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锂电池工作原理



  锂离子电池的工作原理 及安全性 目录 ? 锂离子电池的工作原理及组成 ? 锂离子电池的性能及测试 ? 影响锂离子电池安全性的因素 ? 锂电池保护板的工作原理 电池组实物图 示意图 18650 电池示意图 安全阀 隔膜 负极 电解液 正极 锂离子电池的工作原理 Li+ + 6C + e LiC6 LiMO2 MO2 + Li+ + e 锂电制作的一般流程 配浆 涂布 辊压 化成 注液 装配 检测 出货 如何评价锂离子电池 ? 安全性: 短路, 过充, 热冲击 ? 稳定性: 循环和存储 ? 容量: 电池的重量能量比和体积能量比 锂离子电池的测试 ? 安全性: 外短路, 针刺, 过充, 热冲击. ? 稳定性: 循环500 次和存储性能. ? 电化学性能: 容量, 不同倍率电流放电性 能,高低温放电等. ? 可靠性测试: 振动, 撞击, 跌落, 挤压. 不同倍率电池放电性能 4.4 4.2 4 3.8 3.6 3.4 3.2 3 0 100 200 300 400 500 600 700 1C· ?? ? 0.5C· ?? ? 0.2C· ?? ? 不同倍率放电容量相近 不同温度下的电池放电特性 4.4 4.2 4 3.8 3.6 3.4 1C at 55oC 1C at 25oC 0.5C at -20oC 3.2 3 0 100 200 300 400 500 600 700 锂电池安全性 ? 由于能量密度较高, 锂电较容易发生安全 性事故. ? 在使用锂电过程中, 除要求电芯本身要安 全可靠外, 成品电池要有保护线路板. 锂电池爆炸的报道 影响锂离子电池安全性 的内部因素(1) ? 材料: – 正极材料: LiCoO2的热稳定性及其与电解 液反应活性 负极材料的稳定性及配比 电解液的组成 隔膜的选择 – – – 材料体系影响整个电池的过充和热稳定性 影响锂离子电池安全性 的内部因素(2) ? 电池结构 – 结构设计的合理性 ? 工艺 – 电池制作的过程控制: 极片毛刺, 极粉脱落, 卷绕对位. – 不良电池的筛选 内短路: 微短路, 结构性内短路 微短路 ? 主要由正负极片上微粉或凸点刺穿隔膜, 引起 电芯内部短路造成. ? 轻微的将造成自放电率高 ? 严重的将造成电池爆炸 极粉刺穿隔膜造成电池爆炸 极粉内短路 ? 内层负极片掉粉刺穿隔膜, 造成电芯鼓胀 电芯内部短路 ? 主要由于电芯极耳过长, 与极片或与壳体 接触造成短路. ? 或极耳压迫卷芯, 导致正负极短路. ? 引起电芯发烫, 严重时会导致爆炸. 影响锂离子电池安全性 的外部因素 ? 过充电(电压) ? 过放电 ? 外短路 ? 过温: 120度 以上 以上几种情况均有可能导致电池发生 安全性事故 微短路和内短路电芯的筛除 ? 自放电严重的电芯有安全隐患 ? 半荷电电芯, 正常情况下, 开路电压大约1个月 压降为15-20mV, 2 个月的压降为25-35mV, 半年压降为50-60mV. ? 通过严格存储条件, 可把有微短路和内短路隐患的 电芯筛除. 过充安全性 ? 主要与电芯正极材料有关. LiCoO2 在 4.2V 时, 结构不稳定并放出氧气. ? 同时电解液在4.2V 时分解, 与LiCoO2反 应产生大量热. ? 导致电芯内压急剧升高发生爆炸. 电解液的添加剂 ? 改善电池的稳定性: 提高电池的循环性和 存储性 ? 改善电池的过充安全性 ? 提高电芯的高,低温性能. 小结 ? 锂离子电池是高能量, 长寿命的移动能源. 但有 一定安全隐患. ? 评价锂离子电池优主要从三个方面:安全性, 稳 定性, 和体积、重量能量比. ? 锂离子电池性能取决与材料, 设计和工艺控制 ? 锂离子电池的安全性问题是一个综合性问题,要 从电池材料体系,河北十一选五,结构设计和工艺控制等方面 着手解决. 电池组的测试 ? 容量测试: 1C放电容量不低于标称容量; ? 高低温测试: 低温容量不得低于常温放电容量的80%,高温 后容量≥90%; ? 寿命测试: 13串及以下电池循环容量不低于90%;13串以 上电池循环容量不低于85%;300次 保护板的工作原理 ? 1、同口保护板工作原理 ? 2、异口保护板原理 ? 3、同口与异口保换板的优缺点; 同口保护板原理图 充电工作原理 充电保护 放电 过放保护 异口保护板 过放与过充保护 过充保护 过放保护 如果将异口输出的板子负极短在一起 有什么问题?