锂离子电池的工作原理
锂离子电池的结构如图2.1和图2.2 所示，一般由正极、负极和高分子隔膜构成。
锂离子电池的正极材料必须有能够接纳锂离子的位置和扩散路径，目前应用性能较好的正极材料是具有高插入电位的层状结构的过渡金属氧化物和锂的化合物，如Li x CoO2，Li x NiO2以及尖晶石结构的LiMn2O4等，这些正极材料的插锂电位都可以达到4V以上。负极材料一般用锂碳层间化合物Li x C6，其电解质一般采用溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6的有机溶液。典型的锂离子蓄电池体系由碳负极(焦炭、石墨)、正极氧化钴锂(Li x CoO2）和有机电解液三部分组成。
锂离子电池的电化学表达式：
正极反应：
负极反应：
电池反应：
式中：M=Co、Ni、Fe、W等。
图2.1 锂离子电池结构示意图图2.2 圆柱形锂离子电池结构图锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关。因此，在充放电循环时，Li+分别在正负极上发生“嵌入-脱嵌”反应，Li+便在正负极之间来回移动，所以，人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅电池”或“摇摆电池”。
锂离子蓄电池是在锂蓄电池的基础上发展起来的先进蓄电池，它基本解决了
困扰锂蓄电池发展的两个技术难题，即安全性差和充放电寿命短的问题。锂离子电池与锂电池在原理上的相同之处是：在两种电池中都采用了一种能使锂离子嵌入和脱嵌的金属氧化物或硫化物作为正极，采用一种有机溶剂—无机盐体系作为电解质。不同之处是：在锂离子电池中采用使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极。因此，这种电池的工作原理更加简单，在电池工作过程中，仅仅是锂离子从一个电极(脱嵌)后进入另一个电极(嵌入)的过程。具体来说，当电池充电时锂离子是从正极中脱嵌，在碳负极中嵌入，放电时反之。在充放电过程中没有晶形变化，故具有较好的安全性和较长的充放电寿命。
锂离子电池的主要性能
锂离子电池的额定电压为3.6V（少数的是3.7V）。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：石墨的4.2V；焦炭的4.1V。充电时要求终止充电电压的精度在±1％之内。锂离子电池的终止放电电压为2.4～2.7V（电池厂家给出工作电压范围或终止放电电压的参数略有不同）。高于终止充电电压及低于终止放电时会对电池有损害。
其使用有一定要求：充电温度：0℃～45℃；保存温度：-20℃～+60℃。锂离子电池不适合大电流充放电。一般充电电流不大于1C，放电电流不大于2C（C 是电池的容量，如C=950mAh，1C的充电率即充电电流为950mA）。充电、放电在20℃左右效果较好，在负温下不能充电，并且放电效果差[4]，（在-20℃放电效果最差，不仅放电电压低，放电时间比20℃放电时的一半还少）。
锂离子电池的充放电特性
锂离子电池的标称电压为3.6V，充满电压为4.2V，对过充电和过放电都比较敏感。为了最大限度减少锂离子电池易受到的过充电、深放电以及短路的损害，单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。其充放电特性如图2-3
锂离子电池的充电特性
锂电池在充电中具有如下的特性:
1.在充电前半段，电压是逐渐上升的;
2.在电压达到4.2V后，内阻变化，电压维持不变;
3.整个过程中，电量不断增加;
4.在接近充满时，充电电流会达到很小的值。
经过多年的研究，已经找到了较好的充电控制方法:
1.涓流充电达到放电终止电压
2. 7V ;
2.使用恒流进行充电，使电压基本达到4.2V。安全电流为小于0.8C;
3.恒流阶段基本能达到电量的80% ;
图2.3 锂离子电池充电特性
4.转为恒压充电，电流逐渐减小;
5.在电流达到较小的值(如0.05C)时，电池达到充满状态。
这种CC-CV的充电方式能很好的到达电池的充满状态，并且不损害电池，已经成为锂离子电池的主要充电方式。
但是在电池电压已经很低的情况下，电池内部的锂离子活性减弱，如果此时用比较大的电流充电，也有可能对电池有损害。如同人在剧烈运动前要进行必要的热身活动一样，锂离子的活性也要逐步激活。可以在电池低压段采用涓流方式，有效激活电池电压到2.7V以上，然后采用CC-CV的充电方式，有效的保护电池。
锂离子电池的放电特性
锂离子电池在线监测过程中，大部分电池参数是在对锂离子电池放电过程中得到，因此，对电池放电是电池监测中必不可少的环节。由于锂离子电池对过放电十分敏感，深度放电将严重影响锂离子电池的质量。因此，单体锂离子电池的放电电压必须得到精确控制。
实验发现，锂离子电池在放电终止电压2.7V的条件下，放电电流越大电池的极化越大，电池的放电容量越小，但电池的静态电压与电池的放电深度的关系是基本保持不变的状态。锂离子电池以大电流放电(大于2C)的情况下，电池的放电曲线出现了电压先降低后上升的现象
通常情况下，确定锂离子电池放电电流大小时，不能用电流的绝对值来衡量，而用额定容量C与放电时间的比来表示，称作放电速率或放电倍率。对于1700mAh的电池，如果以0.1C的电流放电，则放电电流为170mA。由于锂离子电池的内阻，一般在30-100 mΩ之间，大电流放电或充电都会导致电池升温，因此在监测过程中，锂离子电池一般不允许高速率放电，一般放电速率应小于0.5C，最大连续放电速率不能超过1.5C，电压低于2.7V时应终止放电。
电动汽车用动力锂离子电池系统 安全性设计 拟稿：张建华 2014、7、31
目录 1、序言 2、锂离子电芯安全特性 3、几种锂离子电芯安全特性分析 4、由锂离子电芯组成的电池PACK的安全性特性分析 5、锂离子电池PACK安全性设计 6、结论
一、序言 1、特斯拉电动汽车六次碰触起火事件 7月4日，在一起离奇的盗窃事件中，特斯拉意外成为了主角。一名身份未明的男子7月4日早间盗窃ModelS汽车后，引发警方的高速追逐。该男子随后在西好莱坞撞上多辆汽车，并在撞击路灯后解体成两半，引发电池着火。7月7日，特斯拉表示，该公司将调查在高速追逐中因碰撞而解体成两半，并着火的ModelS汽车残骸。 从2013年下半年开始，特斯拉已经发生了六起起火事件。其中两起是行驶中车辆自燃，两起是碰撞起火，原因是车主驶过路面上的残骸致使电池箱被刺穿后起火，有一起在充电时发生，还有一起原因不明。 1）11月6日，据海外网站报道，一辆特斯拉Model S电动车在美国田纳西州纳什维尔附近再度遭遇起火事故，车头几乎全部烧毁。 2）10月1日，一辆Model S撞上了路中的金属残片引发事故着火燃烧,车辆前部的一块电池包起火。 3）10月18日中旬，在墨西哥，一辆高速行驶特斯拉Model S撞到了一堵混凝土墙，紧接着又撞上了一棵大树，随后起火燃烧。 结论：汽车底盘在受到猛烈冲击变形后会产生着火事故； 底盘受到猛烈冲击类似于挤压和针刺的综合测试。
2、比亚迪e6着火事件 2012年5月26日凌晨3时08分，深圳滨海大道西行侨城东路段发生的一起重大交通事故，让电动汽车的安全问题成为了全世界关注的焦点。当时，一男子载三女驾驶一辆红色日产GT-R跑车，高速撞上两辆同方向行驶的出租车。其中一辆比亚迪E6电动出租车起火燃烧，一名男性出租车司机连同两名女性乘客被困火中当场死亡。 涉及各领域的13名知名专家，包括电动汽车整车及动力系统、部件安全、结构安全、汽车碰撞、电子电气安全、动力电池、汽车交通事故鉴定、火灾调查、材料燃烧特性等专业领域。专家分别来自中国汽车技术研究中心、交通运输部、科学研究院、公安部天津消防研究所、广东省消防总队、北方车辆研究所、S MG等，进行为期70天的调查。 专家组得到的结论是：电池没爆炸，着火起因是e6受到两次严重碰撞，车身后部及电池托盘严重变形、动力电池组和高压配电箱受到严重挤压，导致部分动力电池破损短路、高压配电箱内的高压线路与车体之间形成短路，产生电弧，引燃内饰材料及部分动力电池等可燃物质。e6的动力电池系统在整车上的安装布局、绝缘防护及高压系统等方面设计合理，“整车安全未见设计缺陷”。 结论： 汽车底盘在受到猛烈冲击变形后会产生着火事故； 底盘受到猛烈冲击类似于挤压和针刺的综合测试。
锂离子电池的工作原理 锂离子电池的结构如图2.1和图2.2 所示，一般由正极、负极和高分子隔膜构成。 锂离子电池的正极材料必须有能够接纳锂离子的位置和扩散路径，目前应用性能较好的正极材料是具有高插入电位的层状结构的过渡金属氧化物和锂的化合物，如Li x CoO2，Li x NiO2以及尖晶石结构的LiMn2O4等，这些正极材料的插锂电位都可以达到4V以上。负极材料一般用锂碳层间化合物Li x C6，其电解质一般采用溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6的有机溶液。典型的锂离子蓄电池体系由碳负极(焦炭、石墨)、正极氧化钴锂(Li x CoO2）和有机电解液三部分组成。 锂离子电池的电化学表达式： 正极反应： 负极反应： 电池反应： 式中：M=Co、Ni、Fe、W等。 图2.1 锂离子电池结构示意图图2.2 圆柱形锂离子电池结构图锂离子电池实际上是一个锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关。因此，在充放电循环时，Li+分别在正负极上发生“嵌入-脱嵌”反应，Li+便在正负极之间来回移动，所以，人们又形象地把锂离子电池称为“摇椅电池”或“摇摆电池”。 锂离子蓄电池是在锂蓄电池的基础上发展起来的先进蓄电池，它基本解决了
困扰锂蓄电池发展的两个技术难题，即安全性差和充放电寿命短的问题。锂离子电池与锂电池在原理上的相同之处是：在两种电池中都采用了一种能使锂离子嵌入和脱嵌的金属氧化物或硫化物作为正极，采用一种有机溶剂—无机盐体系作为电解质。不同之处是：在锂离子电池中采用使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极。因此，这种电池的工作原理更加简单，在电池工作过程中，仅仅是锂离子从一个电极(脱嵌)后进入另一个电极(嵌入)的过程。具体来说，当电池充电时锂离子是从正极中脱嵌，在碳负极中嵌入，放电时反之。在充放电过程中没有晶形变化，故具有较好的安全性和较长的充放电寿命。 锂离子电池的主要性能 锂离子电池的额定电压为3.6V（少数的是3.7V）。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：石墨的4.2V；焦炭的4.1V。充电时要求终止充电电压的精度在±1％之内。锂离子电池的终止放电电压为2.4～2.7V（电池厂家给出工作电压范围或终止放电电压的参数略有不同）。高于终止充电电压及低于终止放电时会对电池有损害。 其使用有一定要求：充电温度：0℃～45℃；保存温度：-20℃～+60℃。锂离子电池不适合大电流充放电。一般充电电流不大于1C，放电电流不大于2C（C 是电池的容量，如C=950mAh，1C的充电率即充电电流为950mA）。充电、放电在20℃左右效果较好，在负温下不能充电，并且放电效果差[4]，（在-20℃放电效果最差，不仅放电电压低，放电时间比20℃放电时的一半还少）。 锂离子电池的充放电特性 锂离子电池的标称电压为3.6V，充满电压为4.2V，对过充电和过放电都比较敏感。为了最大限度减少锂离子电池易受到的过充电、深放电以及短路的损害，单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。其充放电特性如图2-3 锂离子电池的充电特性 锂电池在充电中具有如下的特性: 1.在充电前半段，电压是逐渐上升的; 2.在电压达到4.2V后，内阻变化，电压维持不变; 3.整个过程中，电量不断增加; 4.在接近充满时，充电电流会达到很小的值。 经过多年的研究，已经找到了较好的充电控制方法: 1.涓流充电达到放电终止电压 2. 7V ; 2.使用恒流进行充电，使电压基本达到4.2V。安全电流为小于0.8C; 3.恒流阶段基本能达到电量的80% ;
车用锂离子动力电池系统的安全性剖析 国家大力支持以电动汽车为主的新能源汽车新兴产业。然而以热失控为特征的锂离子电池系统的安全性事故时有发生，困扰着电动汽车的发展。动力电池安全性事故的常见形式及成因是什么？又该采取怎样的防范措施？小编带你一览要点。 1 动力电池安全性问题 锂离子动力电池事故主要表现为因热失控带来的起火燃烧。如表1和图1 所示。 表1 近年发生的锂离子动力电池事故 图1 近年来部分锂离子动力电池事故 锂离子动力电池系统安全性问题表现为3个层次（图2）。 1）电池系统安全性的“演变”。即电池系统长期老化——“演化”（事故1、2、3、5、7）和突发事件造成电池系统损坏——“突变”（事故4、6）。 2）“触发”——锂离子动力电池从正常工作到发生热失控与起火燃烧的转折点。 3）“扩展”——热失控带来的向周围传播的次生危害。
图2 动力电池系统安全性问题的层次 2 动力电池安全性演变 2.1 “演化”与“突变” 电池系统长期老化带来的可靠性降低，演化耗时长，可以通过检测电池系统的老化程度来评估电池系统安全性的变化；相比而言安全性突变难以预测，但是可以通过既有事故的形式来改进电池系统的设计。 2.2 安全性演化机理 电池系统任何部件的老化都可能带来安全事故的触发，如事故1、7。除此之外，电池本身的安全性演化主要表现为内短路的发展。电池内部的金属枝晶生长是造成内短路的主要原因之一。值得一提的是，老化电池的能量密度降低，热失控造成的危害可能会降低；另一方面老化电池更容易发生热失控。 图3 锂离子电池内部金属枝晶的生长与隔膜的刺穿
3 电池安全事故触发 3.1 热失控机理 经过演变过程，电池事故将会进入“触发”阶段。一般在这之后，电池内部的能量将会在瞬间集中释放造成热失控，引发冒烟、起火与爆炸等现象。当然电池安全事故中，也可能不发生热失控，热失控后的电池不一定会同时发生冒烟、起火与爆炸，也可能都不发生，这取决于电池材料发生热失控的机理。 图4、图5与表2展示了某款具有三元正极/PE基质的陶瓷隔膜/石墨负极的25 A·h锂离子动力电池的热失控机理。热失控过程分为了7个阶段。 图4 某款三元锂离子动力电池热失控实验数据（实验仪器为大型加速绝热量热仪，EV-ARC） 图5 某款三元锂离子动力电池热失控不同阶段的机理 表2 某款锂离子动力电池热失控的分阶段特征与机理
铅酸蓄电池的结构和工作原理 （一）铅酸蓄电池的结构 铅酸蓄电池主要由正极板组?负极板组?隔板?容器和电解液等构成,其结构如下图所示： 1.极板 铅酸蓄电池的正?负极极板由纯铅制成,上面直接形成有效物质,有些极板用铅镍合金制成栅架,上面涂以有效物质?正极(阳极)的有效物质为褐色的二氧化铅,这层二氧化铅由结合氧化的铅细粒构成,在这些细粒之间能够自由地通过电解液,将正极材料磨成细粒的原因是可以增大其与电解液的接触面积,这样可以增加反应面积,从而减小蓄电池的内阻?负极(阴极)的有效物质为深灰色的海绵状铅?在同一个电池内,同极性的极板片数超过两片者,用金属条连接起来,称为极板组
或极板群?至于极板组内的极板数的多少,随其容量(蓄电能力)的大小而异?为了获得较大的蓄电池容量,常将多片正?负极板分别并联,组成正?负极板组,如下图所示： 安装时,将正?负极板组相互嵌合,中间插入隔板,就形成了单格电池?在每个单格电池中,负极板的片数总要比正极板的片数多一片,从而使每片正极板都处于两片负极板之间,使正极板两侧放电均匀,避免因放电不均匀造成极板拱曲? 2.隔板 在各种类型的铅酸蓄电池中,除少数特殊组合的极板间留有宽大的空隙外,在两极板间均需插入隔板,以防止正?负极板相互接触而发生短路?这种隔板上密布着细小的孔,既可以保证电解液的通过,又可
以阻隔正?负极板之间的接触,控制反应速度,保护电池?隔板有木质?橡胶?微孔橡胶?微孔塑料?玻璃等数种,可根据蓄电池的类型适当选定?吸附式密封蓄电池的隔板是由超细玻璃丝绵制作的,这种隔板可以把电解液吸附在隔板内,吸附式密封蓄电池的名称也是由此而来的? 3.容器 容器是用来盛装电解液和支撑极板的,通常有玻璃容器?衬铅木质容器?硬橡胶容器和塑料容器四种?容器用于盛放电解液和极板组,应该耐酸?耐热?耐震?容器多采用硬橡胶或聚丙烯塑料制成,为整体式结构,底部有凸起的肋条以搁置极板组?壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格,各单格之间用铅质联条串联起来?容器上部使用相同材料的电池盖密封,电池盖上设有对应于每个单格电池的加液孔,用于添加电解液和蒸馏水以及测量电解液密度?温度和液面高度? 4.电解液 铅酸蓄电池的电解液是用蒸馏水稀释高纯浓硫酸而成的?它的密度高低视铅蓄电池类型和所用极板而定,一般在15℃时为1.200～1.300g/cm3?蓄电池用的电解液(稀硫酸)必须保持纯净,不能含有危害铅酸蓄电池的任何杂质?电解液的作用是给正?负电极之间流动的离子创造一个液体环境,或者说充当离子流动的介质?电解液的相对密度对蓄电池的工作有重要影响,相对密度大,可减少结冰的危险并提
锂电池原理 锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳．常见的正极材料主要成分为LiCoO2 ，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中．放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合．锂离子的移动产生了电流． 锂电池的种类 1、根据锂电池所用电解质材料不同分类 可以分为液态锂电池(lithium ion battery, 简称为LIB)和聚合物锂电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)两大类。聚合物锂电池所用的正负极材料与液态锂都是相同的，电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同, 锂电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂电池则以固体聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。聚合物锂电池可分为三类： （1）固体聚合物电解质锂电池。电解质为聚合物与盐的混合物，这种电池在常温下的离子电导率低，适于高温使用。 （2）凝胶聚合物电解质锂电池。即在固体聚合物电解质中加入增塑剂等添加剂，从而提高离子电导率，使电池可在常温下使用。 （3）聚合物正极材料的锂电池。采用导电聚合物作为正极材料，其能量是现有锂电池的3倍，是最新一代的锂电池。由于用固体电解质代替了液体电解质,与液态锂电池相比，聚合物锂电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的容量；聚合物锂电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂电池提高50％以上。此外,聚合物锂电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比锂电池有所提高。基于以上优点，聚合物锂电池被誉为下一代锂电池。 2、按充电方式分类 按充电方式可分为不可充电的及可充电的两类。不可充电的电池称为一次性电池，它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能（或者还原性能极差）。而可充电的电池称为二次性电池（也称为蓄电池）。它能将电能转变成化学能储存起来，在使用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的。
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 锂电池的安全性设计(标准版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
锂电池的安全性设计(标准版) 为了避免因使用不当造成电池过放电或者过充电，在单体锂离子电池内设有三重保护机构。一是采用开关元件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会自动停止供电；二是选择适当的隔板材料，当温度上升到一定数值时，隔板上的微米级微孔会自动溶解掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止；三是设置安全阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安全性。 有时，电池本身虽然有安全控制措施，但是因为某些原因造成控制失灵，缺少安全阀或者气体来不及通过安全阀释放，电池内压便会急剧上升而引起爆炸。 一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加。对于手机用锂离子电池，基本要求是发生
安全事故的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能接受的最低标准。而对于大容量锂离子电池，特别是汽车等用大容量锂离子电池，采用强制散热尤为重要。 选择更安全的电极材料，选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂100℃，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。 另外，采用锰酸锂材料还可以大幅度降低成本。 提高现有安全控制技术的性能，首先要提高锂离子电池芯的安全性能，这对大容量电池尤为重要。选择热关闭性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔离电池正负极的同时，允许锂离子的通过。当温度升高时，在隔膜熔化前进行关闭，从而使内阻上升至2000欧姆，让内部反应停止下来。 当内部压力或温度达到预置的标准时，防爆阀将打开，开始进
圆柱机械封口工艺流程
电池行业词汇表 国际电工委员会，International Electrical Commission 正级positive(cathode) 负极negative(anode) 电解液basis electrolyte 正极片positive plates 负极片negative plates 隔膜纸separators 盖帽caps 外壳cases 绝缘层insulation layers PVC膜商标管PVC、trademarked tubes 连接片Connections plates 不锈钢片stainless steel plates 纯镍片nickel plates 镀镍钢片nickel plating steel plates 引出片Lead plates 焊锡tin soldered 点焊spot welding 插头Plugs 温控开关thermal switches 过流保护器polyswitches 限流电阻current-limited resistances 纸箱纸盒Boxes and cases 塑料壳类Plastic shells 电池电压的限制Voltage limitation 电压voltage 内阻impedance 容量capacity 内压gas pressure 自放电率self-discharge rate 循环寿命cycle life 密封性能sealing 安全性能safety
储存性能storage 过充over-charge 过放over-discharge 可焊性soldering 耐腐蚀性causticity proof 温度震荡实验temperature shock test 开路open circuit 参数/变量parameters 安全筏safety vent 正极眼positive pin 鼓底bottom plumping up 凸肚belly protruding 漏液leakage
锂电池原理和结构 1、锂离子电池的结构与工作原理：所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。以LiCoO2为例：⑴电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO 2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4。⑵为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。 2、电池一般包括：正极（positive）、负极（negative）、电解质（electrolyte）、隔膜（separator）、正极引线（positivelead）、负极引线（negativeplate）、中心端子、绝缘材料（insulator）、安全阀（safetyvent）、密封圈（gasket）、PTC（正温度控制端子）、电池壳。一般大家较关心正极、负极、电解质
锂电池的详细介绍 1、锂离子电池 锂离子电池目前由液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)两类。其中，液态锂离子电池是指Li +嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物L iC oO2或LiMn2O4，负极采用锂-碳层间化合物。锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是21世纪发展的理想能源。 2、锂离子电池发展简史 锂电池和锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池。这种电池的负极是金属锂，正极用MnO2，SOCL2，(CFx)n等。70年代进入实用化。因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已广泛应用于军事和民用小型电器中，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等、部分代替了传统电池。 3、锂离子电池发展前景 锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。 4、电池的基本性能 (1)电池的开路电压 (2)电池的内阻 (3)电池的工作电压 (4)充电电压 充电电压是指二次电池在充电时，外电源加在电池两端的电压。充电的基本方法有恒电流充电和恒电压充电。一般采用恒电流充电，其特点时在充电过程中充电电流恒定不变。随着充电的进行，活性物质被恢复，电极反应面积不断缩小，电机的极化逐渐增高。
磷酸铁锂电池的安全性能研究 电动车应用最基本的要求是保证安全。电池的安全性归根到底体现的是温度问题。任何安全性问题最终的结果就是温度升高直至失控，直至出现安全事故。电池的安全性检测通常包括过充电、过放电、穿刺、挤压、跌落、加热、短路等，在这些情况下，会引起电池温度上升或部分区域温度过高，达到某一底限温度值，大量的热产生由于不能及时被消散引发一系列放热副反应，从而出现热失控。热失控一旦被引发就完全不能停止，直到所有反应物被完全地消耗，在大多数情况下导致电池的破裂，随之伴有火焰和浓烟，有时甚至是电池的爆炸。在锂电池当中，公认的以LiFePO4为正极材料的锂电池具有最好的安全性能。主要是由于LiFePO4在高温条件下的氧保持能力好，即使在超过500℃的高温也不会失氧，比钴酸锂、锰酸锂及三元材料等药高得多。但在滥用条件下，即使LiFePO4为正极的锂电池，也会出现安全性问题。本文主要研究和分析不同的安全性检测条件对磷酸铁锂电池的安全性能检测结果的影响。 安全性问题最终的反映是热量累积或能量短时释放引起的温度迅速升高出现失控。在电池滥用过程中，产生热的原因有以下几个方面：（1）负极SEI膜的分解；（2）负极与电解质的反应；（3）电解液的热分解；（4）电解液在正极的氧化反应；（5）正极的热分解；（6）负极的热分解；（7）隔膜的溶解以及引起的内部短路。电池抵抗各种滥用的能力主要取决于产热和散热的相对速度。当电池的散热速度低于产热速度时，它可能会遭受热失控。 1. 测试对象与设备 2. 试验 3. 结果与分析 3.1过充电 锂离子电池在充电时发生式(1)所示的反应，Li 不完全脱出，生成物为 LiFePO4和 FePO4。LiFePO4—— LiFePO4+ FePO4+ Li +xe 电池过充时，Li+大量脱出，生成的 FePO4增多，引起较大的极化电阻和极化电势，使电池的电压快速升高；过多的锂脱出，极片上的粘结剂被破坏，使正极膏片从集流体上脱离，出现大面积掉膏，脱出的 Li 聚集在负极片上，形成点状白点；电池正极附近的高氧化氛围引起电解液氧化分解使过充电池剩余的电解液较少，电解液分解产生更多的热量和气体，使电池鼓胀加剧，爆炸的可能性加大；LiFePO4在过充时发生了不可逆分解，有氧气和含 Fe 的
锂离子电池工作原理 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 电池总反应 以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。 一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。 正极 正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 充电时：LiFePO?→ Li1-xFePO? + xLi + xe
放电时：Li1-xFePO?+ xLi + xe →LiFePO? 负极 负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 充电时：xLi + xe + 6C →LixC6 放电时：LixC6 → xLi + xe + 6C 锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。 组成部分 钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列： （1）正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。 （2）隔膜——一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。 （3）负极——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。
燃料电池的工作原理 作者:佚名来源:不详录入:Admin更新时间：2008-8-18 10:07:07点击数：8 【字体：】 燃料电池的一般结构为:燃料（负极）|电解质（液态或固态）|氧化剂（正极）。在燃料电池中,负极常称为燃料电极或氢电极,正极常称为氧化剂电极、空气电极或氧电极。燃料有气态如氢气、一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物,液态如液氢、甲醇、高价碳氢化合物和液态金属,还有固态如碳等。按电化学强弱,燃料的活性排列次序为：肼>氢>醇>一氧化碳>烃>煤。燃料的化学结构越简单,建造燃料电池时可能出现的问题越少。氧化剂为纯氧、空气和卤素。电解质是离子导电而非电子导电的材料,液态电解质分为碱性和酸性电解液, 固态电解质有质子交换膜和氧化锆隔膜等。在液体电解质中应用微孔膜,0.2mm～0.5mm厚。固体电解质为无孔膜,薄膜厚度约为20μm。 燃料电池的反应为氧化还原反应,电极的作用一方面是传递电子、形成电流;另一方面是在电极表面发生多相催化反应,反应不涉及电极材料本身,这一点与一般化学电池中电极材料参与化学反应很不相同,电极表面起催化剂表面的作用。 在氢氧燃料电池中,氢和氧在各自的电极反应。氧电极进行氧化反应,放出电子,氢电极进行还原反应,吸收电子,总反应为: O2＋2H2→2H2O 反应结果是氢和氧发生电化学燃烧,生成水和产生电能。由热力学变量可得到以下理论电动势和理论热效率公式： Eo=－(ΔG/2F)=1.23V η=ΔG/ΔH=83.0％ 式中,ΔG和ΔH分别为自由能变化和热焓变化,F是法第常数。
燃料电池工作的中心问题是燃料和氧化剂在电极过程中的反应活性问题。对于气体电极过程,必需采用多孔气体扩散电极和高效电催化剂,提高比表面,增加反应活性,提高电池比功率。 氢在负极氧化是氢原子离解为氢离子和电子的过程,若用有机化合物燃料,首先需要催化裂化或重整,生成富氢气体,必要时还要除去毒化催化剂的有害杂质。这些反应可在电池内部或外部进行,需附加辅助系统。正极中的氧化反应缓慢,燃料电池的活性主要依赖正极。随着温度升高,氧的还原反应有相当的改善。高温反应有利于提高燃料电池反应活性。 对于燃料电池发电系统,核心部件是燃料电池组,它由燃料电池单体堆集而成,单体电池的串联和并联选择,依据满足负载的输出电压和电流,并使总电阻最低,尽量减小电路短路的可能性。其余部件是燃料预处理装置、热量管理装置、电压变换调整装置和自动控制装置。通过燃料预处理,实现燃料的生成和提纯。燃料电池的运行或起动,有的需要加热,工作时放出相当的热量,由热量管理装置合理地加热或除热。燃料电池工作时,在碱性电解液负极或酸性电解液正极处生成水。为了保证电解液浓度稳定,生成的水要及时排除。高温燃料电池生成水会汽化,容易排除,水量管理装置将实现合理的排水。燃料电池与化学电池一样,输出直流电压,通过电压变换成为交流电送到用户或电网。燃料电池发电系统通过自控装置使各个部件协调工作,进行统一控制和管理。
安全隐患 锂离子电池的安全性问题，不仅与池材料本身性质有关，而且与电池制备技术和使用有关。手机电池频频发生爆炸事件，一方面是由于保护电路失效，但更重要的是在于材料方面并没有根本的解决问题。钴酸锂正极活性材料在小电芯方面是很成熟的体系，但是充满电后，仍旧有大量的锂离子留在正极，当过充时，残留在正极的锂离子将会涌向负极，在负极上形成枝晶是采用钴酸锂材料的电池过充时必然的结果，甚至在正常充放电过程中，也有可能会有多余的锂离子游离到负极形成枝晶，钴酸锂材料的理论比能量是超过每克270 毫安时的，但为保证其循环性能，实际使用容量只有理论容量的一半。在使用过程中，由于某种原因（如管理系统损坏）而导致电池充电电压过高，正极中剩余的一部分锂就会脱出，经电解液到负极表面以金属锂的形式沉积形成枝晶。枝晶刺穿隔膜，形成内部短路。电解液的主要成分为碳酸酯，闪点很低，沸点也较低，在一定条件下会燃烧甚至爆炸。如电池出现过热，会导致电解液中的碳酸酯被氧化和还原，产生大量气体和更多的热，如缺少安全阀或者气体来不及通过安全阀释放，电池内压便会急剧上升而引起爆炸。 聚合物电解质锂离子电池并没有从根本上解决安全性问题，同样使用钴酸锂和有机电解液，而且电解液为胶状，不易泄漏，将会发生更猛烈的燃烧，燃烧是聚合物电池安全性最大的问题。在使用方面也存在一些问题，电池发生外部短路或内部短路将产生几百安培的过大电流。外部短路时电池瞬间大电流放电，在内阻上消耗大量能量，产生巨大热量。内部短路形成大电流，温度上升导致隔膜熔化，短路面积扩大，进而形成恶性循环。锂离子电池为达到单只电芯 3～4.2V 的高工作电压，必须采取分解电压大于2V 的有机电解液，而采用有机电解液在大电流、高温的条件下会被电解，电解产生气体，导致内部压力升高，严重会冲破壳体。过充可能会析出金属锂，在壳体破裂的情况下，与空气直接接触，导致燃烧，同时引燃电解液，发生强烈火焰，气体急速膨胀，发生爆炸。另外，对于手机锂离子电池，由于使用不当，如挤压、冲击和进水等导致电池膨胀、变形和开裂等，这些都会导致电池短路，在放电或充电过程放热引起爆炸。 安全性设计
锂电池保护板工作原理 锂电池保护板根据使用IC,电压等不同而电路及参数有所不同,下面以DW01 配MOS管8205A进行讲解: 锂电池保护板其正常工作过程为: 当电芯电压在2.5V至4.3V之间时，DW01 的第1脚、第3脚均输出高电平(等于供电电压)，第二脚电压为0V。此时DW01 的第1脚、第3脚电压将分别加到8205A的第5、4脚，8205A内的两个电子开关因其G极接到来自DW01 的电压，故均处于导通状态，即两个电子开关均处于开状态。此时电芯的负极与保护板的P-端相当于直接连通，保护板有电压输出。 2.保护板过放电保护控制原理:
当电芯通过外接的负载进行放电时,电芯的电压将慢慢降低,同时DW01 内部将通过R1电阻实时监测电芯电压,当电芯电压下降到约2.3V时DW01 将认为电芯电压已处于过放电电压状态，便立即断开第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V，8205A内的开关管因第5脚无电压而关闭。此时电芯的B-与保护板的P-之间处于断开状态。即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。保护板处于过放电状态并一直保持。等到保护板的P 与P-间接上充电电压后，DW01 经B-检测到充电电压后便立即停止过放电状态，重新在第1脚输出高电压，使8205A内的过放电控制管导通，即电芯的B-与保护板的P-又重新接上，电芯经充电器直接充电。 4.保护板过充电保护控制原理: 当电池通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电芯的电压将越来越高，当电芯电压升高到4.4V时,DW01 将认为电芯电压已处于过充电电压状态，便立即断开第3脚的输出电压，使第3脚电压变为0V，8205A内的开关管因第4脚无电压而关
Mixing(配料) Mix solvent and bound separately with positive and negative active materials. Make into positive and negative pasty materials after stirring at high speed till uniformity. Coating（涂布） Now, we are in coating line. We use back reverse coating. This is the slurry-mixing tank. The anode（Cathode）slurry is introduced to the coating header by pneumaticity from the mixing tank. The slurry is coated uniformly on the copper foil, then the solvent is evaporated in this oven. There are four temperature zones, they are independently controlled. Zone one sets at 55 degree C, zone two sets at 65 degree C, zone three sets at 80 degree C, zone four sets at 60 degree C. The speed of coating is 4 meters per minute. You see the slurry is dried. The electrode is wound to be a big roll and put into the oven. The time is more than 2 hours and temperature is set at 60 degree C. Throughout the coating, we use micrometer to measure the electrode thickness per about 15 minutes. We do this in order to keep the best consistency of the electrode. Vocabulary: coating line 涂布车间 back reverse coating 辊涂 coating header 涂布机头 Al/copper foil 铝/铜箔 degree C 摄氏度 temperature zones 温区 wind to be a（big）roll 收卷 evenly/uniformly 均匀 oven 烘箱 evaporate 蒸发 electrode 极片 Cutting Cut a roll of positive and negative sheet into smaller sheets according to battery specification and punching request. Pressing Press the above positive and negative sheets till they become flat. Punching Punching sheets into electrodes according to battery specification, Electrode After coating we compress the electrode with this cylindering machine at about 7meters per minute. Before compress we clean the electrode with vacuum and brush to eliminate any particles. Then the compressed electrode is wound to a big roll. We use micrometer to measure the compressed electrode thickness every 10 minutes. After compressing we cut the web into large pieces. We tape the cathode edge to prevent any possible internal short. The large electrode with edge taped is slit into smaller pieces. This is ultrasonic process that aluminum tabs are welded onto cathodes using ultrasonic weld machine. We tape the weld section to prevent any possible internal short. And finally, we clean the finished electrodes with vacuum and brush. Vocabulary: cylindering 柱形辊压 vacuum 真空 particle 颗粒 wound 旋紧卷绕 micrometer 千分尺 internal short 内部短路 slit 分切 ultrasonic 超声波 weld 焊接
电极反应方程的缩写 一、原电池电极反应式的书写： 原则：正极反应+负极反应二总反应 注意得失电子的准确性和产物的合理性。 几种常见电池的电极反应： 1、燃料电池：（两极不参与反应，反应的是通到电极上的燃料气和 02 ） （1）氢氧燃料电池: H 2、02作为负极和正极的反应物， H 2+— 2e -T 2H + O 2+4e~2O 2 须知道H +、02— 在溶液中的存在形式 H +：酸液中，能稳定存在 H +,存在形式：H + 碱液中，H ++0H —= H 2O ,存在形式：H 2O 02—:酸液中，02— +2H += H 20，存在形式：H 20 碱液中， 02—+H 20= 20H —，存在形式：0H 氢氧燃料电池 正极： （填“正”或“负”，下同）极通入可燃性气体， 向 22、干电池：电解质溶液： NH 4CI+淀粉糊 负极（Zn ）: 正极（C ）: 电极材料：C 、Pt 电解质：K0H 溶液 负极反应物：H 2 正极反应物：02 电极反应： 负极： 总反应： （2）甲烷燃料电池， K0H 溶液为电解质溶液 电极反应：（要点：可燃物中 C 的化合价与生成 负极： 电池总反应： （3）铝—空气燃料电池 C02中C 的化合价的关系及 C02的存在形式） 正 极： 负极： 电池总反应式： 例：某原电池中盛有 K0H 浓溶液，若分别向 正极: 电极反应:
总反应： 3、铅蓄电池：电解质：稀H2SO4 负极（Pb）: 正极（PbO2）： 总反应： 4、锂电池: 负极（Li）: 正极： 总反应： 5、银锌电池： 负极（Zn）: 正极（Ag2O）： 电解液（KOH） 总反应： 原电池总结 知识要点实例 概念 e- 实质 Zn (- ------ ------ Cu 1(+) 构成前提 构成条件 H 自发反应 2SC4 溶】液- 电极构成 负极： 正极：Zn板——负极Cu板--- 正极 电极反应 负极： 正极：负极：正极： 电子流向 电流流向 外电路：内电路：外电路：内电路：电池总反应两个电极反应叠加 活渡金K 电子密出—仙极I氧化反应 阳K子馨向 iEflt 还EK反应］ T K化反应， Zn- 2c_—21?* j H f还原反应 不焉虛￡属我业囲~|
锂离子动力电池的安全性问题分析 （） 摘要：本文从锂离子电池材料和制作工艺两个方面分析影响锂离子电池安全性能的因素，并进一步分析锂离子电池组安全性的关键问题。 关键词：锂离子电池；安全性能；热稳定性；影响因素 Power type lithium ion battery safety problem analysis (Electrical Engineering College, Longdong University, Qingyang 745000, Gansu, China) Abstract:This article from the lithium ion battery materials and production process analysis of two aspects of influence of lithium ion battery safety performance factors, and further analysis of lithium ion battery safety problems. Key words: Lithium ion battery; Safety performance; Thermal stability; Influence factors. 0 引言 锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池。是现代高性能电池的代表。锂离子电池是最晚研究而商品化进程最快的一种高性能电池。锂离子电池以其独特的优势目前以成为各个领域广泛应用的新能源。锂离子电池具有电压高、比能量高、循环性能好等特点，越来越广泛应用发的3C市场领域、电动车(EV)和混合型电动车(HEV)市场领域、军事用途及空间技术领域。虽然，锂离子二次电池的安全性相对于金属锂二次电池有了很大的提高，但仍存在着许多隐患，比如：由于电池的比能量高，且电解液大多为有机易燃物等，当电池热量产生速度大于散热速度时，就有可能出现安全性问题。根据Ph.Biensan等的研究证明：锂离子电池在滥用的条件下有可能产生使铝集流体熔化的高温(>700℃)，从而导致电池出现冒烟、着火、爆炸、乃至人员受伤等情况。因此对锂离子电池的研制和生产来说，电池的安全性不仅是指在各种测试条件下不出现冒烟、着火、爆炸等现象，最为重要的确保人员在电池滥用的条件下不受伤害。 1 锂离子电池的几代变革 第一代锂离子电池：负极：锂金属，工作电压高达3.7。由于直接以极其活跃的金属锂作为负极，安全隐患太大已经被淘汰。 第二代锂离子电池：低功率液态锂离子电池。负极：C的同素异形体材料，工作电压有所降低，为3.6V。它避免了直接以金属锂作为负极的安全隐患，一般用于笔记本电脑，摄像机等。