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锂电池的发展进程
“锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。发展进程1、1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂电池。2、1980年,J.Goodenough发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。3、1982年伊利诺伊理工大学(theIllinoisInstituteofTechnology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。与此同时,采用金属锂制成的锂电池,其安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。4、1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够避免了燃烧、爆炸的危险。5、1989年,A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。6、1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后,锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。7、1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸锂铁(LiFePO4),比传统的正极材料更具优越性,因此已成为当前主流的正极材料。随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用,锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用,并在逐步向其他产品应用领域发展。1998年,天津电源研究所开始商业化生产锂离子电池。习惯上,人们把锂离子电池也称为锂电池,但这两种电池是不一样的。锂离子电池已经成为了主流。
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锂电池充电知识
充电电压一般手机电池电压写的是3.7V,但一般充电器的电压写的是5V,但不会影响使用的,因为根本没有3.7V的手机充电器卖。5号的圆柱形锂电池,即14500的电池。是通过锂电池调压器的技术,将电池的电压调至可适合小电器使用的3.0V电压。对于新买的锂离子电池的“激活”问题,众多的说法是:充电时间一定要超过12小时,反复做三次,以便激活电池。这种“前三次充电要充12小时以上”的说法,明显是从镍电池(如镍镉和镍氢)延续下来的说法。所以这种说法,可以说一开始就是误传。锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别,而且可以非常明确的告诉大家,所有严肃的正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池、特别是液体锂离子电池造成巨大的伤害。因而充电最好按照标准时间和标准方法充电,特别是不要进行超过12个小时的超长充电。那么电池需要激活吗?答案是肯定的,需要激活!但是,这个过程是由生产厂家完成的,与用户无关,用户也没有能力完成。锂电池真正的激活过程是这样的:锂离子电池壳灌输电解液--封口--化成,就是恒压充电,然后放电,如此进行几个循环,使电极充分浸润电解液充分活化,直至容量达到要求为止,这个就是激活过程--分容,也就是说出厂后锂离子电池到用户手上已经是激活过的了。另外,其中有些电池的激活过程需要电池处于开口状态,激活以后再封口,除非您拥有了电芯生产设备,否则如何完成?可是为什么有些产品的说明书上写着,建议用户前三次使用,要对手机进行完全的充放电呢?难道这不是激活吗?其实事实是这样的,在电池出厂,然后销售,再到用户的手中,会经历一段时间,一个月或者几个月,这样一来,电池的电极材料就会“钝化”,此时容量低于正常值,使用时间亦随之缩短。但锂电池很容易激活,只要经过3—5次正常的充放电循环就可激活电池,恢复正常容量。由于锂电池本身的特性,决定了它几乎没有记忆效应。因此用户新锂电池在激活过程中,是不需要特别的方法和设备的。长充深充长充可能导致过充。锂电池或充电器在电池充满后都会自动停充,并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电。也就是说,如果你的锂电池在充满后,放在充电器上也是白充。而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失,所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。这也是我们反对长充电的另一个理由。在对某些机器上,充电超过一定的时间后,如果不去取下充电器,这时系统不仅不停止充电,还将开始放电-充电循环。也许这种做法的厂商自有其目的,但显然对电池的寿命而言是不利的。同时,长充电需要很长的时间,往往需要在夜间进行,而以我国电网的情况看,许多地方夜间的电压都比较高,而且波动较大。前面已经说过,锂电池是很娇贵的,它比镍电在充放电方面耐波动的能力差得多,于是这又带来附加的危险。事实上,浅放浅充对于锂电更有益处,只有在产品的电源模块为锂电做校准时,才有深放深充的必要。所以,使用锂电供电的产品不必拘泥于过程,一切以方便为先,随时充电。过充过放锂离子电池的额定电压,因为材料的变化,一般为3.7V,磷酸铁锂(以下称磷铁)正极的则为3.2V。充满电时的终止充电电压国际标准是4.2V,磷铁3.6V。锂离子电池的终止放电电压为2.75V~3.0V(国内电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同,一般为3.0~2.75V,磷铁为2.5V。)。低于2.5V(磷铁2.0V)继续放电称为过放(国际标准为最低3.2v,磷铁2.8v),低电压的过放或自放电反应会导致锂离子活性物质分解破坏,并不一定可以还原。而锂离子电池任何形式的过充都会导致电池性能受到严重破坏,甚至爆炸。锂离子电池在充电过程必需避免对电池产生过充。
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电池组装简介
电池的基本结构电池的基本结构由电芯、保护板、外壳三部分组成。1、电芯:电芯是电池最重要的组成部分,是能量转换的载体。我公司目前生产的是聚合物锂离子电芯和圆柱锂离子电芯。电芯的基本参数有:容量、内阻、循环寿命等。2、保护板:保护板是保护电芯正常工作,预防异常事故发生的电子功能模块。主要组成是IC和MOS管。IC是监控电芯电压的元件,MOS管是一个开关。在整个模块中,IC通过检测工作回路的电流和电芯两端的电压来控制MOS管的开关状态,从而控制充放电回路,达到预防电池过充,过放或过流的目的。保护板的主要参数有:过充保护电压、过充保护恢复电压、过放保护电压、过放保护恢复电压,短路保护电流,自耗电流,PCM内阻等。以上参数可通过专用设备或模拟电路测量。3、外壳:外壳是把电芯和保护板固定在一起,密封并与主机完成配合功能的壳体。外壳常分为底壳和面壳。一般地与主机配合后,外漏在外面的为面壳,另一个为底壳。外壳常用材料有:ABS、ABS+PC、PC等。衡量外壳的主要指标有:颜色、材料、配合、机械强度等。电池组装的关键工艺1、锡焊:锡焊是用焊锡丝将导体连接到一起,并达到良好的导通效果的工艺。影响焊锡质量的因素有焊接温度,主体材料,焊锡材料等。在电池组装中焊接温度一般要求控制在360±10℃。容易焊接的材料有金、银、铜、锡、镍、钢等。锡焊中容易出现的不良有:虚焊、假焊、过焊等。2.塑胶壳封装(亦称超声波焊压接):常用塑胶壳的封装是采用超声波熔接的方式,其原理是用超声波将能量传递到两接触的表面,接触部分高频振动产生热量,使接触表面熔融并粘接。影响超声波焊接的主要参数有:设备功率、设备能量、压力、焊接时间等。测试1、电芯测试:常规项目有:容量、循环寿命、内阻、电压、自放电等。其它项目有:高温放电性能、低温放电性能、短路、钉刺等。2、保护板:电性能测试参数有:过充电保护电压,过充电保护恢复电压,过放电保护电压,过放电保护恢复电压,短路保护电流、自耗电、PCM内阻等。外形结构:金手指外漏部分无偏斜,下陷,色泽光亮无斑点,金层厚度为0.3μm。3、成品电池:电性能检测项目有:充、放电功能,短路保护功能,开路电压,过流,识别电阻,热敏电阻,电池内阻等。外观及结构检测项目有:套机效果、跌落试验、缝隙、颜色等。
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电池中涂碳铝箔的介绍
涂碳铝箔是由导电碳为主的复合型浆料与高纯度的电子铝箔,以转移式涂覆工艺制成。应用范围细颗粒活性物质的功率型锂电池正极为磷酸亚铁锂正极为细颗粒的三元/锰酸锂用于超级电容器、锂一次电池(锂亚、锂锰、锂铁、扣式等)替代蚀刻铝箔作用抑制电池极化,减少热效应,提高倍率性能;降低电池内阻,并明显降低了循环过程的动态内阻增幅;提高一致性,增加电池的循环寿命;提高活性物质与集流体的粘附力,降低极片制造成本;保护集流体不被电解液腐蚀;提高磷酸铁锂电池的高、低温性能,改善磷酸铁锂、钛酸锂材料的加工性能。建议参数对应涂覆的活性物质D50最好不大于4~5μm,压实密度不大于2.25g/cm,比表面积在13~18㎡/g范围内。注意事项存储要求:在温度为20±5℃、湿度为不超过50%的环境中,运输时须避免空气和水蒸气对铝箔的侵蚀;本产品分为A、B两款,各自的关键特性为:A款外观为黑色,常规涂层厚度为双面4~8μm,导电性能较更为突出;B款外观为淡灰色,常规涂层厚度为双面2~3μm,涂层区可做较少层的焊接,并可以涂布机识别跳间隙;B款(灰色)涂碳铝箔可以在涂层区直接做超声焊,只适合卷绕式电池焊接极耳(极片最多2-3层),但超声的功率、时间需做一些微调;碳层的散热性要比铝箔差些,故做涂布时需对带速与烘烤温度适当微调;本产品对锂电池与电容的综合性能有较可观的提升,但不可作为改变电池某方面性能的主要因素,如电池能量密度、高低温性能、高电压等等。
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