò)放電保護(hù)，使功率 MOSFET 由開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛喽刂狗烹?，以避免電池過(guò)放電現(xiàn)象產(chǎn)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機(jī)模式，此時(shí)的電流僅 0.1uA。 當(dāng)鋰電池接上充電器，且此時(shí)鋰電池電壓高于過(guò)度放電電壓時(shí)，過(guò)度放電保護(hù)功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過(guò)放電檢測(cè)

13、電路設(shè)有延遲時(shí)間以避免產(chǎn)生誤,28,什么叫鋰離子電池？,鋰離子電池是指Li+ 嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。正極采用鋰化合物L(fēng)iXCoO2、LiXNiO2 、 LiXMnO2 或LiFeO4 負(fù)極采用鋰-碳層間化合物L(fēng)iXC6。電解質(zhì)為溶解有鋰鹽LiPF6 、 LiAsF6等有機(jī)溶液。在充放電過(guò)程中，Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱為“搖椅電池”。 充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)。 放電時(shí)則相反。,29,鋰離子電池電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,正極反應(yīng)：LiCoO2= Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- 負(fù)極反應(yīng)：C + xLi+ + xe- =

14、 CLix 電池總反應(yīng)：LiCoO2 + C = Li1-xCoO2 + CLix 放電時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。,30,鋰離子電池結(jié)構(gòu),正極 活性物質(zhì)（LiCoO2LiMnO2LiNixCo1-xO2LiFeO4) 導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體 負(fù)極 活性物質(zhì)（石墨、MCMB) 粘合劑、溶劑、基體 隔膜（PP+PE）電解液（LiPF6 + DMC EC EMC)外殼五金件（鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片）,31,圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖,密封圈,限流開(kāi)關(guān),隔膜,絕緣墊,正極極耳,負(fù)極極耳,正極,負(fù)極,圓柱型,32,鋰離子電池結(jié)構(gòu)正極,正極基體：鋁箔（約0.020mm厚),正極物質(zhì)：鈷酸鋰+碳黑+PVDF

15、,正極集流體：鋁帶（約0.1mm厚）,33,鋰離子電池結(jié)構(gòu)負(fù)極,負(fù)極基體：銅箔（約0.015mm厚),負(fù)極物質(zhì)：石墨+CMC+SBR,負(fù)極集流體：鎳帶（約0.07mm厚）,34,鋰離子電池結(jié)構(gòu)隔膜,材質(zhì)：?jiǎn)螌覲E（聚乙烯）或者 三層復(fù)合PP（聚丙烯） +PE+PP厚度：?jiǎn)螌右话銥?.0160.020mm 三層一般為0.0200.025mm,35,鋰離子電池結(jié)構(gòu)電解液,性質(zhì)： 無(wú)色透明液體，具有較強(qiáng)吸濕性。應(yīng)用： 主要用于可充電鋰離子電池的電解液，只能在干燥環(huán)境下使用操作（如環(huán)境水分小于20ppm的手套箱內(nèi)）。規(guī)格： 溶劑組成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6濃度 1m

16、ol/l質(zhì)量指標(biāo)： 密度（25）g/cm3 1.230.03 水分（卡爾費(fèi)休法） 20ppm 游離酸（以HF計(jì)） 50ppm 電導(dǎo)率（25） 10.40.5 mscm,36,以磷酸鐵鋰為正級(jí)材料的動(dòng)力電池特點(diǎn),循環(huán)壽命長(zhǎng)：循環(huán)壽命高達(dá) 2,000 次以上，為鉛酸的 5倍、鎳鎘的4倍以上。放電功率大：放電功率分別為鉛酸、鎳氫電池的 6.6、2.5 倍，極適用在需要高功率的工具電池，大型動(dòng)力電池，特別是車用電池部分。充電時(shí)間短：充電時(shí)間不到 2 小時(shí)，僅需鉛酸電池的1/4、鎳鎘的1/2。 轉(zhuǎn)換效率佳：轉(zhuǎn)換效率達(dá)95%，優(yōu)于鉛酸的60 %、鎳鎘的70%。 輕薄短?。后w積重量?jī)H為鉛酸的50%，鎳鎘的70%。 無(wú)污染，不含任何對(duì)人體有害的重金屬元素；,37,磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的應(yīng)用領(lǐng)域,電動(dòng)工具類 ：高功率電動(dòng)工具（無(wú)線） ；電錘、電鉆、除草機(jī)等；電動(dòng)自行車(Ebike)市場(chǎng) 電動(dòng)玩具市場(chǎng) 太陽(yáng)能 LED路燈儲(chǔ)能市場(chǎng) 小型設(shè)備 醫(yī)療設(shè)備：電動(dòng)輪椅車，電動(dòng)代步車固定型電源：主要用于通訊、移動(dòng)基站、電信、鐵路運(yùn)輸、電力、金融、發(fā)電廠、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為保護(hù)、自動(dòng)控制的備用電源 其它小型電器 ：礦燈、替代鉛