锂离子电池基础知识培训

锂离子电池基础知识培训目录1.锂离子电池简介2.锂离子电池各部件简介3.常见包装方式简介4.公司目前各类锂离子电池性能简介(型号表\特性曲线)5.电池制作流程时间表6.电池常见的问题分析7.相关的检测报告及认证简介1.锂离子电池简介1.1圆柱型锂离子电池的结构1.2方型锂离子电池的结构1.3聚合物锂离子电池组成引线PCB（PCM）电芯1.4.锂离子电池的工作原理1.4.锂离子电池的工作原理1、锂离子电池实际上是一种锂离子的浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成；2、锂离子电池的工作电压与构成电极的化合物和锂离子浓度相关。1.5.目前不同材料锂离子电池的比较1.6.磷酸铁锂电池与其它电池的比较1.7磷酸铁锂电池性能简介电池概述磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂(LiFePO4)代替钴酸锂作为正极材料的新型锂离子电池。磷酸铁锂的原料来源广泛、价格低廉（约为钴酸锂的1/5）、无毒性、环境兼容性好，不仅兼顾了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2材料的优点，而且具有热稳定好、安全性能优越（绝对不用担心爆炸危险）、循环性能好和等突出优点，LiFePO4被认为是标志着“锂离子电池一个新时代的到来”，特别是成为锂离子动力电池正极材料的首选材料。1.7磷酸铁锂电池性能简介磷酸铁锂电池的特点1安全性能卓越由其本身的晶体结构和物理性质决定的。LiFePO4在0～350℃之间热量变化很小，因此磷酸铁锂电池的安全性很好，不会出现爆炸的现象。我们公司的测试数据表明：18650型磷酸铁锂电池3C过充、过放性能良好，且振动、短路、针刺、碰撞、挤压、跌落等安全性测试，及其他相关测试项目，均达到UL认证的要求。1.7磷酸铁锂电池性能简介磷酸铁锂电池的特点2耐过充性能优良在LiFePO4结构中存在许多可以容纳锂离子的空位。这些空位为容纳更多的锂离子奠定了基础，使得材料具有优良的过充性能。由于过充电时电池表面的温度升高很快，因此高温下正极材料稳定性的好坏决定了电池过充性能的优良与否。图1为18650型LiFePO4电池3C充电1h，截至电压12V，最高温度仅为80℃，不会发生起火爆炸。1.7磷酸铁锂电池性能简介磷酸铁锂电池的特点0102030405060048121620102030405060708090Voltage/VTime/min3C,12V,1HrsTemperatureVoltageTemperature/deg.C图1磷酸铁锂电池3C5过充曲线1.7磷酸铁锂电池性能简介磷酸铁锂电池的特点3放电性能优越如图2所示，磷酸铁锂电池的放电曲线非常平坦。LiFePO4在放电过程中处于FePO4/LiFePO4双相共存状态，Fe3+/Fe2+相对金属锂的电压为3.4V，这是一个非常有利用价值的电压窗口，因为它不至于高到分解电解质，又不至于低到牺牲能量密度。而这两相之间的体积变化之差很小。这就说明了该材料具有较好的循环寿命和较高的充放电效率。此外，放电平台平稳，有利于电子器体稳定工作。1.7磷酸铁锂电池性能简介磷酸铁锂电池的特点4良好的贮存性能锂离子电池的贮存性能可通过充电态自放电的大小来衡量。通常，自放电的容量损失分为不可恢复容量和可恢复容量。不可恢复容量表示活性物质的损失，例如活性物质的分解。锂离子电池中，自放电是正极、负极相互作用的结果，为了表现正极活性物质的对自放电的影响，采用金属锂作为负极研究磷酸铁锂的贮存性能。1.7磷酸铁锂电池性能简介磷酸铁锂电池的特点4良好的贮存性能锂离子电池的贮存性能可通过充电态自放电的大小来衡量。通常，自放电的容量损失分为不可恢复容量和可恢复容量。不可恢复容量表示活性物质的损失，例如活性物质的分解。锂离子电池中，自放电是正极、负极相互作用的结果，为了表现正极活性物质的对自放电的影响，采用金属锂作为负极研究磷酸铁锂的贮存性能。1.7磷酸铁锂电池性能简介推广应用领域磷酸铁锂的应用领域主要有：（1）储能设备太阳能、风力发电系统之储能设备；不断电系统UPS；配合太阳能电池使用作为储能设备（比亚迪已经在生产此类电池）；（2）电动工具类高功率电动工具（无线）；电钻、除草机等；（3）轻型电动车辆电动机车,电动自行车,休闲车,高尔夫球车,电动推高机,清洁车；混合动力汽车（HEV），近期2－3年的目标；（4）小型设备医疗设备：电动轮椅车，电动代步车）；玩具（遥控电动飞机,车,船）；（5）其它小型电器矿灯；植入性的医疗器械(磷酸铁锂无毒性，锂电池仅铁锂可满足要求)；替代铅酸,镍氢,镍镉,锂钴,锂锰类电池在小型电器上的应用2.锂离子电池各部件简介2.1PCB2.2PTC2.3NTC2.4PTC与NTC的比较2.5线材、插头PCB有哪几种？根据所适用的电池特性来分，有适合一节Li-ion使用的PCB板，当然也就有适合两节、三节、四节的PCB板。值得注意的是，由于不同的制造商生产的Li-ion特性各不相同，各公司按各自电池的特性设计出的单节或多节Li-ion电池PCB板是不能互换使用的：1）所选用的IC也不一样，主要指过充电检测电压。2）采用不同的MOS管由于其内阻不一，所以根据工作电流应选用不同的IC；3）识别电阻、码片不一样4）物理性能不同如长、宽、厚等5）设计电路也不同如：采用升压、降压、大电流、温度保护或发光特性等因此不同的公司生产的Li-ion产品，PCB板是没有通用性的。按照PCB板的材料划分，则有两种。一种是普通的玻璃纤板也称硬板，另一种是柔性电路板。硬板的板基材料是玻璃纤维，其绝缘性、高频电特性都很好，但较脆，不能弯曲。在电池保护电路中常用的是0.4~0.8mm厚的玻纤板。另一种是柔性板。它的板基材料是聚脂或聚酰亚胺，其特点是柔性好、可弯曲成90°安装，其厚度一般为0.1mm左右，所以占的体积小，适合小型电池块使用，但成本高，是玻纤板的3~5倍。2.1PCBPCB工作原理通常状态：保护ic时刻采样电池电压和充放电回路中电流，当电池电压在过放电检出电压以上且在过充电检出电压以下，回路中的电流小于过流检测电流时，充放电控制用MOS管均打开，这时可自由充放电，这种状态叫通常状态。过充电保护：防止电池的特性劣化、起火及破裂，确保安全性在通常充电状态下，当电池电压达到或超过过充电检测电压，并持续时间超过过充电检测延时时间时，保护icCO端输出低电平，使过充电控制用MOS管关断，将回路断开。过充电回复一般是电池电压低于过充电释放电压时，过充电控制用MOS管重新打开。恢复至通常状态。另外,还必须注意因噪声所产生的过度充电检出误动作，以免判定为过充保护。因此，需要设定延迟时间，并且延迟时间不能短于噪声的持续时间。过放电保护：防止电解液因分解而导致电池特性劣化，确保电池的使用寿命在通常放电状态下，当电池电压达到或低于过放电检测电压并持续时间超过过充电检测延时时间时，保护icDO端输出低电平，使过放电控制用MOS管关断，将回路断开，并将电池保持在低静态电流的待机模式，此时的电流一般仅0.1uA，过放电回复一般是电压回升至过放电释放电压以上时，过放电控制用MOS管重新打开。恢复至通常状态。有些公司保护IC，是电压回复到过放电释放电压以上，且必须用充电器接一下电池块才能重新打开MOS管，这样做的好处是关死后，电流消耗非常小。另外，考虑到脉冲放电的情况，过放电检测电路设有延迟时间以避免发生误动作。过电流保护：防止FET的破坏，短路保护及确保工作安全性在通常放电状态下，放电流达到或超过过电流检测电流值且这个状态持续在过电流检出延迟时间以上时，保护ICDO端即输出低电平，将放电控制用MOS管关断停止放电。VM端电位上升至VDD电位。当P+、P-间的阻抗达到自动恢复负载阻抗（10MR左右）以上时，过电流状态恢复。过电流检测是将FET的接通电阻当成感应电阻处理，监视其电压的状况，若比定的电压(过电流检测电压)还高，则立即停止放电.过电流检测必须设置延迟时间。若没有延迟时间，当突然有电流流入时，会检测出过电电流，而使得放电停止。因此，近来的保护IC都分为在短路时和突然有电流流入时的两种不同状况的检测。当放电电流过大或短路情况发生时，保护IC将激活过(短路)电流保护，此时过电流的检测是将功率MOSFET的Rds(on)当成感应阻抗用以监测其电压的下降情形，如果比所定的过电流检测电压还高则停止放电，计算公式为:V-=I×Rds(on)×2(V-为过电流检测电压，I为放电电流)。假设V-=0.2V，Rds(on)=25mΩ,则保护电流的大小为I=4A。过电流检测也必须设有延迟时间以防有突发电流流入时发生误动作。通常在过电流发生后,若能去除过电流因素(例如马上与负载脱离)，将会恢复其正常状态，可以再进行正常的充放电动作。短路保护：也属于过电流，只是电流值更大，保护同样是关断放电控制用MOS管，当短路状态消除后，MOS管即恢复正常打开状态。短路保护是为保护电池和MOS管用的。保护IC内部设有基准电压，过充、过放、过流、短路的检测电压都是与基准电压通过几个比较器比较来判断的。根据基准电压的不同可将保护IC分档，以适应不同用户的不同需要。有些保护IC内部设有延时电路，外部不需要加延时电容；有些需要外加延时电容。两串、三串/两并三串、四串/两并四串与单节保护电路原理类似，主要区别：多了电路电压检测端，当任一节电池电压超过上下限时，即关断对应的MOS管，IC有哪些主要技术指标？有12种：1）过充电检测电压：VCU：4.275±25mv（4.254.2754.30）2）过充电恢复电压：VCL：4.175±30mv（4.1454.1754.205）3）过放电检测电压：VDL：2.3±80mv（2.222.32.38）4）过放电恢复电压：VDU：2.4±0.1mv（2.32.42.5）5）过电流检测电压：VIOV1：0.1±30mv（0.07V0.10.13V）VIOV2：0.5±0.1mv（0.40.50.6）6）短路检测电压：Vshort：-1.3V（-1.7-1.3-0.6）7）过充电检测延时：tcu：1s（0.512）8）过放电检测延时：tdl：125ms（62.5125250）9）过流延时：TioV1：8ms（4816）TioV2：2ms（124）10）短路延时：Tshort：10us（1050us）11）正常功耗：10PE：3uA（136uA）12）静电功耗：1PDN：0.1uA基本测试部分序号测试项目评判标准01过充电保护4.30±0.05V不应发生电路振荡.不产生过热.02过充电保护回复观察回复情况03过放电保护2.40±0.1V不应发生电路振荡.不产生过热.04过放电保护回复观察回复情况05过电流保护不产生过热06短路保护MOS管不能过热07短路保护解除解除负载后的回复情况08工作消耗电流7μA常见PCB保护板型号过充保护过放保护过流保护适用2648B4.28±0.0253.0±0.0251.5～43.6V聚合物两极耳距离较小电池3114.28±0.0253.0±0.0250.8～43.6V聚合物两极耳距离小电池33964.28±0.0253.0±0.0250.8～43.6V聚合物两极耳距离较大电池33984.28±0.022.30±0.056～123.6V聚合物两极耳距离较大动力电池4156B4.25V±0.0252.40V±0.082～6A7.2V聚合物电池41574.25±0.15V2.4±0.25V大于207.2V聚合物大电流电池145004.35±0.025V2.3±0.086～107.2V圆柱II行两串电池4606B4.250±0.0252.90±0.0802-3A3.6V圆柱II行两并电池2636B4.275±0.025V2.30±0.05V2-3.5A3.6V圆柱直经18电池2636C4.25±0.025V2.50±0.063V6～123.6V圆柱直经14电池2636D4.35±0.05V2.50±0.1V3A—5A3.6V圆柱直经17电池2636E4.2