与品质管理相关的电池基础知识

与品质管理相关的电池基础知识电池及锂离子电池基础1、锂离子电池过去的事例、事故2、Sony锂离子电池开发的历程3、电池的基础知识3.1电池开发的历史3.2电池的分类3.3电池的充放电3.4理论上电池正负极材料反应的电压及理论电池容量3.5使电池正负极材料最有效反应的电压3.6电池活性物质的性质3.7各种电池的理论反应电压及理论容量4、Li-lon电池的基础4.1Li-lon电池的电池反应4.2Li-lon电池的充放电Mechanism5、电池材料5.1正极材料5.1.1正极材料：LiCoO25.1.2LiCoO2的结晶构造5.1.3各种正极材料和物质5.1.4各种正极材料的结晶构造5.1.5各种正极材料的充放电曲线5.1.6各种正极材料在自然的环境及温度下同电池上升速度的关系5.2负极材料5.2.1负极材料的黑铅化和黑铅结晶构造5.2.2石墨材料的各种构造5.2.3黑铅化负极及难黑铅化负极不同的放电曲线和循环寿命5.2.4负极石墨的Li状态5.3电解液5.3.1电解液的要求特性和电解液的相关实例5.3.2主要的有机溶剂的物理化学特性-15.3.3主要的有机溶剂的物理化学特性-25.3.4有机溶剂的导电性-15.3.5电解质的物理性质5.3.6电解质的物理性质5.3.7各种电解质的导电性5.3.8在EC/PC溶剂中各种电解质的传导度5.3.9各种电解质的I-V曲线5.4Separator5.4.1各种电池所用的Separator5.4.2多孔Separator的表面构造5.4.3多孔化技术的分类5.4.4Separator的机能、特性及改良5.4.5Separator的Shut-Down-15.4.6Separator的Shut-Down-2Li-lon电池的安全性1、如何确保电池的安全性1.1电池自身发热的现象1.2为确保安全性在设计上的主要因素1.3安全保护素子及安全保护机构的种类和作用1.4PTC素子1.5电流截断装置1.6保护回路使用的实例1.7Pack的构造、装配图1.8安全性动作示例的Flow1.9回路电压、温度和安全性的关系1.10为提高电池的安全性技术上的措施2、怎样验证锂离子电池的安全性2.1Camera用的锂离子电池的安全评价的Guideline2.2确立锂离子电池安全性实验的方法2.3安全性项目中最重要的是?FTA图2.4实际的安全评价项目2.5锂离子电池相关的安全规格2.6各种安全实验方法一览2.7破坏性安全实验结果一览为确保电池的品质1、二次小型电池的生产推进过程2、圆形18650电池的Capacity推进过程3、过去的电池事故实例4、安全性的检测5、信赖性的检测6、对不良电池的分析7、满足客户的要求8、成为商品9、为提高电池的品质有得、也有失10、基本的工程品质管理11、对制成品负责ProductLiability12、确保客户使用时电池不出现安全隐患13、尽量预防或避免客户使用时出现安全问题、造成危害电池品质问题的事例、事故调查Sony-Energytec的Li-lon电池开发历程开发背景及目标设定次时代的二次电池从一次电池的制造中蜕变出来形成高技术密度、高能量密度一次电池积累了大量宝贵而丰富的经验，使得Li-lon电池技术得到了充分的发挥对环境污染少的电池不使用污染环境的重金属目标设定开发次时代二次Lithium系列电池开创Sony品牌，占领市场开发的历程1、开发一次电池1979年—1985年氧化银电池的开发AgNiO2的发明Ag2O和NiOOH的合成Lithium-MnO2一次电池的开发、商品化2、Lithium系电池第二次发展时代1985年—1990年多个目标同时进行，设定小的ProjuctUS—11LiCoO2—LiCoO2US—21Limetal—MnO2US—31Li-Alalloy—LiMn2O4US—41Limetal—LiMn2O4US—51Almetal—LiCoO2US—61Carbon—LiCoO2US—41的发表：Limetal—LiMn2O41987年12月17日—高Energy密度、重量轻US—61的发表：C—LiCoO21990年2月14日—近代的Lithium蓄电池Clean、安全、非常好的循环寿命、高Energy密度3、Li-lon电池开始进入量产、增产时代1991年—1996年PilotLine开始生产、并完成了初步的商品化1991年6月用于手机（Sony—DDI）的US14500（2S—Pack）和US20500（2S—Pack）开始生产、出货正式量产的开始和增产1992年3月第三期工厂建成1992年5月US18650正式开始量产NP—500（186502S：Sony8mmVIR—TR1用）Pack也正式开始量产1992年9月NP—500Pack(给Sony)开始出货1993年CellularPhone用的Pack（给京SERA）开始出货PC用Pack（给Dell、东芝）开始出货1995年在仙台TEC开始电极的Coating在Sony的枥木开始电池的Assemble电池发展的历史年主要的发现、发明和事件备注BC248—AC226巴格达电池最古老的电池（正极—铜；负极—铁；电解液—葡萄酒、醋）1780Galvani动物电力1800Volta电池近代电池的开端1883法拉第法则1836Daniel电池1859Plante铅蓄电池铅蓄电池的发明1865Leclanche电池锰电池的发明1881面糊式铅蓄电池极板开始金属锂离子电池的研究Harris有机电解质1958锰碱性干电池1950年代镍镉电池的实用化Neuman完全密闭式镍锰电池1948烧结式铅蓄电池极板1932Edison镍铁碱蓄电池1901镍镉电池的发明Jungner镍镉电池1899铅蓄电池的实用化金属包层式铅蓄电池极片1898完成干电池的母体Gassner电池1888Leuchs碱锰减极材料18821973—1975金属锂离子一次电池金属锂离子一次电池的实用化1978—1979金属锂离子或合金/TiS2二次电池1980Goodenough,水岛LiCoO2正极的发明锂离子电池的开端发现聚乙炔的电化学Dropping现象开始研究导电性聚合物二次电池1985发现碳素系负极锂离子二次电池的发明1986开始锂离子二次电池的完成锂离子二次电池的样品金属锂离子/MoS2二次电池的商品化1989金属锂离子/MoS2二次电池的火灾事件1990年Ni-MH电池的实用化1991—锂离子二次电池的商品化锂离子二次电池的实用化电池的分类电池的大分类电池化学电池一次电池二次电池燃料电池生物电池物理电池太阳能电池原子力电池热电池生物电池化学电池的分类化学电池一次电池：化学反应的过程不可逆。或者是可逆的但为了更好的充电而不这样做二次电池：化学反应的过程可逆，而且为了更好的充电才这样做燃料电池：与反应相关的物质从外部供给，边向外部排出反应生成物边反应，是一种电能置换装置实用电池的分类小型一次电池锂离子电池——手表、计算器、照象机、心脏起搏器、煤气表、锰电池——手电筒、便携式收音机、玩具、家庭用品碱性锰电池——玩具、家庭用品空气/铅酸电池——助听器、寻呼机小型二次电池铅电池——自行车小型密封铝酸电池——工具、UPS（没电或停电时的电源装置）镉镍电池——玩具、随身听、个人电脑、手机镍氢电池——随身听、个人电脑、手机锂离子电池——个人电脑、手机电动自行车用电池铅电池、镍氢电池、镉镍电池、锂离子电池、钠硫电池电力储存用电池钠硫电池、亚铅臭氧电池、RedoxFlow电池燃料电池碱性电池、磷酸电池、熔融碳酸盐型、固体电解质型、固体高分子型电池能有效产生的电压开路电压和闭路电压开路电压电池开路电压电池负载开路电压＝OCV（OpenCircuitVoltage）闭路电压＝CCV(ClosedCircuitVoltage)启动时的电池电压闭路电压＝开路电压－电压降电压降＝IR降＋活性分极＋浓度分极电压降受启动电流和温度的影响。电解质的物理性质电解质的物理性质支持电解质的物理性质电解质分子量熔点（°C）LiClO4106.4236LiBF493.7307LiPF6151.9160LiAsF6195.8259LiCF3SO3156.0423LiN(CF3SO2)2285.1236-237LiC(CF3SO2)3418.2271-273PC中的各支持电解质的极限摩尔传导率电解质A/Scm2mol-1LiClO428.60LiBF430.14LiPF627.32LiAsF627.30LiCF3SO326.68LiN(CF3SO2)222.02电池活性物质的性质电池活性物质的性质负极活性物质活性物质原子量，分子量g标准氧化还原电位（25°C）V价电子数熔点°C密度g/cmAh/gg/AhAh/cm3*3电化学当量表1.1电极活性物质的性质*1H2LiNaMgAlCaFeZnCdPb2.016.9423.024.326.940.155.865.4112.4207.20-3.01-2.71-2.38-2.69*2-1.66-2.84-2.35*2-0.44-0.76-1.25*2-0.40-0.132112322222_1809865065985115284193213273_0.540.971.742.697.857.148.6511.3426.593.861.162.202.981.541.340.960.820.480.260.0370.2590.8580.4540.3350.7481.041.222.103.872.061.143.88.12.067.55.84.12.9正极活性物质*1参照附录B，C及表14.4*2碱性电解液；其他的全是在酸性水溶液中的值*3使用表中的密度O232.01.234——3.350.30Cl271.01.362——0.7561.32SO264.0—1——0.4192.38MnO286.91.231—5.00.3083.241.54NiOOH91.70.491—7.40.2923.422.16CuCl99.00.141—3.50.2703.690.95FeS2119.9—4——0.891.124.35AgO123.80.572—7.40.4322.313.20Br2159.81.072——0.3852.95HgO216.60.102—11.10.2474.052.74Ag2O231.70.352—7.10.2314.331.64PbO2239.21.692—9.40.2244.452.11理论起电力和理论容量—一次电池理论起电力和理论容量—一次电池一次电池电池系负极正极电池反应Vg/AhAh/kg理论容量*2表1.2主要电池系的理论起电力和理论容量*1ZnMnO2Zn+2MnO2ZnO·MnO21.64.46224镁MgMnO2Mg+2MnO2+H2O2.83.69271Mn2O3+Mg(OH)2碱性MnO2ZnMnO2Zn+2MnO2ZnO+Mn2O31.54.46224水银ZnHgOZn+HgOZnO+Hg1.345.27190水银镉CdHgOCd+HgO+H2O0.916.15163Cd(OH)2+Hg氧化银/锌ZnAg2OZn+Ag2O+H2O1.65.55180Zn(OH)2+2Ag空气/锌ZnO2(空气）Zn+1/2O2ZnO1.651.55658Li/SO2LiSO22Li+2SO2+Li2S2O43.12.64379Li/MnO2LiMnO2Li+MnO2MnO2(Li)3.53.50286IVIII+保存电池铜（I）盐化物MgCu2Cl2Mg+Cu2Cl2MgCl2+2Cu1.64.14241锌•银氧化物ZnAgOZn+AgO+H2O1.813.53283Zn(OH)2+Ag电池的理论起电力和理论容量——二次电池电池的理论起电力和理论容量——二次电池*1测定值参照表6.2*2以含O2的负极•正极活性物质质量为基础(电解液除外)*3MH=金属氢化物*4包含重