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1、电池基础知识电池基础知识2004.06电池基础知识主要内容 锂电池的历史 锂离子电池的原理 锂离子电池的组成部分介绍 锂离子电池的常规性能 电芯不良项目及成因 电芯生产各工序控制要点 国内主要电芯生产厂家 锂离子电池的标准 电池安全-电池为什么会爆炸？ 锂离子电芯安全实验 锂离子电池保护板原理概述 电池PACK结构设计时注意事项 售后电池常见电池故障分析电池基础知识锂电池的历史 1981年发表了第一个锂离子电池方面的专利。 八十年代末，SONY公司利用此发现制成了LIB。 实验室制成的第一只18650型锂离子电池容量仅为600mAh。 1992年，SONY公司开始大规模生产民用锂离子电池。 1998年方型锂离子电池大量投放市场，占据了市场较大份 额。 1999年国内锂离子电池开始大批量生产 2002年国产锂离子电池占据了国内主导市场电池基础知识 锂离子电池原理 锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正极的二次电池。电子和Li+都是同时行动的 ，方向相同但路径不同，放电时，电子从负极经过电子导体跑到正极，锂离子 Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达 正极，与

2、早就跑过来的电子结合在一起。 只要负极上的电子不能从负极跑到正极，电池就不会放电。电池基础知识反应原理 正极采用锂化合物LixCoO2,（还有LixNiO2,或LiMn2O4等目前没有商 品化）,负极采用锂碳层间化合物LixC6。电解质为溶解有LiPF6,LiAsF6 等的有机溶液。在充放电过程中，Li在两个电极之间往返嵌入和脱嵌， 被形象地称为“摇椅式电池”（Rocking Chair Batteries,缩写为RCB ） 0 16um)(发生内部短路的可能性增大) 2、可燃性很强的有机电解液被采用- 更容易起火- 更容易漏液 (会腐蚀电池板，使保护板失去保护作用) 3、电极和电解液间的距离较大且不够均匀- 容易生成锂枝晶，刺穿薄膜，构成内部短路。电池基础知识锂离子电池存在的安全问题的原因 (来自MOTO的消息)高能量密度 电池里可能存在的锂金属 (过放等非正常使用情况下出现) 电极材料的热稳定性较差 可燃性较强的有机电解液不可逆的电解液分解这将使电池不能保持一个固定的化学电位，（根据双电层理论，正常电池放电到一定水平后，会在一个电压点上维持 相当长的时间，（锂电池这个电压点大概是2

3、.7V左右 ）锂离子电池organic oxidized &electrolyte reduced productsDecomposition onset 4 to 5 V per cell 不可逆的!NiCd, NiMHH20 H2 + O2Cell Voltage limited to 1.5 V 可逆的!电池基础知识Li-plating Issue of Li-ion Battery液态锂离子电池(锂枝晶析出)(可能会引起内部短路) 聚合物电池 (界面较平)电池基础知识锂枝晶的图片Li-plating电池基础知识锂离子电池的过充（Motorola）IIVIIIIIRegion I: overdischargeBenign failure Region II: normal operationRegion III: cell degradation Li plating begins Electrolyte decomposition Excessive delithiation of cathode Region IV: risk of thermal runaway Compl

4、ete delithiation of cathode Impedance/voltage/heating increases电池基础知识电芯设计上的过充电保护 1、电芯参数设计时： 电极涂料上各参数的 电芯尺寸 各种材料比例 2。具有高温关断作用的隔膜。高温时内阻增大电流减小，温度降低电池基础知识电芯设计上的过充电保护anode/cathodeanode/cathodeoverchargePressure driven diskCell contactPressure build-up triggers CID. Gas generating additives often used.Li2CO3 - CO2Electrode tab电池基础知识如何提高锂离子电芯安全性 原料评估 微分热量测定 (DSC) 和热量重量分析 (TGA) 电芯等级分析 热失控点的测定 电池非正常使用情况模拟 参考IEC, UL，JIS等标准 Electrical, mechanical, thermal 等的滥用情况电池基础知识材料热量测定50100 150 200 250 300 350 4000.00

5、.51.01.52.02.5Heat=827J/gTemp. (C)50100 150 200 250 300 350 4000.00.51.01.52.02.5Heat=407J/g215CHeat Flow (W/g)Temp. (C) DSC data on samples obtained from commercial Li-ion cell 100% charged, OCV = 4.15 V Minor heat generation from negative electrode above 100o C Major heat generation initiated 160o C (LiCoO2) Total heat generated: combination of cathode and anodepositive electrode (anode)Negative electrode (cathode)114C264C307C50100150200250300350400012345TRA-OnsetN-Electrode ReactionP-Electrod

6、e DecompositionHeat=931J/g366J/g275C224C368J/gHeat Flow (W/g)Temp. (C) NE/separator/PE combined 电池基础知识锂离子电芯安全实验 -日本最重视的四条安全实验日本是世界上最早生产和应用商业锂离子电池的国家，对锂离子电池的性能最为了解 一、高温箱实验（heat test） 试验目的：测量出电池的温度失控点； 150度内不应该有Thermal Runaway 试验方法：在20度时将电池充电至4.40V 高温箱的温度以5deg.c/min 的速率升至150度。实验时测量项目 1、电池的最高温度？（电池不应该有Thermal Runaway ，跟随着高温箱的温度） 2、是否膨胀？ 3、是否漏液？这是日本DECOMO（日本最大网络运营商）首要看重的测试项目，对于电池安全性有重 大意义。02004006008001000 1200 1400 1600 1800 200050100150200250300Thermal RunawaySafety RiskSafeTemp. (C)Time (min)OCV=

7、 4.18VSelf-heating onset 123 CThermal runaway onset 167 C电池基础知识锂离子电芯安全实验 -日本最重视的四条安全实验 二、针刺实验 试验目的：模拟电芯内部短路。 测试方法：充电到4.40V后 用一直径2.5mm的针刺穿电芯。 实验时测量项目： 1、max.temp？（toshiba383562为117度） 2、是否膨胀？（ toshiba383562 不产生气体） 3、是否漏液？（ toshiba383562 漏液） 据我们从市场上了解的情况，用户手机爆炸也一般是在使用时，而不是充电时 ，这是由电池内部短路造成的电池基础知识锂离子电芯安全实验 -日本最重视的四条安全实验 三、挤压实验（Crush Test） 试验目的 模拟电芯被重物压时的安全情况 试验方法Cell is crush by dia.10mm Rod. Pressure is 2.5 ton 电池条件：在20度充电至4.4V 实验时测量项目： 1、max.temp? 2、是否膨胀？ 3、是否漏液？ 由于现在电池应市场提升容量的要求，隔膜越做越薄，有些差的隔膜 是经不起

8、这项考验的电池基础知识锂离子电芯安全实验 -日本最重视的四条安全实验外部短路实验（External Short Circuit Test） 试验目的：模拟电池放在包里时， 被手链，项链等短路时的情况。 试验方法： 在55度时，把电池正负极短路。 电池条件：在-5度时充电至4.3V （不同于通常0度45度的充电环境）实验时测试项目：1、Max.temp2、最大电流是多少？3、是否漏液？锂电池在零度以下进行充电,可能会导致金属锂的析出和电镀反应，这样充电后再短路 实验条件相对较残酷。电池基础知识锂离子电芯安全实验 -过充电实验 实验目的：模拟充电器，电池保护板均失效时的过充电情况， 随着目前充电器电路的慢慢成熟，过充电的标准正在降低。Voltage / VQuality Li -polymer Battery Safety ZoneCurrent / AA Company LIB - FireA & B Company LIB - FireB Company LPB - FireC Company LPB - FireUL-1642 Old Std (12V)UL-1642 New Std

9、 (5V)电池基础知识锂离子电芯安全实验 -burner test电池基础知识锂离子电芯安全实验 -其它安全实验 Hotplate test 此外，还有冲击实验，振动实验等我司在做的实验。电池基础知识锂离子电池保护板原理概述1正常状态 在正常状态下电路中N1的“CO”与“DO”脚都输出高电压，两个MOSFET都处于导 通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，通 常小于30毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。 此状态下保护电路的消耗电流为A级，通常小于7A。 电池基础知识 2、过充电保护 电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过 4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充 电至超过4.3V时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现 安全问题。 在带有保护电路的电池中，当控制IC检测到电池电压达到4.325V（该 值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“CO”脚将由高电压转 变为零电压，使V2由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器 无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于V2管自带 的体二极管VD的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。 在控制IC检测到电池电压超过4.325V至发出关断V2信号之间，还有 一段延时时间，该延时时间的长短由芯片决定，为1秒左右，以避免因 干扰而造成误判断。 电池基础知识 3、过放电保护 电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当 电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对 负载放电，将造成电池的永久性损坏。 在电池放电过程中，当控制IC检测到电池电压低于2.5V（该值由控制 IC决定，不同的IC有不同的值）时

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