锂离子电池材料基础知识
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锂电池电池制造基础知识(完整版)
锂电池制造基础知识一、填空题1、锂离子电池的组成主要有正极、负极、隔膜、电解液、外壳等五大部分组成。
2、锂离子正极材料种类有钴基材料、镍基材料、锰基材料、铁基材料、镍钴锰三元材料等。
3、ISR18650PC-1300正极合浆需要的主要材料有三元材料、SP、KS-6、PVDF、NMP。
负极水系合浆中CMC的作用是提高浆料粘度,防止浆料沉降。
4、ISR18650PC-1500mAh中I指负极为碳材料的锂离子电池 ,S指正极材料为三元 ,R指圆柱型 ,PC指高功率型 ,1500mAh指电池额定容量为1500mAh 。
IFP36115200-60表示为电池高度为 200mm ,宽度为 115mm ,厚度为 36mm ,铁基正极能量型方形锂离子蓄电池,额定容量为60Ah。
5、方形电池装配工艺流程: 制片卷绕冷热压入壳激光焊注液。
6、锂离子电池正极的集电体是铝箔 ,正极片采用铝极耳,负极的集电体是铜箔,负极片采用镍极耳。
7、型号为ISR18650PC-1300圆柱型锂离子电池制片工艺参数:正极极耳焊点尺寸: 2.5 * 45 (mm)；负极极耳焊点尺寸: 3 * 4 (mm)。
8、极片焊接强度检验标准为:用废片或光箔试焊,极耳手动剥开,应2/3有基带残留物。
9、极耳焊接贴胶外观标准为:平整无褶皱、胶带与极片宽度平齐、胶带贴住浆层1-2mm。
10、型号为ISR18650PC-1300/1500圆柱型锂离子电池卷绕工艺参数:卷针规格: Ф4 ；绝缘电阻设置: 250 V/ 10 MΩ。
11、60B方形卷绕工序的关键控制点有隔膜规格、卷针尺寸、负极包覆正极情况、隔膜包覆负极情况、正负极片/极耳对位、极耳中心距等。
12、型号为IFP36115200-60的方型锂离子电池电芯成型过程中:热压温度: 70℃ ,热压时间: 13s ,冷压时间: 13s 。
13、注液间房间湿度要求控制在 -34.8以下,由于锂离子电池遇水会发生分解产生氧气,电池会气涨甚至爆炸,因此要控制房间人员进入数量,严禁无关人员进入。
培训教程锂离子电池基础知识
中。
04
工作原理图解
工作原理图解可以清晰地展示锂 离子电池的充电和放电过程。
通过图解，可以直观地看到电子 和锂离子的传递过程以及锂原子
的嵌入过程。
工作原理图解对于理解锂离子电 池的工作原理非常重要，可以帮 助人们更好地了解和掌握这一技
术。
03
锂离子电池的构造
正极材料
正极材料是锂离子电池中最为关键的材料之一，它决定了电池的能量密度、充放电 性能和使用寿命。
容量与能量密度
容量
表示电池可以存储的电量，通常 以mAh（毫安时）或Ah（安时） 为单位。容量越大，电池的续航 能力越强。
能量密度
表示电池的能量与体积的比值， 单位为Wh/L（瓦时每升）或 Wh/kg（瓦时每千克）。能量密 度越高，电池的体积和重量越小 。
循环寿命
• 循环寿命：表示电池可以充放电的次数。循环寿命越长， 电池的使用寿命越长。
对环境的影响与可持续发展
资源消耗
锂离子电池的制造过程需要大量原材料，如锂、钴等稀有金属，应 采取有效措施降低资源消耗，并寻求可再生和环保的替代品。
回收利用
建立完善的回收体系，对废旧锂离子电池进行回收和再利用，以减 少对环境的负面影响。
绿色生产
推动绿色生产技术，降低生产过程中的能耗和排放，实现锂离子电池 产业的可持续发展。
培训教程锂离子电池基础知 识
contents
目录
• 锂离子电池简介 • 锂离子电池的工作原理 • 锂离子电池的构造 • 锂离子电池的性能指标 • 锂离子电池的充电与保养 • 锂离子电池的发展趋势与未来展望
01
锂离子电池简介
定义与特性
总结词
锂离子电池是一种高能量密度、可充电的电池，具有高效、环保、安全等特性。
04
工作原理图解
工作原理图解可以清晰地展示锂 离子电池的充电和放电过程。
通过图解，可以直观地看到电子 和锂离子的传递过程以及锂原子
的嵌入过程。
工作原理图解对于理解锂离子电 池的工作原理非常重要，可以帮 助人们更好地了解和掌握这一技
术。
03
锂离子电池的构造
正极材料
正极材料是锂离子电池中最为关键的材料之一，它决定了电池的能量密度、充放电 性能和使用寿命。
容量与能量密度
容量
表示电池可以存储的电量，通常 以mAh（毫安时）或Ah（安时） 为单位。容量越大，电池的续航 能力越强。
能量密度
表示电池的能量与体积的比值， 单位为Wh/L（瓦时每升）或 Wh/kg（瓦时每千克）。能量密 度越高，电池的体积和重量越小 。
循环寿命
• 循环寿命：表示电池可以充放电的次数。循环寿命越长， 电池的使用寿命越长。
对环境的影响与可持续发展
资源消耗
锂离子电池的制造过程需要大量原材料，如锂、钴等稀有金属，应 采取有效措施降低资源消耗，并寻求可再生和环保的替代品。
回收利用
建立完善的回收体系，对废旧锂离子电池进行回收和再利用，以减 少对环境的负面影响。
绿色生产
推动绿色生产技术，降低生产过程中的能耗和排放，实现锂离子电池 产业的可持续发展。
培训教程锂离子电池基础知 识
contents
目录
• 锂离子电池简介 • 锂离子电池的工作原理 • 锂离子电池的构造 • 锂离子电池的性能指标 • 锂离子电池的充电与保养 • 锂离子电池的发展趋势与未来展望
01
锂离子电池简介
定义与特性
总结词
锂离子电池是一种高能量密度、可充电的电池，具有高效、环保、安全等特性。
锂离子电池基础知识培训教材全解
▪ 锂离子电池生产流程较长，每个质量控制点 都非常重要
▪ 大家可以根据自己工作岗位性质有针对性的 进行研究、讨论
结束
电压
▪ 开路电压 电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电
池的开路电压等于电池的正极的还原电极电势与负 极电极电势之差。 ▪ 工作电压
工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示 的电压，又称放电电压。在电池放电初始的工作电 压称为初始电压。
电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电 位的存在，电池的工作电压低于开路电压。
正极片烘烤 正极制片
组装
负极片烘烤 负极制片
卷绕工艺流程
正、负极片
隔膜
贴底部胶纸
刷粉配片
隔膜裁剪 卷绕
调机，测试
压芯
测短路
入壳
负极极耳点焊
正极极耳超焊
离心入壳 压盖帽(板)
折极耳
套隔圈并固定
激光焊
测短路
激光焊工艺流程
调机（夹具、激光调试） 激光焊接长边 激光焊短边 全检气密
全检短路
注液
注液-化成工艺流程
内阻
▪ 电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低，此阻力 称为电池的内阻。
▪ 电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化，因为 活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。
▪ 电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学 极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于 电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电 压。
正极 泡胶 正极混干粉 正极真空搅拌 正极筛浆料
正极拉浆
负极 泡胶 负极混干粉 负极真空搅拌 负极筛浆料
负极拉浆
拉浆工艺流程
正、负极浆料 送带 上浆 烘烤 收带
▪ 大家可以根据自己工作岗位性质有针对性的 进行研究、讨论
结束
电压
▪ 开路电压 电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电
池的开路电压等于电池的正极的还原电极电势与负 极电极电势之差。 ▪ 工作电压
工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示 的电压，又称放电电压。在电池放电初始的工作电 压称为初始电压。
电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电 位的存在，电池的工作电压低于开路电压。
正极片烘烤 正极制片
组装
负极片烘烤 负极制片
卷绕工艺流程
正、负极片
隔膜
贴底部胶纸
刷粉配片
隔膜裁剪 卷绕
调机，测试
压芯
测短路
入壳
负极极耳点焊
正极极耳超焊
离心入壳 压盖帽(板)
折极耳
套隔圈并固定
激光焊
测短路
激光焊工艺流程
调机（夹具、激光调试） 激光焊接长边 激光焊短边 全检气密
全检短路
注液
注液-化成工艺流程
内阻
▪ 电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低，此阻力 称为电池的内阻。
▪ 电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化，因为 活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。
▪ 电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学 极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于 电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电 压。
正极 泡胶 正极混干粉 正极真空搅拌 正极筛浆料
正极拉浆
负极 泡胶 负极混干粉 负极真空搅拌 负极筛浆料
负极拉浆
拉浆工艺流程
正、负极浆料 送带 上浆 烘烤 收带
锂电基础知识
充电时避免使用
在充电过程中，应避免 使用锂电池或相关设备， 以免造成设备过热或损 坏。
锂电池的存储安全
01
保持干燥环境
锂电池应存放在干燥的环境中，避免潮湿和水分，以免造成电池短路或
损坏。
02
避免暴露在高温环境下
长时间暴露在高温环境下可能会对锂电池造成损害，影响其性能和安全
性。因此，应避免将锂电池长时间暴露在高温环境下。
锂电池的发展
随着科技的不断进步，锂电池在 材料、工艺和性能方面得到了持 续改进，使得锂电池的能量密度 、循环寿命和安全性不断提高。
锂电池的种类和特点
锂离子电池
锂离子电池是当前应用最广泛的锂电池，其正极材料包括 钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等，负极材料为石墨。锂离子电 池具有高能量密度、长循环寿命等优点。
锂电池的充电原理
锂离子迁移
在充电过程中，正极上的电子通 过外部电路传递给负极，而正极 上的锂离子通过电解质向负极迁
移。
电化学反应
在负极表面，锂离子与电子结合形 成锂原子，随后锂原子排列成为金 属锂。在正极表面，发生氧化反应， 释放出电子。
能量存储
充电完成后，电池内部存储了电能， 可供放电时使用。
锂电池的放电原理
锂电池的发展对环境的影响
生产过程中的环境影响
锂电池生产过程中涉及有毒物质，需 要采取环保措施，降低对环境的污染 。
报废电池的处理
随着锂电池的大量使用，报废电池的 回收和处理成为重要问题，需要建立 完善的回收处理体系，减少对环境的 负面影响。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
电子传递
放电时，电子从负极通过外部电路传递到正极，同时锂离子通过 电解质从负极迁移到正极。
在充电过程中，应避免 使用锂电池或相关设备， 以免造成设备过热或损 坏。
锂电池的存储安全
01
保持干燥环境
锂电池应存放在干燥的环境中，避免潮湿和水分，以免造成电池短路或
损坏。
02
避免暴露在高温环境下
长时间暴露在高温环境下可能会对锂电池造成损害，影响其性能和安全
性。因此，应避免将锂电池长时间暴露在高温环境下。
锂电池的发展
随着科技的不断进步，锂电池在 材料、工艺和性能方面得到了持 续改进，使得锂电池的能量密度 、循环寿命和安全性不断提高。
锂电池的种类和特点
锂离子电池
锂离子电池是当前应用最广泛的锂电池，其正极材料包括 钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等，负极材料为石墨。锂离子电 池具有高能量密度、长循环寿命等优点。
锂电池的充电原理
锂离子迁移
在充电过程中，正极上的电子通 过外部电路传递给负极，而正极 上的锂离子通过电解质向负极迁
移。
电化学反应
在负极表面，锂离子与电子结合形 成锂原子，随后锂原子排列成为金 属锂。在正极表面，发生氧化反应， 释放出电子。
能量存储
充电完成后，电池内部存储了电能， 可供放电时使用。
锂电池的放电原理
锂电池的发展对环境的影响
生产过程中的环境影响
锂电池生产过程中涉及有毒物质，需 要采取环保措施，降低对环境的污染 。
报废电池的处理
随着锂电池的大量使用，报废电池的 回收和处理成为重要问题，需要建立 完善的回收处理体系，减少对环境的 负面影响。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
电子传递
放电时，电子从负极通过外部电路传递到正极，同时锂离子通过 电解质从负极迁移到正极。
锂离子电池基础知识
锂离子电池对聚合物电解质的主要要求是离子电导率高， 电化学性能和热性能稳定，机械性能柔韧，机械强度高。
2021/10/10
14
1 锂离子二次电池的概况动势：在等温等压条件下，当体系发生变化 时，体系吉布斯自由能的减少等于对外所做的最大膨胀功， 如果非膨胀功只有电工，则∆G=-nFE。当电池中的化学能 以不可逆方式转变为电能时，两极间的电位差E’一定小于可 逆电动势E。
2021/10/10
9
1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的缺点
1、安全性能问题：需复杂的保护线路； 2、放电倍率低：1 C ~ 2 C； 3、易于老化：存储的锂离子电池照样会容量衰竭； 4、价格昂贵。
2021/10/10
10
一般认为，锂离子电池起火爆炸是由于其内部化学原理和成分导致的。由于人
们想在单位密度中储存更多的能量，这就导致了锂离子电池中碳、氧和易燃液体的
含量不断增加。与此同时除了正极、负极以及隔离膜之外，锂离子电池内部还充满
了一种非常易燃的液体—锂盐类电解质。电池充电时，负极的锂离子向正极移动，
电池在使用过程中，锂离子又回到负极以提供能量。在充完电的状态下，失去大部
分离子的负极非常不稳定。这个温度足以使负极分解和释放氧。随着热量积蓄，电
池将会进入“热失控”状态。此时电池内部的温度将会极快地升高，最后到达电解
2021/10/10
31
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的高温性能
电池充电结束后，将电池放入 60±2 ℃ 的高温箱中 恒温 2h ，然后以 1C5A 电流恒流放电至 2.75V 。放电 时间不小于 54 分钟。后将电池取出在环境温度 20±5 ℃ 的条件下搁置 2h, 电池外观无变形、无爆裂。
2021/10/10
14
1 锂离子二次电池的概况动势：在等温等压条件下，当体系发生变化 时，体系吉布斯自由能的减少等于对外所做的最大膨胀功， 如果非膨胀功只有电工，则∆G=-nFE。当电池中的化学能 以不可逆方式转变为电能时，两极间的电位差E’一定小于可 逆电动势E。
2021/10/10
9
1 锂离子二次电池的概况
锂离子电池的缺点
1、安全性能问题：需复杂的保护线路； 2、放电倍率低：1 C ~ 2 C； 3、易于老化：存储的锂离子电池照样会容量衰竭； 4、价格昂贵。
2021/10/10
10
一般认为，锂离子电池起火爆炸是由于其内部化学原理和成分导致的。由于人
们想在单位密度中储存更多的能量，这就导致了锂离子电池中碳、氧和易燃液体的
含量不断增加。与此同时除了正极、负极以及隔离膜之外，锂离子电池内部还充满
了一种非常易燃的液体—锂盐类电解质。电池充电时，负极的锂离子向正极移动，
电池在使用过程中，锂离子又回到负极以提供能量。在充完电的状态下，失去大部
分离子的负极非常不稳定。这个温度足以使负极分解和释放氧。随着热量积蓄，电
池将会进入“热失控”状态。此时电池内部的温度将会极快地升高，最后到达电解
2021/10/10
31
2 锂离子电池的原理和特性
锂离子电池的高温性能
电池充电结束后，将电池放入 60±2 ℃ 的高温箱中 恒温 2h ，然后以 1C5A 电流恒流放电至 2.75V 。放电 时间不小于 54 分钟。后将电池取出在环境温度 20±5 ℃ 的条件下搁置 2h, 电池外观无变形、无爆裂。
锂离子电池的基本知识
锂离子电池的基本知识一般而言,电池有三部分构成:1.锂离子电芯2.保护电路(pcm)3.外壳即胶壳锂离子电芯是一种新型的电池能源，它不含金属锂，在充放电过程中，只有锂离子在正负极间往来运动，电极和电解质不参与反应。
锂离子电芯的能量容量密度可以达到300wh，重量容量密度可以达到125wh。
一、电芯原理锂离子电芯的反应机理是随着充放电的进行，锂离子在正负极之间嵌入脱出，往返穿梭电芯内部而没有金属锂的存在，因此锂离子电芯更加安全稳定。
其反应示意图及基本反应式如下所示：二、电芯的构造锂电池的负极材料是锂金属，正极材料是碳材。
习惯上称为锂电池。
锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极材料是碳材。
为了区别于传统意义上的锂电池，称之为锂离子电池。
锂离子电池的主要构成:（1）电池盖（2）正极----活性物质为氧化钴锂(钴酸锂)（3）隔膜----一种特殊的複合膜（4）负极----活性物质为碳（5）有机电解液（6）电池壳电芯的正极是licoo2加导电剂和粘合剂，涂在铝箔上形成正极板，负极是层状石墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上，目前比较先进的负极层状石墨颗粒已採用奈米碳。
根据上述的反应机理，正极採用licoo2、linio2、limn2o2，其中licoo2本是一种层结构很稳定的晶型，但当从licoo2拿走xli后，其结构可能发生变化，但是否发生变化取决于x的大小。
通过研究发现当x>时li1-xcoo2的结构表现为极其不稳定，会发生晶型瘫塌，其外部表现为电芯的压倒终结。
所以电芯在使用过程中应通过限制充电电压来控制li1-xcoo2中的x值，一般充电电压不大于那幺x小于，这时li1-xcoo2的晶型仍是稳定的。
负极c6其本身有自己的特点，当第一次化成后，正极licoo2中的li被充到负极c6中，当放电时li回到正极licoo2中，但化成之后必须有一部分li留在负极c6中，心以保证下次充放电li的正常嵌入，否则电芯的压倒很短，为了保证有一部分li留在负极c6中，一般通过限制放电下限电压来实现。
锂离子电池材料基础知识
在三元材料中，Mn始终保持+4价，没有电化学活性，Ni和Co为电化学活性， 分别为+2价和+3价。
四、聚合物锂离子电池的组成
正极主材
橄榄石结构的LiFeO4
可以沿着c轴形成二维扩散运动，自由地脱出或嵌入。理论容量为170 mAh/g，导电 性能差；从LiFePO4变化为FePO4，体积减少6.81%，可以弥补碳负极的膨胀，有助于提 高电池的体积利用率。
八、聚合物锂离子电池的组成
去离子水
锂离子电池使用的水是去离子水,电导率越低越好,如果用水, 电导率会很高,会造成电池短路,自耗电会很高。
NMP
负极石墨是不亲水的，少量加一些NMP可以改善石墨与水的 浸润，从而使得其与粘结剂更好的混合，最终改善极片涂布质量。
九、聚合物锂离子电池的组成
隔膜
锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决 定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安 全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的 作用。 隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接 触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不 导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类 不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶 剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜 化的聚烯烃多孔膜。
七、聚合物锂离子电池的组成
SBR
1、SBR是应用最广泛的水性粘结剂，SBR是丁苯橡胶的英文缩写，极易溶于水和极性溶剂中，具有很 高的粘结强度以及良好的机械稳定性和可操作性，用在电池业作为粘结剂，粘结剂效果良好，质量 稳定。
2、粘结机理：SBR表面的基团与铜箔表面的基团发生缩合反应形成化学键。SBR乳液本身是一个亲水性和 疏水性平衡的产物，一方面通过疏水性将石墨有机结合，另一方面通过亲水性基团和铜箔表面基团发生缩 合反应。而CMC-Na作为一种稳定剂、悬浮分散剂，对SBR具有辅助的粘结作用，同时也可让SBR分散的更加 均匀，同时利用空间电荷的排斥作用保证整个体系的稳定。
四、聚合物锂离子电池的组成
正极主材
橄榄石结构的LiFeO4
可以沿着c轴形成二维扩散运动，自由地脱出或嵌入。理论容量为170 mAh/g，导电 性能差；从LiFePO4变化为FePO4，体积减少6.81%，可以弥补碳负极的膨胀，有助于提 高电池的体积利用率。
八、聚合物锂离子电池的组成
去离子水
锂离子电池使用的水是去离子水,电导率越低越好,如果用水, 电导率会很高,会造成电池短路,自耗电会很高。
NMP
负极石墨是不亲水的，少量加一些NMP可以改善石墨与水的 浸润，从而使得其与粘结剂更好的混合，最终改善极片涂布质量。
九、聚合物锂离子电池的组成
隔膜
锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决 定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安 全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的 作用。 隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接 触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不 导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类 不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶 剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜 化的聚烯烃多孔膜。
七、聚合物锂离子电池的组成
SBR
1、SBR是应用最广泛的水性粘结剂，SBR是丁苯橡胶的英文缩写，极易溶于水和极性溶剂中，具有很 高的粘结强度以及良好的机械稳定性和可操作性，用在电池业作为粘结剂，粘结剂效果良好，质量 稳定。
2、粘结机理：SBR表面的基团与铜箔表面的基团发生缩合反应形成化学键。SBR乳液本身是一个亲水性和 疏水性平衡的产物，一方面通过疏水性将石墨有机结合，另一方面通过亲水性基团和铜箔表面基团发生缩 合反应。而CMC-Na作为一种稳定剂、悬浮分散剂，对SBR具有辅助的粘结作用，同时也可让SBR分散的更加 均匀，同时利用空间电荷的排斥作用保证整个体系的稳定。
锂离子电池基础知识
苏州星恒电源有限公司
1.3命名方法 命名方法 锂离子电池的型号命名，一般由英文字母和阿拉伯数字组成。 锂离子电池的型号命名，一般由英文字母和阿拉伯数字组成。 个字母表示电池采用的负极体系： ①第1个字母表示电池采用的负极体系：字母Ⅰ表示采用具有嵌入特性负 个字母表示电池采用的负极体系 字母Ⅰ 极锂离子电池体系，字母L表示金属锂负极体系或锂合金负极体系 表示金属锂负极体系或锂合金负极体系。 极锂离子电池体系，字母 表示金属锂负极体系或锂合金负极体系。 个字母表示电极活性物质中占有最大质量比例的正极体系。 ②第2个字母表示电极活性物质中占有最大质量比例的正极体系。字母 个字母表示电极活性物质中占有最大质量比例的正极体系 字母C 表示钴基正极，字母N表示镍基正极 字母M表示锰基正极 字母V表示钒 表示镍基正极， 表示锰基正极， 表示钴基正极，字母 表示镍基正极，字母 表示锰基正极，字母 表示钒 基正极。 基正极。 个字母表示电池形状， 表示圆柱形电池， ③ 第3个字母表示电池形状，字母 表示圆柱形电池，字母 表示方形电 个字母表示电池形状 字母R表示圆柱形电池 字母P表示方形电 池。 圆柱形锂离子电池在三个字母后用两位阿拉伯数字表示电池的直径， ④ 圆柱形锂离子电池在三个字母后用两位阿拉伯数字表示电池的直径， 单位： 取整数。三个字母和两位阿拉伯数后用3位阿拉伯数字表示电池 单位：mm 取整数。三个字母和两位阿拉伯数后用 位阿拉伯数字表示电池 高度，单位mm×10取整数。 高度， 单位 ×10取整数。 当上述两个尺寸中至少有一个尺 取整数 寸大于或等于100mm时 100mm 寸大于或等于100mm时，在表示直径的数字和高度的数字之间添加分隔符号 “/”，同时该尺寸数字的位数相应增加。 ，同时该尺寸数字的位数相应增加。 ICR18650 ICR20 20/ 例：ICR18650 ICR20/1050 方形锂离子电池在三个字母后用两位阿拉伯数字表示电池的厚度， ⑤ 方形锂离子电池在三个字母后用两位阿拉伯数字表示电池的厚度，单 取整数。 位：mm 取整数。在三个字母和两位阿拉伯数字后再用两位阿拉伯数字表示 电池的宽度，单位: 取整数。 电池的宽度，单位:mm 取整数。 最后又用两位阿拉伯数字表示电池的高度，单位: 取整数。 最后又用两位阿拉伯数字表示电池的高度，单位:mm 取整数。 当电池的上述三个尺寸中至少有一个尺寸大于或等于100mm时 在表示厚度、 100mm 当电池的上述三个尺寸中至少有一个尺寸大于或等于100mm时，在表示厚度、 宽度和高度的数字之间添加分隔符号“ ， 宽度和高度的数字之间添加分隔符号“/”，同时该尺寸数字的位数相应增 加。 当电池的上述三个尺寸中至少有一个尺寸小于1mm时 mm×10取整数表示 当电池的上述三个尺寸中至少有一个尺寸小于1mm时，用mm×10取整数表示 苏州星恒电源有限公司 该尺寸，并在整数前添加字母t 该尺寸，并在整数前添加字母t。 ICP083448 ICP08 34/ 08/ ICPt73448 例：ICP083448 ICP08/34/150 ICPt73448
1.3命名方法 命名方法 锂离子电池的型号命名，一般由英文字母和阿拉伯数字组成。 锂离子电池的型号命名，一般由英文字母和阿拉伯数字组成。 个字母表示电池采用的负极体系： ①第1个字母表示电池采用的负极体系：字母Ⅰ表示采用具有嵌入特性负 个字母表示电池采用的负极体系 字母Ⅰ 极锂离子电池体系，字母L表示金属锂负极体系或锂合金负极体系 表示金属锂负极体系或锂合金负极体系。 极锂离子电池体系，字母 表示金属锂负极体系或锂合金负极体系。 个字母表示电极活性物质中占有最大质量比例的正极体系。 ②第2个字母表示电极活性物质中占有最大质量比例的正极体系。字母 个字母表示电极活性物质中占有最大质量比例的正极体系 字母C 表示钴基正极，字母N表示镍基正极 字母M表示锰基正极 字母V表示钒 表示镍基正极， 表示锰基正极， 表示钴基正极，字母 表示镍基正极，字母 表示锰基正极，字母 表示钒 基正极。 基正极。 个字母表示电池形状， 表示圆柱形电池， ③ 第3个字母表示电池形状，字母 表示圆柱形电池，字母 表示方形电 个字母表示电池形状 字母R表示圆柱形电池 字母P表示方形电 池。 圆柱形锂离子电池在三个字母后用两位阿拉伯数字表示电池的直径， ④ 圆柱形锂离子电池在三个字母后用两位阿拉伯数字表示电池的直径， 单位： 取整数。三个字母和两位阿拉伯数后用3位阿拉伯数字表示电池 单位：mm 取整数。三个字母和两位阿拉伯数后用 位阿拉伯数字表示电池 高度，单位mm×10取整数。 高度， 单位 ×10取整数。 当上述两个尺寸中至少有一个尺 取整数 寸大于或等于100mm时 100mm 寸大于或等于100mm时，在表示直径的数字和高度的数字之间添加分隔符号 “/”，同时该尺寸数字的位数相应增加。 ，同时该尺寸数字的位数相应增加。 ICR18650 ICR20 20/ 例：ICR18650 ICR20/1050 方形锂离子电池在三个字母后用两位阿拉伯数字表示电池的厚度， ⑤ 方形锂离子电池在三个字母后用两位阿拉伯数字表示电池的厚度，单 取整数。 位：mm 取整数。在三个字母和两位阿拉伯数字后再用两位阿拉伯数字表示 电池的宽度，单位: 取整数。 电池的宽度，单位:mm 取整数。 最后又用两位阿拉伯数字表示电池的高度，单位: 取整数。 最后又用两位阿拉伯数字表示电池的高度，单位:mm 取整数。 当电池的上述三个尺寸中至少有一个尺寸大于或等于100mm时 在表示厚度、 100mm 当电池的上述三个尺寸中至少有一个尺寸大于或等于100mm时，在表示厚度、 宽度和高度的数字之间添加分隔符号“ ， 宽度和高度的数字之间添加分隔符号“/”，同时该尺寸数字的位数相应增 加。 当电池的上述三个尺寸中至少有一个尺寸小于1mm时 mm×10取整数表示 当电池的上述三个尺寸中至少有一个尺寸小于1mm时，用mm×10取整数表示 苏州星恒电源有限公司 该尺寸，并在整数前添加字母t 该尺寸，并在整数前添加字母t。 ICP083448 ICP08 34/ 08/ ICPt73448 例：ICP083448 ICP08/34/150 ICPt73448
锂离子基础知识PPT课件
锂离子电池——电解液
性质：
无色透明液体，具有较强吸湿性。
应用：
主要用于可充电锂离子电池的电解液，只 能在干燥环境下使用操作（如环境水分小 于20ppm的手套箱内）。
规格：
溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比）
LiPF6浓度 1mol/l
质量指标：
密度（25℃）g/cm3 1.23±0.03
28
Ｆ 温度特性
电芯低温放电容量大于80%（-20℃ 、0.2C），高温放电容 量大于90%（55 ℃、1C）
60℃ 25℃ -10℃ 0℃ -20℃
29
Ｇ 电池循环性能
1C满充电4.2V，1C放电2.75V，循环300周。
容量(mAh)
383450A锂电芯循环曲线图
1122334455663838383838383800000000000000
电池鼓壳、发热， 不起火、不爆炸。
42
Ｄ 针刺
将电池固定在安全装置的夹具上，用直径2.5mm的钢钉 用力打下，使电池完全穿透。
电池漏液、发热， 不起火、不爆炸。
43
Ｅ 自由跌落
X、Y、Z六个面在1000mm的高度上各跌落2次
编号
1
2
3
4
5
6
7
跌 内 阻 54.1
落
前
电压
4.18
跌 内 阻 55.2
tim e /m in.
a.空白溶液;
4 .8 b
4 .4
4 .0
3 .6
0
100
200
300
400
500
tim e /m in.
b.添加后
38
提高电池安全性的措施：
锂离子基础知识
优缺点分析
成本高
目前锂离子电池的制造成本相对较高，尤其是高性能电池。
安全问题
若使用不当或电池内部出现异常，锂离子电池可能发生热失控、 燃烧甚至爆炸等安全问题。
对高温敏感
高温环境下，锂离子特性
常见锂离子类型介绍
锂离子电池
锂离子电池是一种充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。根据电池 正极材料的不同，锂离子电池可分为钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂等类型。
结构组成及工作原理
结构组成
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和电池外壳等组成。其中，正极材 料通常为钴酸锂、三元材料或磷酸铁锂等；负极材料为石墨或硅基材料等；隔膜 用于隔离正负极，防止短路；电解液为有机溶剂和锂盐的混合物。
工作原理
在充电过程中，锂离子从正极材料中脱出，通过电解液和隔膜，嵌入到负极材料 中。放电时则相反，锂离子从负极脱出，通过电解液和隔膜，嵌入到正极材料中 。同时，电子通过外电路从负极流向正极，形成电流。
表示。
充电倍率
描述电池充电快慢的性能参数 ，即充电电流与电池容量的比 值。
放电倍率
描述电池放电快慢的性能参数 ，即放电电流与电池容量的比 值。
循环寿命
表示电池可重复充放电的次数 ，是评估电池使用寿命的重要
指标。
04
安全问题及防护措施
安全隐患剖析
热失控
锂离子电池在过热条件下可能引发热失控，导致电池燃烧或爆炸。
优缺点分析
高能量密度
锂离子电池具有较高的能量密度，使得电池在相同重量或体 积下具有更高的储能能力。
无记忆效应
锂离子电池不具有镍镉电池的记忆效应，因此可以随时进行 充放电。
优缺点分析
长寿命
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14.5 23.8 1.13 1.40 301.0
88.5
21.3 39.1 3.99 0.99 333.9
86.1
14.5 28.9 1.23 1.10 346.0
20.2 40.1 3.11 0.75 357.8
90.4
83.1
32
ATL常用石墨
• 天然石墨:自然界中存在的石墨材料，进行修饰、包覆等
CPS Intensity I/CPS
1200
1000
800
600
400 10 20 30 40 50 60 70 80 Scattering angle 2θ /°
石墨
300
200
100
0 0
200 焦 炭－1500℃ 处理
150 002
100
100
004 110
20
40
60
80
100
Scattering angle 2θ /°
96485.309C =96485.309/3600Ah =26.80174Ah = 26802mAh (remark:1eV=1.602x10-19库仑x1伏特;阿伏伽 德罗常数 = 6.0221367*1023 ) • 石墨的克容量= 26802mAh/ 72g =372mAh/ g • 实际材料容量280~370mAh/ g
容量较高，输出电压较低，无明显的充放电平台电位。常见的软碳有石油焦、针状焦、碳纤 维、碳微球等
• 硬碳是指难石墨化碳，是高分子聚合物的热解碳，这类碳在2500℃以上的高温也难以石墨化。 常见的硬碳有树脂碳(如酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醇 PFA-C等)
CPS 002
100 101 004 103 110
软碳
50
0 0 10 20 30 40 50 60 70 2θ /（° ）
硬碳
29
Voltage(V)
硬碳
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
0
Cap. plot of carbotronp
1st discharge 1st charge 2nd discharge 2nd charge
✓ 微波合成法
13
正极材料的掺杂与修饰
掺杂对材料研究的意义
➢ 提高结构稳定性 ➢ 提高热稳定 ➢ 改善循环性能 ➢ 开发新材料
14
正极材料的掺杂与修饰
掺杂引起材料变化的原因：
➢ 增强的M-O键 ➢ 掺杂元素的活性与非活性 ➢ 掺杂导致的元素价态分布的改变
掺杂对材料的不利影响：
➢ 比容量降低－非活性元素掺杂 ➢ 倍率特性恶化 ➢ 制备工艺复杂化
2、大容量动力型锂离子电池：需要低成本， 耐过充性与热稳定性高的正极材料，提高 其安全性能
20
Anode
21
锂电选取负极材料原则
• 负极材料选取原则
– 比能量高； – 相对锂电极的电极电位尽可能低； – 充放电过程的可逆性好； – 良好的表面结构,与电解液形成良好的SEI膜; – 插入/脱嵌过程中,材料结构尺寸和机械稳定性好,确保良好的循环性能; – 插入化合物具有较好的电子电导和离子电导性,减少极化; – 锂离子在材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电; – 资源丰富，价格低廉；在空气中稳定、无毒副作用。
一阶（LiC6)
三阶
0.0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Capacity(mAh/g)
在锂插入石墨中,充放电电压比较平稳,锂离子可逆插入石墨层间的反应主 要在0.2V以下,在0.2V、0.12V、0.08V这3个电位附近有明显的锂插入平台。
26
石墨与电解液的兼容性
3
Cathode
4
几种主要正极材料性能比较
5
理论容量的计算（以石墨为例）
• 满充电时：C6Li—GIC 的理论容量为372mAh/g
• LiC6 6C + Li+ + e• 6个C原子能放出1个电子 • 6molC原子能放出1mol电子 • 6molC原子的质量=6*12=72g • 1mol电子电量= 1.60217733*10-19 C *6.0221367*1023 =
65%
不兼容现象分为60%：PC不兼容 EC不兼容
0
200 400 600 800 1000
Cyc le_Index
28
软碳和硬碳
• 软碳即易石墨化碳，是指在2500℃以上的高温下能石墨化的无定形碳。软碳的结晶度(即石墨 化度)低，晶粒尺寸小，晶面间距(d002)较大，与电解液的相容性好，但首次充放电的不可逆
• 人造石墨:石墨化炭(如沥青焦炭)在N2气氛中于1900~2800℃经高温石墨化处理制
得，如MCMB和石墨纤维等
ATL PN
Source Particle Size (D10)(μm)
MD-APG002-1004
CMS
MD-APG014-1482
S23
MD-APG-015- MD-APG-
1004
039-1004
F
A2
8.4
11.0
6.7
9.1
Physical
Particle Size (D50)(μm)
Particle Size (D90)(μm)
BET (m2/g)
Tap density(g/cm3)
Chemical
Discharge capacity(mAh/g)
First Efficiency(%)
造成大的不可逆容量
100 200 300 400 500 600 电解液的选择对于材料的电化
Capacity(mAh/g)
学性能影响非常的显著！
E2 electrolyte
1st charge 1st discharge
在E2电解液中没有剥离
100
200
300
400
500
Capacity(mAh/g)
3) 锂离子在材料中的化学扩散系数高，具有快 速充放电能力;
4) 在整个锂离子的脱嵌过程中，材料的主体结 构和体积变化小,
保证有良好的可逆性;
8
LiCoO2的结构及电化学特征
➢ α-NaFeO2型二维层状结构; ➢ 六方晶系, 氧原子呈立方密堆积; ➢ 约0.55 Li+ 能可逆脱嵌(~140 mAh/g); ➢ 合成工艺简单，电化学性质稳定; ➢ 钴资源相对贫乏,价格较高 相变 电解液氧化分解 晶格失氧
27
Voltage(V)
石墨与电解液的兼容性
不兼容现象
电解液的选择对于材料的电化
SEM
学性能影响非常的显著！
Capac ity retention(%) vs . Cyc le 1C/1C
110%
105%
100%
Fading(%)
95%
90%
85%
80%
75% 70%
Graphite/LiCoO2
– 电子导电性 – 锂离子在LiFePO4/FePO4两相区的扩散
12
正极材料制备方法
• 高温固相法
＞700 ℃，反应温度高、时间长，产物结构不均一。
• 低温合成法：
400－700 ℃，合成温度低、颗粒尺寸小、粒径分布窄、均一性好。
ห้องสมุดไป่ตู้
✓ 共沉淀法
✓ 溶胶-凝胶法
✓ Pechini法
✓ 喷雾干燥法
✓ 机械化学法
Graphite
Raw material
面间距d(002) (nm) 结晶度Lc (nm) Material density (g/cm3) Electrode density (g/cm3)
Plant, macromolecule material
0.37-0.38 1.1-1.2 1.50-1.60 0.9-1.0
修饰材料：
➢ 无机氧化物：Al2O3，SnO2，TiO2，ZrO2，ZnO，MgO， SiO2
➢ 无机盐: Li2CO3，LiCoO2，LiNi0.5Co0.5O2，LiAlO2。 19
新一代锂离子电池的发展对正极材料的要求 1、高性能小型锂离子电池：需要高比容量
的正极材料，LiCoO2只有140mAh/g比容量 显然不能够满足其发展要求
22
负极材料种类
锂离子用负极材料分类:
碳素材料/非碳负极材料/纳米负极材料
23
石墨
➢ 石墨是锂离子电池中常用的负极材料
石墨主要包括:
• 天然石墨 • 人造石墨 ➢ 什么是石墨?
1)石墨具有层状结构,片层之间通过 范德华力结合;
2) 石墨的基面( basal plane)和端面( edge plane)的性能不同;
分类：
➢ 电极的表面修饰 ➢ 材料颗粒表面的修饰
表面修饰对材料研究的意义：
➢ 改善材料的电化学循环性能 ➢ 提高材料在高电压下的结构稳定性 ➢ 改善材料的热稳定性
18
正极材料的表面修饰
改善机理：形成了表面类掺杂，同时改变表面与 体相性质— 无机颗粒表面掺杂
➢ 抑制电解液在材料颗粒表面的氧化分解 ➢ 抑制相变 ➢ 阻止氧的析出
9
LiNiO2的结构及电化学特征
➢α-NaFeO2型二维层状结构; ➢ 六方晶系, 氧原子呈立方密堆积;
➢ 首次充电比容量＞200mAh/g;
Ni2+
Ni+, 难于合成化学计量比产物;
结构稳定性; 安全性较差（电解液氧化分解、热稳定性）
10
LiMn2O4的结构及电化学特征
• 立方尖晶石结构
• 氧原子呈立方密堆积排列(32e)
• 同理可算Li2CoO2/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2