锂离子电池(电芯)
电芯、模组、pack、电池簇的关系
电芯、模组、pack、电池簇的关系电芯、模组、pack、电池簇是电动汽车或储能系统中常见的组件，它们之间有着紧密的关系。
本文将分别介绍这四种组件的概念、作用和关系，以及它们在电动汽车和储能系统中的应用。
一、电芯电芯是构成锂电池的最基本单元，通常由正极、负极、隔膜和电解质组成。
它是锂电池的核心部件，主要用于储存和释放电能。
电芯的种类繁多，常见的有圆柱形、方形、软包等多种形式，其容量、额定电压、充放电性能、安全性等指标也各有不同。
电芯的性能直接影响到电池组的性能，因此选择合适的电芯对于电池组的性能至关重要。
二、模组模组是由若干个电芯组成的电池组件，通常还包括电芯连接器、散热片、软包外壳等。
模组的主要作用是集成电芯、提供电芯之间的电气连接和热管理，同时保护电芯免受外界环境的影响。
模组的设计和制造直接影响到电池组的能量密度、安全性和可靠性。
为了提高电池组的能量密度和减轻重量，模组的设计通常采用高度集成的方式，增加电芯的包装紧密度。
三、packPack即电池组，是由若干个模组组成的、具有一定电压和容量的功能成熟的电池系统。
Pack的主要作用是存储和输出电能，它还包括电池管理系统（BMS）、电池冷却系统（TMS）等附属设备。
Pack在电动车或储能系统中起着至关重要的作用，其性能直接影响整个系统的性能指标。
Pack的设计和制造需要考虑电芯的安全性、散热性、电气连接、封装材料等因素，以保证整个系统的安全性和可靠性。
四、电池簇电池簇是由若干个电池组组成的大容量电能储存单元，通常用于电动汽车或能量储存系统中。
电池簇的设计和制造需要考虑系统功率、电能密度、安全性、可靠性等多方面因素。
电池簇的性能直接影响整个车辆或系统的续航里程和使用寿命。
为了提高电池簇的能量密度，新型材料和工艺正在不断被引入，例如硅碳复合负极材料、高压电解质等。
上述四种组件之间的关系可以用以下图示表示：电芯（基本单元）→模组（集成电芯）→ pack（电池组）→电池簇（大容量系统）。
电芯分类标准
电芯分类标准
电芯分类标准有很多种，其中锂离子电池的国内有国家强制标准、国家推荐标准和各种行业标准，涵盖电池材料、电芯制造与PACK和锂离子电池回收利用。
一般来说，锂电池的电芯分为三元锂和磷酸铁锂两种电芯，由于电芯材料不同，成本、价格都会有所不同。
三元锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂（LiNiCoMnO2）或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池。
它综合了钴酸锂，镍酸锂两大热稳定性较差的正极材料的优点，又因为三种元素协同作用，明显提高了材料整体的稳定性，是当前电动汽车用锂电池中应用最广泛的正极材料。
磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。
其特点是不含钴等贵重元素，原料价格低且磷、铁存在于地球的资源含量丰富，不会有供料问题。
其工作电压适中（3.2V）、电容量大、高放电功率、可快速充电且循环寿命长，在高温与高热环境下的稳定性高。
三元锂电池电芯参数
三元锂电池电芯参数
三元锂电池电芯是一种高性能锂离子电池，广泛应用于移动电源、智能手表、智能家居等领域。
其具有高能量密度、长循环寿命和快速充电等优点。
下面是三元锂电池电芯的详细参数：
1. 电池类型：18650型三元锂电池
2. 额定电压：
3.7V
3. 容量：通常在2200-3500mAh之间
4. 最大充电电压：4.2V
5. 最大充电电流：通常在1C-2C之间
6. 最大放电电流：通常在10C-20C之间
7. 循环寿命：通常在500次以上，高品质的三元锂电池可达到1000次以上
8. 重量：约45g
9. 尺寸：直径约18mm，长度约65mm
三元锂电池电芯的特点之一是高能量密度，这意味着它们可以在相对较小的体积内存储更多的能量。
这使得三元锂电池电芯成为许多移动设备的首选电池类型。
另一个优点是快速充电。
由于三元锂电池电芯具有较高的充电效率，它们可以在较短的时间内充满电。
这使得三元锂电池电芯成为许多消费电子产品的理想选项。
总之，三元锂电池电芯在许多电子应用领域具有广泛的应用前景，其高能量密度和快速充电等优点将使其在未来继续发挥重要作用。
《锂离子电池》课件
安全性能与环境影响
安全性能
锂离子电池的安全性能是其应用领域的重要考量因素。由于锂离子电池内部存在 可燃物质，不当使用或过充过放可能导致电池起火或爆炸。因此，提高锂离子电 池的安全性能是技术发展的重要方向。
环境影响
锂离子电池在使用和处理过程中可能对环境产生一定影响。主要包括废旧电池处 理问题、电解液泄漏和重金属元素释放等。因此，发展环保型的锂离子电池技术 也是当前的重要研究方向。
能量密度与功率密度
能量密度
锂离子电池的能量密度是指单位体积或质量所存储的电能，是衡量电池储能能 力的重要指标。提高能量密度是锂离子电池技术发展的重要方向。
功率密度
锂离子电池的功率密度是指单位体积或质量所输出的电能，是衡量电池快速充 放电能力的重要指标。提高功率密度有助于提升电动汽车等设备的加速性能和 响应速度。
为锂离子电池产业提供更广阔的发展空间。
06
锂离子电池的挑战与解决 方案
锂离子电池的安全问题与解决方案
总结词
锂离子电池的安全问题是当前面临的重要挑 战，包括过热、过充、短路等情况下的安全 隐患。
详细描述
为了解决锂离子电池的安全问题，需要采取 一系列措施，如改进电池设计、提高电池管 理系统智能化水平、加强生产工艺控制等。 此外，研发新型安全材料也是重要的研究方
工作原理
锂离子电池通过锂离子在正负极之间的迁移实现电能的储存和释放。充电时，锂离子从正极脱出，通过电解液和 隔膜迁移到负极并嵌入；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解液和隔膜迁移到正极并嵌入，同时电子通过外电 路传递形成电流。
锂离子电池的种类
01
02
03
根据正极材料
钴酸锂、磷酸铁锂、三元 材料等。
根据用途
常用电芯规格
电芯（battery cell）是电池的基本组成单元，锂离子电池的电芯规格通常按照尺寸、容量和电压来描述。
以下是部分常见锂离子电芯规格：
1. 圆柱形电芯：
14500：直径约14mm，高度约50mm。
14650：直径约14mm，高度约65mm。
17490：直径约17mm，高度约49mm。
18500：直径约18mm，高度约50mm。
18650：直径约18mm，高度约65mm，这是非常常见的笔记本电脑电池和电子设备中使用的电芯规格。
26500：直径约26mm，高度约50mm。
2. 方形电芯（如铝壳或软包）：
例如型号为“103450”的方形电池意味着其尺寸为10mm厚、34mm宽、50mm高。
除此之外，还有其他多种规格的电芯，例如21700、26650等。
电芯的容量单位通常用mAh（毫安时）表示，而电压一般为标称电压，对于锂离子电池而言，单体电芯的标称电压通常在3.6V至3.7V之间。
此外，不同厂家可能还会根据自身技术和客户需求定制特定尺寸和容量的电芯产品。
锂离子电池电芯
锂离子电池电芯1.正极材料钴酸锂：具有高能量密度和较好的电化学性能，是目前最常用的正极材料之一。
镍酸锂：具有高比容量和较高的工作电压，但稳定性较差。
锰酸锂：具有良好的循环寿命和高的安全性能，但能量密度较低。
2.负极材料负极材料通常由碳材料（如石墨、石墨烯等）构成。
在充电过程中，锂离子会从正极迁移到负极，嵌入碳材料，实现锂离子的储存。
石墨作为最常用的负极材料，具有较高的导电性和稳定性。
3.隔膜和电解液隔膜在锂离子电池中起到隔离正负极的作用，防止电池内短路。
常见的隔膜材料有聚丙烯膜和聚酰亚胺膜。
电解液是锂离子传输的媒介，通常由锂盐和有机溶剂混合而成。
常用的锂盐有氟化锂、磷酸锂等。
有机溶剂常见的有碳酸酯类、碳酸酰胺类等。
4.充放电机制锂离子电池的充放电机制是通过锂离子在正负极材料之间的嵌入和脱嵌来实现的。
在充电过程中，锂离子从正极材料中脱嵌，并通过电解液传输到负极材料中嵌入，实现储存。
在放电过程中，锂离子则从负极材料中脱嵌并迁移到正极材料中，释放能量。
5.优点和缺点优点：高能量密度：锂离子电池具有较高的能量密度，能够提供较长的使用时间。
长寿命：相比其他可充电电池类型，锂离子电池具有较长的循环寿命。
较低的自放电率：锂离子电池的自放电率相对较低，即使在不使用时也能够保持较长时间的储存能力。
缺点：较高的成本：锂离子电池的制造成本较高，主要是由于正极材料的昂贵性。
容量衰减：锂离子电池会随着循环次数的增加，容量逐渐下降。
安全性：锂离子电池在过充、过放、高温等条件下容易发生短路、过热等安全问题。
锂离子电池电芯工艺流程
锂离子电池电芯是目前应用最广泛的电池之一，其具有高能量密度、长寿命、低自放电率等优点，广泛应用于移动通讯、电动工具、电动汽车等领域。
本文将介绍锂离子电池电芯的生产工艺流程。
一、正极材料的制备1. 原材料采购：锂离子电池正极材料主要由氧化物和碳酸盐组成，如锰酸锂、钴酸锂、三元材料等。
生产厂家需要采购高纯度的原材料，确保正极材料的质量。
2. 材料混合：将原材料按照一定比例混合，并加入少量的添加剂，如碳黑、聚丙烯酸等，以提高正极材料的导电性和稳定性。
3. 烧结：将混合后的材料放入烧结炉中，在高温下进行烧结，使得材料形成坚固的晶体结构，提高其电化学性能。
二、负极材料的制备1. 原材料采购：锂离子电池负极材料主要由石墨和少量的添加剂组成，如聚丙烯酸、聚乙烯醇等。
生产厂家需要采购高纯度的石墨原材料，确保负极材料的质量。
2. 材料混合：将石墨和添加剂按照一定比例混合，以提高负极材料的导电性和稳定性。
3. 涂布：将混合后的材料涂布在铜箔上，并通过烘干等工艺，使得材料形成坚固的结构。
三、电芯组装1. 正负极材料的切割：将正负极材料按照一定规格切割成片，以便后续的电芯组装。
2. 电芯叠层：将正极材料和负极材料交替叠放，形成电芯的结构。
3. 分配隔膜：在电芯叠层的每一层之间，放置一层隔膜，以防止正负极材料直接接触，引起短路。
4. 焊接：将电芯的正负极引线与电芯连接板进行焊接，形成电芯的电气连接。
四、电芯测试1. 外观检查：对电芯的外观进行检查，确保电芯没有明显的变形、裂纹等缺陷。
2. 电性能测试：对电芯进行充放电测试，以检测电芯的容量、内阻、循环寿命等电性能指标。
3. 安全性测试：对电芯进行冲击、挤压、高温等安全性测试，以确保电芯在极端情况下也能够安全运行。
以上就是锂离子电池电芯的生产工艺流程。
通过精细的工艺流程控制，可以生产出高质量、高性能的锂离子电池电芯，为电动汽车、移动通讯、电动工具等领域的发展提供可靠的能源支持。
三元锂高压电芯
三元锂高压电芯三元锂高压电芯是一种新型的锂离子电池，其具有高能量密度、长寿命、快速充电和安全性能好等特点。
本文将从三个方面介绍三元锂高压电芯的特点和应用。
一、高能量密度三元锂高压电芯采用了高镍正极材料，相比于传统的锂铁磷酸铁锂电芯，其能量密度更高。
这意味着在相同体积和重量下，三元锂高压电芯能存储更多的电能，为电子设备提供更长的使用时间。
这使得三元锂高压电芯在电动汽车、无人机和移动设备等领域有着广泛的应用前景。
二、长寿命三元锂高压电芯的寿命相比传统电池更长。
这是因为其采用了高镍正极材料，具有更好的循环稳定性。
在实际应用中，三元锂高压电芯经过多次充放电循环后，其容量衰减较小，能够保持较长时间的使用寿命。
这使得三元锂高压电芯在电动汽车等领域中受到青睐。
三、快速充电和安全性能好三元锂高压电芯具有快速充电的特点，能够在较短时间内完成充电过程。
这是由于其具有较低的电阻和较高的电导率，可以更快地吸收和释放电荷。
此外，三元锂高压电芯还具有良好的安全性能。
它采用了多层保护机制，能够有效防止过充、过放和短路等问题，提高了电池的安全性能，减少了安全风险。
三元锂高压电芯在电动汽车、无人机和移动设备等领域有着广泛的应用。
在电动汽车领域，三元锂高压电芯的高能量密度和长寿命使得电动汽车能够具备更长的续航里程和更稳定的性能。
在无人机领域，三元锂高压电芯的快速充电和安全性能好，能够提高无人机的飞行效率和安全性。
在移动设备领域，三元锂高压电芯的高能量密度使得移动设备能够更持久地供电，满足用户长时间使用的需求。
三元锂高压电芯具有高能量密度、长寿命、快速充电和安全性能好等特点，广泛应用于电动汽车、无人机和移动设备等领域。
随着科技的发展和工艺的改进，相信三元锂高压电芯将会在未来的电池领域发挥越来越重要的作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
特点：比容量高（理论比容量274 mAh/g，实际可达190
锰酸锂
特点：价格比钴酸锂和镍酸锂都低，制备比镍酸锂容易，安全
性好，过充时晶体发生变化不会产生爆炸，但比容量在100－120 mAh/g ，较低(理论比容量148 mAh/g)，高温循环性差（循环过 程锰易溶解）；
19
5：锂电池用电解液
分类：液态电解质、固态电解质和熔盐电解质 电解质：LiAsF6、LiPF6、LiClO4、 LiBF4等，从导电率、热稳定性和
耐氧化性上看LiAsF6最好，但其有毒，不能用。高氯酸锂安全性不好， 热稳定性差，加温易分解爆炸，而且其导电率低，用了内阻高。一次锂 电用了安全性差，二次锂电一般不加在电解液中，而是用LiPF6。
16
正极材料
磷酸铁锂
120-125 mAh/g ），比钴酸锂电压低，电压平台凸出。 与钴酸锂相比价格便宜。导电性差，比表面积大。配料、 制片过程湿度和烘烤工艺要求较高。安全性好，过充不 爆炸。可大倍率放电。
特点：比容量低（理论比容量170 mAh/g，实际可达
三元材料----
Ni：Co：Mn=1:1:1
丁苯乳胶（ SBR ）
丁二烯与苯乙烯的共聚物，通常用做负极水系粘结剂。
氮甲基吡咯烷酮（NMP）
油系溶剂。沸点204℃，相对分子量99.13，无色液体，有氨味， 极易吸水。
18
4：锂离子电池用隔膜
分类：单层和三层（PP、PE、PP）、无纺布 性能指标：
锂离子电池材料
1、负极材料 2、正极材料 3、锂电池用粘接剂 4、锂电池用隔膜 5、锂电池用电解液
1
1：碳负极材料
石墨 软碳 硬碳
2
石墨
天然石墨 天然鳞片石墨（石墨化程度高） 天然土状石墨（石墨化程度低） 人造石墨
CMC为白色粉末，易溶于水，形成透明的溶液，具有良好的分 散能力和结合力，并有吸水和保持水分的能力，在电池中起增稠剂 的作用，防止颗粒沉降；通常用做负极水系粘结剂。
聚偏二氟乙烯（PVDF）
结晶化温度142℃，结晶熔点177℃，溶于NMP溶液中，隨着温 度的升高，溶解度增加，溶解速度增加，正极配方中起粘接作用。
MCMB（中间相碳微球）
国内又称CMS或CMB，其特点：循环性能好（主要 是其微观结构与天然石墨不一样，球形或类球形，棱角 少，且各向同性较好），比容量高，但价格贵； 原料是沥青。
9
人造石墨
中间相炭微球的含义
炭质中间相—— 是一种由缩合稠环芳烃平面分子构成的 液晶体，具有光学各向异性的特征，是稠环芳烃的胶体物 系在缩聚反应过程中从液相向固相过渡的中间相态。
反应产生的PF5和其它反应产物都有颜色。
20
谢谢！
21
6
天然鳞片石墨----理化指标
振实密度：衡量单位体积能装下活性物质的量；越
大越好，在单位20微米之间，越小比表面积越大，
越难分散，越影响锂离子的嵌入和脱出速度（慢）；
D50：5--10微米，其值越小平台越高，安全性差，且制片时易干浆，
难分散；越大则平台低，安全有提高；
振实密度：越大越好，在单位空间可装入更多的活性物质，但同
时也要考虑到对辊时极片的柔韧性，每种正极材料都有对辊后的体 积密度，它是我们控制对辊厚度的最直接依据。 比如：某种正极材料的对辊体积密度是34.8，正极片的面密度是 4.873，基体厚度为16微米，求对辊厚度？
有机溶剂：由于锂电池的电压为3－4V，而水的分解电压为
1.23V，所以不能用水做溶剂；只能用分解电压高的，导电性较好的有 机溶剂，如：PC（碳酸丙烯脂）、EC（碳酸乙烯脂）、DEC（二乙烯 碳酸脂）、DMC（二甲基碳酸脂）、EMC（甲乙基碳酸脂）等。
电解液在存储时间足够长，温度足够高时都会变色，因为
10
人造石墨
中间相炭微球的制 备方法
1.热缩聚法 2.乳化法(溶于液态硅胶) 3.悬浮法(利用比重差)
中间相炭微球 的分离方法
1.溶剂法 2.离心法
11
人造石墨
CMB工艺流程图
混合 废液
比表面积：越小越好；比表面越大时，在相同的固含量时与其它
相比，其浆料越稠，即粘度越大； 固含量：浆料中固体占整个浆重量的质量百分数；相同材料体系， 固含量越高浆料的粘度越大；
PH值：不能超过11，太高使正极浆料果冻化；
15
正极材料
镍酸锂
mAh/g ），与钴酸锂相比价格便宜；但合成困难，必需在氧气流 中反应，且易吸水，正极制浆时加工性能差，易呈果冻状。 必须与其它金属参杂才能使用；
比表面积：单位质量颗粒的表面积总和，用m2 /g
表示；在相同质量下，颗粒越小其比表面积越大；在所 有的几何体中球的比表面积最小，因此要得到小的比表 面积最好将颗粒加工成球形。在锂离子电池中要求负极 材料的比表面积越小越好，形貌越规整越好，因为这样 可使形成SEI膜面积少，消耗的锂离子少，不可逆容量 损失少，同时产生的气体也少；
中间相炭微球结构模型为：中间相沥青微球内部由许多结 构单元组成，这些结构单元是由一些芳香族化合物缩聚物 比较规整的堆叠在一起形成的，而这些结构单元之间排列 的规整性却较差，也就是说中间相沥青微球内部芳香族缩 聚物片层分子接近平行堆积，因此具有良好的一维有序结 构，但结构单元之间的位错导致在其他方向的有序性较差。
55%脱嵌）、循环寿命好，易制备，但价格贵；
原料：LiCO3 或LiOH和Co3O4 设备：隧道窑、回转窑和大功率微波炉 方法：高温固相反应 合成温度：900-950℃ 合成工艺：配料—>混合—>造粒—>烧结—>粉碎—>分级—>检测—
>包装
14
正极材料----理化指标
价格比钴酸锂低。安全性较好，可过充（至4.5V，并由 此表现出容量高）。相同荷电量电压比钴酸锂低，电压 平台不凸出。配料、制片过程湿度和烘烤工艺要求较高。
17
特点：理论比容量275 mAh/g，实际可达145 mAh/g 。
3：锂电池用粘结剂
羧甲基纤维素钠（CMC）
厚度：38、25、20、16微米，越薄在单位体积内装的活性
物质越多，安全性越差。 透气性：是指在一定的条件下（如压力），一定量（如 100CC）的空气通过隔膜所需的时间（s），与隔膜的孔 径和孔隙率有关。 机械强度：分为长度和垂直方向的拉伸强度。 刺穿强度：越大安全性越好。 收缩率：分为长度和宽度方向，越小安全性越好。尤其 是在热冲击性能方面，隔膜的收缩率和工艺设计余量影响 很大。
4
天然鳞片石墨----理化指标
层面间（d002）：为两002晶面间的距离；理想石墨的 石墨化度(r)：接近理想石墨的程度；
d002=3.354nm，若人造石墨的d002值越小，说明其结构越接近理想 石墨，也就是石墨化程度越高；
r=1-P P为石墨结构无序度，可用富兰克林公式计算 富兰克林公式：P=(d002 -3.354)/(3.44-3.354)= (d002 3.354)/0.086 设结构最杂乱的碳材料的d002 ＝3.44 若某石墨的d002 ＝3.36计算其石墨化度？ r＝1－P＝1－（3.36－3.354）/0.086＝0.93=93%
分离 回收
12
人造石墨
软碳：
是经过高温处理能够转化为石墨的无定形碳，石油 焦、碳纤维等；其特点：石墨化度低，晶形尺寸小，晶 面距大，较石墨能大电池充放电（可快速充放电），且 有耐过充过放的能力，但有电压滞后的现象。
硬碳：
是指难石墨化碳，如乙炔黑、酚醛树脂和环氧树脂 裂解的产物；特点：晶面间距相当大，比容量高，循环 性能好，但有电压滞后，首次充放电不可逆损失大；
7
天然石墨
天然石墨在电池中的优缺点
优点：石墨化度高，理论比容量高； 缺点：循环寿命差，要在其表面进行包覆才能使用 （沥青，环氧树脂，酚酫树脂等）； 天然石墨改性。
8
人造石墨
人造石墨
是目前锂电负极中使用的主要材料；其特点：价格 便宜，循环性能好，但比容量稍低； 生产过程：石油焦—>煅烧（1300℃ ） —>粉碎—> 混捏—>成型—>焙烧—>石墨化（2800 ℃ ） —> 机械 加工—>石墨粉
5
天然鳞片石墨----理化指标
对于非理想石墨的理论比容量计算：
Q＝372＊r=372*0.93=346；
真密度：理想石墨的真密度为2.266g/cm3，其它石
墨材料的真密度只接近其值，不能超过，越接近说明其 结构越接近理想石墨，其石墨化度越高；
碳负极材料的比容量
比容量：单位质量的活性物质充电或放电到最大程度时的电量，用 mAh/g表示；理想石墨的嵌入锂离子形成LiC6时的理论比容量是372 mAh/g 其计算方法如下： 金属锂电化学比容量是3860 mAh/g ，锂的原子量为6.94，碳的原 子量是12.01, 3860＊6.94/（12.01＊6）＝372 mAh/g 。
13
2：正极材料
正极材料
钴酸锂、镍酸锂和尖晶石形的锰酸锂、磷酸铁锂、三元 （Ni：Co：Mn）
钴酸锂
可分为一次粒子（UM钴酸锂）和二次粒子（Seimi钴酸锂，经过二次烧结，结 构像葡萄串）。
特点：电压高、比容量高（理论比容量274 mAh/g，实际可达145 mAh/g ，