鋰電芯培訓資料
（三）鋰電芯基本知識
品管部選編
一、鋰電芯原理
鋰離子電芯的反應機理是隨著充放電的進行，鋰離子在正負極之間嵌入脫出，往返穿梭電芯內部而沒有金屬鋰的存在，因此鋰離子電芯更加安全穩定。
二、鋰電芯的構造
電芯的正極是licoo2加導電劑和粘合劑，塗在鋁箔上形成正極板，負極是層狀石墨加導電劑及粘合劑塗在銅箔基帶上，目前比較先進的負極層狀石墨顆粒已採用奈米碳。
根據上述的反應機理，正極採用licoo2、linio2、limn2o2，其中licoo2本是一種層結構很穩定的晶型，但當從licoo2拿走xli後，其結構可能發生變化，但是否發生變化取決於x的大小。通過研究發現當x>0.5時li1-xcoo2的結構表現為極其不穩定，會發生晶型癱塌，其外部表現為電芯的壓倒終結。
所以電芯在使用過程中應通過限制充電電壓來控制li1-xcoo2中的x值，一般充電電壓不大於4.2v那麼x小於0.5 ，這時li1-xcoo2的晶型仍是穩定的。
負極c6其本身有自己的特點，當第一次化成後，正極licoo2中的li被充到負極c6中，當放電時li回到正極licoo2中，但化成之後必須有一部分li留在負極c6中，心以保證下次充放電li的正常嵌入，否則電芯的壓倒很短，為了保證有一部分li留在負極c6中，一般通過限制放電下限電壓來實現。所以鋰電芯的安全充電上限電壓≤4 .2v，放電下限電壓≥2.
5v。三、鋰電芯的安全性
電芯的安全性與電芯的設計、材料及生產工藝生產過程的控制等因素密切相關。在電芯的充放電過程中，正負極材料的電極電位均處於動態變化中，隨著充電電壓的增高，正極材料（lixcoo2）電位不斷上公升，嵌鋰的負極材料（lixc6）電位首先下降，然後出現乙個較長的電位平台，當充電電壓過高（ >4.2v）或由於負極活性材料面密度相對於正極材料面密度(c/a)比值不足時,負極材料過度嵌鋰，負極電位則迅速下降，使金屬鋰析出(正常情況下則不會有金屬鋰的的析出)，這樣會對電芯的效能及安全性構成極大的威脅。
在材料已定的情況下，c/a太大，則會出現上述結果。相反，c/a太小，容量低，平台低，迴圈特性差。這樣，在生產加工中如何保證設計好的c/a比成了生產加工中的關鍵。
所以在生產中應就以下幾個方面進行控制：
1.負極材料的處理：
1) 將大粒徑及超細粉與所要求的粒徑進行徹底分離，避免了區域性電化學反應過度激烈而產生負反應的情況，提高了電芯的安全性。
2）提高材料表面孔隙率，這樣可以提高10%以上的容量，同時在c/a 比不變的情況下，安全性大大提高。處理的結果使負極材料表面與電解液有了更好的相容性，促進了sei膜的形成及穩定。
2.製漿工藝的控制：
1)製漿過程採用先進的工藝方法及特殊的化學試劑，使正負極漿料各組之間的表面張力降到了最低。提高了各組之間的相容性，阻止了材料在攪拌過程「團聚」的現象。
2)塗佈時基材料與噴頭的間隙應控制在0.2mm以下，這樣塗出的極板表面光滑無顆粒、凹陷、劃痕等缺陷。
3)漿料應儲存6小時以上，漿料粘度保持穩定，漿料內部無自聚成團現象。均勻的漿料保證了正負極在基材上分布的均勻性，從而提高了電芯的一致性、安全性。
3.採用先進的極片製造裝置
1)可以保證正負極片質量的穩定和一致性，降低了不安全電芯的出現機率。
2)塗佈機單片極板上面密度誤差值應小於±2%，極板長度及間隙尺寸誤差應小於2mm。
3)輥壓機的輥軸錐度和徑向跳動應不大於4μm，這樣才能保證極板厚度的一致性。裝置應配有完善的吸塵系統，避免因浮塵顆粒而導致的電芯內部微短路，從而保證了電芯的自放電效能。
4)分切機應採用切刀為輥刀型的連續分切裝置，這樣切出的極片不存在荷葉邊，毛刺等缺陷。同樣裝置應配有完善的吸塵系統，從而保證了電芯的自放電效能。
4.先進的封**術
目前國內外方形鋰離子電芯的封口均採用雷射（laser）熔接封**術，它是利用yag棒（釔鋁石榴石）雷射諧振腔中受強光源（一般為氮燈）的激勵下發出一束單一頻率的光（λ=1.06mm）經過諧振折射聚焦成一束，再把聚焦的焦點對準電芯的筒體和蓋板之間，使其熔化後親合為一體，以達到蓋板與筒體的密封熔合的目的。為了達到密封，必須掌握以下幾個要素：
1)必須有能量大、頻率高、聚焦效能好、跟蹤精度高的雷射焊機。
2)必須有配合精度高的適用於雷射焊的電芯外殼及蓋板。
3)必須有高純度的氮氣保護，否則鋁殼表面就會產生難以熔化的al2o3（其熔點為2400℃）。
四、鋰電芯膨脹原因及控制
鋰離子電芯在製造和使用過程中往往會有膨脹現象，經過分析與研究，發現主要有以下兩方面原因：
1、鋰離子嵌入帶來的厚度變化： 電芯充電時鋰離子從正極脫出嵌入負極，引起負極層間距增大，而出現膨脹，一般而言，電芯越厚，其膨脹量越大。
2、工藝控制不力引起的膨脹在製造過程中，如漿料分散、c/a比離散性、溫度控制都會直接影響電芯電芯的膨脹程度。特別是水，因為充電形成的高活性鋰碳化合物對水非常敏感，從而發生激烈的化學反應。反應產生的氣體造成電芯內壓公升高，增加了電芯的膨脹行為。
所以在生產中，除了應對極板嚴格除濕外，在注液過程中更應採用除濕裝置，保證空氣的乾燥度為hr2%，**（大氣中的濕空氣由於溫度下降,使所含的水蒸氣達到飽和狀態而開始凝結時的溫度）小於-40℃。在非常乾燥的條件下，並採取真空注液，極大地降低了極板和電解液的吸水機率。
五、鋁殼鋰電芯與鋼殼鋰電芯安全性比較
1、鋁殼相對於鋼殼具有很高的安全優勢：
鋼殼對內壓反映十分遲鈍，而鋁殼對內壓反應卻十分敏銳。因此從厚度上就基本能判斷出電芯的內壓，而鋼殼電芯往往隱含著內壓帶來的不安全隱患。
2、鋰離子電池至少需要三重保護-----過充電保護,過放電保護,短路保護。
a)、過充電保護: 過充電保護 ic 的原理為：當外部充電器對鋰電池充電時，為防止因溫度上公升所導致的內壓上公升，需終止充電狀態。
此時，保護 ic 需檢測電池電壓，當到達 4.25v 時（假設電池過充點為 4.25v）即啟動過度充電保護，將功率 mos 由開轉為切斷，進而截止充電。
b)、過放電保護: 過放電保護 ic 原理：為了防止鋰電池的過放電，假設鋰電池接上負載，當鋰電池電壓低於其過放電電壓檢測點（假定為 2.
5v）時將啟動過放電保護，使功率 mosfet 由開轉變為切斷而截止放電，以避免電池過放電現象產生，並將電池保持在低靜態電流的待機模式，此時的電流僅 0.1ua。 當鋰電池接上充電器，且此時鋰電池電壓高於過度放電電壓時，過度放電保護功能方可解除。
另外，考慮到脈衝放電的情況，過放電檢測電路設有延遲時間以避免產生誤動作。 過放電保護及過充電保護ic主要生產廠家有:美上美(mitsumi),精工,台灣富晶(dw01,fs301,302),理光,motorola等封裝形式主要為sot26,sot6 {q_
c)、短路保護：因為不明原因（放電時或正負極遭金屬物誤觸）造成過電流或短路，為確保安全，必須使其立即停止放電。 過電流保護 ic 原理為，當放電電流過大或短路情況產生時，保護 ic 將啟動過（短路）電流保護，此時過電流的檢測是將功率 mosfet 的 rds(on) 當成感應阻抗用以監測其電壓的下降情形，如果比所定的過電流檢測電壓還高則停止放電，運算公式為:
v- = i × rds(on) × 2（v- 為過電流檢測電壓，i 為放電電流）。假設 v- = 0.2v，rds(on) = 25mω，則保護電流的大小為 i = 4a。
同樣地，過電流檢測也必須設有延遲時間以防有突發電流流入時產生誤動作。通常在過電流產生後，若能去除過電流因素(例如馬上與負載脫離)，將會恢復其正常狀態，可以再進行正常的充放電動作。
六、 各工序控制重點
配料—塗佈—製片—烘烤—組裝—雷射焊—烘烤
—注液—陳化—化成—封口—清洗—老化—分容—檢測—包裝
(一)、配料：
1.溶液配製：
a) pvdf(或cmc)與溶劑nmp（或去離子水）的混合比例和稱量；
b) 溶液的攪拌時間、攪拌頻率和次數（及溶液表面溫度）；
c) 溶液配製完成後的檢驗:粘度(測試)\溶解程度(目測)及擱置時間;
d) 負極:sbr+cmc溶液,攪拌時間和頻率。
2.活性物質:
a) 稱量和混合時監控混合比例、數量是否正確；
b) 烘烤：烘烤溫度、時間的設定；烘烤完成後冷卻後測試溫度。
c) 活性物質與溶液的混合攪拌：攪拌方式、攪拌時間和頻率。
d) 過篩：過100目（或150目）分子篩。
e) 測試：固含量、粘度、混料細度、振實密度、漿料密度。
（二）、塗佈：
1.集流體（銅、鋁箔）的首檢:
a) 集流體規格(長寬厚)的確認;
b) 集流體標準(實際)重量的確認;
c) 集流體的親(疏)水性及外觀(有無碰傷、劃痕和破損)。
2.敷料量（標準值、上、下限值）的計算：
a) 單面敷料量（以接近此標準的極片厚度確定單面厚度）；
b) 雙面敷料量（以最接近此標準的極片厚度確定雙面的極片厚度。）
3.漿料的確認:是否過稠(稀)\流動性好,是否有顆粒,氣泡過多,是否已乾結.
4.極片效果:
a) 比重(片厚)的確認;
b) 外觀:有無劃線、斷帶、結料（滾輪或極片背面）是否積料過厚，是否有未乾透或烤焦，有無露銅或異物顆粒；
5.裁片：規格確認有**刺，外觀檢驗。
（三）、製片：
1.壓片：
a) 確認型號和該型號正、負極片的標準厚度；
b) 極片壓片後的厚度、外觀有無變形、起泡、掉料、有無粘機、壓疊。
c) 極片的強度檢驗；
2.分小片：
a) 刀口規格、大片極片的規格（長寬）、外觀確認；
b) 分出的小片寬度；
c) 分出的小片有**刺、起皺、或裁斜、掉料（正）。
3.分檔稱片：
a) 稱量有無錯分；
b) 外觀檢驗：極片尺寸、掉料、摺痕、破損、浮料、未刮淨等。
4.超焊、鉚接：
a)鋁帶、鎳帶的長度、寬度、厚度的確認；
b)鋁帶、鎳帶的點焊牢固性；
c)膠紙必須按工藝要求的公差長度貼上；
d)極片表面不能有粉塵。
5.烘烤:
a) 烤箱溫度、時間的設定；
b) 放n2、抽真空的時間性效果（目測儀表）及時間間隔。
（四）、蓋帽加工：
1.裁連線片：測量尺寸規格、檢查有**刺、壓傷；
2.清洗連線片：檢查連線片是否清洗乾淨；
3.點蓋帽：檢查有無漏點、虛點、點穿；
4.全檢：對前工序員工自檢檢查的效果進行複核，防止不良品流入下一工序；
(五)、捲繞：
1. 烘烤：烘烤溫度、時間、烘烤效果。
各型號的識別、隔膜紙、捲尺的規格、鋼（鋁）殼的捲繞注意事項；
2.結存極片的標識狀態；
3.點負極的牢固度（鋼、鋁殼）；鋁殼正極的牢固性、負極的外觀；
4.絕緣墊片的放置；
5.折、壓合蓋帽（鋁殼）注意雜物外露和鋁殼外觀的維護；
6.定蓋工位：偏移度。
(六)、雷射焊
1.鋼、鋁殼電池焊接時注意砂孔；
2.焊接鋁殼的除錯、焊接時抽查的測試；
聚合物電芯和鋰電芯區別
18650鋰離子電池 主要有鎳氫電池 鋰離子電池 磷酸鐵鋰 聚合物電池 以鈷酸鋰材料為正極，碳材料為負極，電解質採用固態或凝膠有機導電膜組成，並採用鋁塑膜做外包裝的最新一代的可充電鋰離子電池 聚合物是液態鋰電池的更新換代產品，不僅具有液態鋰離子電池存在的 的安全隱患，具有更高的能量密度 同時外形更靈...
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鋰電池的相關基本知識四張天星
電子報 2012年 4月 22日 第013版 愛好者園地 鋰電池的相關基本知識 四 河北張天星 緊接上期本版 3 電化學極化 這種極化是由於電極表層進行的電化學反應的速度，即溶液鋰離子得到或失去電子的速度遠遠落後於電極上電子運動的速度 光速 造成的。因而乙個極板上堆積電子，另乙個極板則缺少電子，這種...