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鋰離子電池的基本知識講解

2018-11-12 16:14:00
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1)將大粒徑及超細粉與所要求的粒徑進行徹底分離,避免了局部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膜的形成及穩定上。
2.制漿工藝的控制
1)制漿過程采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)涂布時基材料與噴頭的間隙應控制在0.2mm以下,這樣涂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.采用先進的極片制造設備
1)可以保證極片質量的穩定和一致性,大大提高電芯極片均一性,降低了不安全電芯的出現機率。
2)涂布機單片極板上面密度誤差值應小于±2%,極板長度及間隙尺寸誤差應小于2mm。
3)輥壓機的輥軸錐度和徑向跳動應不大于4μm,這樣才能保證極板厚度的一致性。設備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性能。
4)分切機應采用切刀為輥刀型的連續分切設備,這樣切出的極片不存在荷葉邊,毛刺等缺陷。同樣設備應配有完善的吸塵系統,從而保證了電芯的自放電性能。
4.先進的封口技術
目前國內外方形鋰離子電芯的封口均采用激光(LASER)熔接封口技術,它是利用YAG棒(釔鋁石榴石)激光諧振腔中受強光源(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,使其熔化后親合為一體,以達到蓋板與筒體的密封熔合的目的。為了達到密封焊,必須掌握以下幾個要素:
1)必須有能量大、頻率高、聚焦性能好、跟蹤精度高的激光焊機。
2)必須有配合精度高的適用于激光焊的電芯外殼及蓋板。
3)必須有高統一純度的氮氣保護,特別是鋁殼電芯要求氮氣純度高,否則鋁殼表面就會產生難以熔化的Al2O3(其熔點為2400℃)。
四、電芯膨脹原因及控制
鋰離子電芯在制造和使用過程中往往會有腫脹現象,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
在制造過程中,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,在注液過程中更應采用除濕設備,保證空氣的干燥度為HR2%,露點(大氣中的濕空氣由于溫度下降,使所含的水蒸氣達到飽和狀態而開始凝結時的溫度)小于-40℃。在非常干燥的條件下,并采取真空注液,極大地降低了極板和電解液的吸水機率。
五、鋁殼電芯與鋼殼電芯安全性比較
鋁殼相對于鋼殼具有很高的安全優勢,以下是不同的壓力實驗:

注:壓力是電芯壓力為電芯內部之壓力(單位:Kg),表內數據為電芯之厚度(單位:mm)由此可見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。其中鋼殼電芯型號為063448。
第三節 鋰離子電池保護線路(PCM)

由第二節鋰離子電芯的知識我們可以看出,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,那么就應而產生了其保護線路,那么這個保護線路針對以上三個保護要求而言:
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,為防止因溫度上升所導致的內壓上升,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。 
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,當鋰電池電壓低于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,并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于過度放電電壓時,過度放電保護功能方可解除。另外,考慮到脈沖放電的情況,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,臺灣富晶(DW01,FS301,302),理光,MOTOROLA等封裝形式主要為SOT26,SOT6
過電流及短路電流
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。 
通常在過電流產生后,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。

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