锂离子电池简介

燃燒試驗
鋰離子電池的保護設計與元件
低壓斷路設計

斷路壓力 機構設計 安全閥種類 開閥壓力 Bi-metal ( 雙金屬 ) Thermal Fuse ( 熱保險絲 ) PTC ( Positive Temperature Coefficient, 正溫度係數 )
安全閥設計

溫度電流保護元件

(Ⅵ) 鋰離子電池的應用領域
各種可隨身擕帶或騎乘的電子產品或交 通工具。
筆記型電腦、手機、攝影機、照相機、 VCD、DVD、PDA、電動工具、照明器 …..。 電動腳踏車、機車、太陽能車…..等。

各式各樣的鋰離子電池組
無線電對講機 ( Walkie-Talkie ) DVD 放影機 ( DVD Player )

電性試驗 機械試驗 環境溫度試驗 火燄爆炸試驗 客戶的特殊要求 電池組試驗項目
鋰離子電池的充電模式
充電模式：CC to CV ( Constant Current to Constant Voltage) 先以定電流充至 4.2 V 轉為定電壓繼續充電 若以 1C rate 的速率充電，則總共約 2.5 小時可充飽 (NB用) Power cell充電速率可達3C(60min可充飽) 標準充電：在室溫下，先以 1C 的定電流充電，當電壓達 到 4.2 V即轉為定電壓充電，直至總充電時間截止(一般設 為 2.5 小時)，或當充電電流降到 1/20 C (5%) ~ 1/50 C (2%) 截止 並不是所有鋰離子電池皆可以 1C 快速充電，充電截 止模式的設定亦有所不同，應依照產品指示操作 Power cell可承受3C快充
(Ⅳ) 鋰離子電池常用的術語
Molicel 電池型號說明

ICR 18650 H ( 2.2 Ah ) IMR 26700 A (2.9 Ah )
前三碼：ICP / ICR / IMR

第一碼 I - Intercalation ( 嵌入式 ) 第二碼 C / M / H - 鈷 / 錳 / 混合系正極材料 ICP 053048 B 第三碼 R / P - 圓 / 方型電池 ( 750 mAh ) ICP 1003450 B ( 1800 mAh ) 圓形 18650 – 18 mm 直徑 X 65.0 mm 高度 方形 1003450 - 10.0 mm 厚度 X 34 mm 寬度 X 50 mm 高度

循環壽命 ( Cycle Life )：二次電池在特定狀態下，其性能還維持在 特定基準以上所能得到的充放電循環次數

貨架壽命 ( Shelf Life )：可確保電池性能符合出貨規格之有效期限
(Ⅴ) 鋰離子電池的性能及安全
常見的性能測試項目

常見的安全測試項目

放電特性試驗 壽命特性試驗 儲存特性試驗 客戶的特殊要求 電池組試驗項目

Protection for Lithium-ion Batteries

There are usually 3 levels of protection against overcharge built into devices using Lithium-ion batteries;
鋰離子電池之優缺點
優點



高電壓（3.6V） 減少串聯，增加可靠度 能量密度高 自放電小 高放電能力及可快速充電 高溫運作（45~60℃）優良 （鎳鎘電池的致命傷） 無記憶效應
鎳氫或鎳鎘 1.2 V/Cell 缺點

鋰離子 3.6 V
價格較高 電池對電壓敏感度高,需要 保護線路保護
正極：LiCo2O , Li2Mn2O4 … 負極：碳粉 , 石墨
隔離膜：PP , PE
電解液：LiPF6, 有機溶劑
充電反應 正極：LiCoO2 Li1-xCoO2 + x Li+ + x e負極：6C + x Li+ + x eLixC6 放電反應 全反應：6C + LiCoO2 LixC6 + Li1-xCoO2
行動電話 ( Cellular Phone )
數位相機 ( Digital Camera )
Other Pack Applications
Molicel Safety Design
Outline
What Happens on Overcharge Cell level Safety Pack Safety (Protection Circuits) Charging Techniques Discharging Issues Approvals

例：電池的額定電容量為 1800 mAh 0.2 C 的充放電速率, 相當於 360 mA 的充放電電流 0.5 C = 900 mA, 1 C = 1800 mA, 1.5 C = 2700 mA, 1 C = 3600 mA
鋰離子電池常用的術語 (續)
其他常見的名詞

內部交流阻抗 ( ACR, Alternating Current Resistance )：電池或電 池組對特定頻率交流電之對抗或阻力
例：600 mAh 表示以 600 mA 放電,可持續 1 小時
如以 300 mA 工作, 則可持續放電 2 小時

瓦特小時數 ( Wh, 能量單位, W＝V× I )
例：1 Wh 表示 1 W 放電, 可維持1小時

額定電容量 ( Nominal Capacity )：電池在室溫下，以 0.2 C 的放電電流，放電至 3.0 V 截止可釋出的電容量 電池可提供的電容量會隨環境溫度、放電電流與截止 電壓定義不同而有差異

DOD and SOC


DOD 0 % , SOC 100 %
DOD ( Depth of Discharge)：放電深度 SOC ( State of Charge)：蓄電狀態 DOD & SOC 都以 % 為單位 DOD 60% = SOC 40%
DOD 60 % SOC 40 %
DOD 100 % , SOC 0 %
能元科技股份有限公司
E-ONE MOLI ENERGY CORP.
鋰離子電池簡介
2006 年 6 月 戴尤美/Steve Hsiao
Confidential 禁止翻印
鋰離子電池簡介
鋰離子電池的發展史 外型、結構及組成 工作原理及電化學反應 鋰離子電池常用的術語 鋰離子電池的性能及安全 鋰離子電池的應用領域 鋰離子電池的使用注意事項
Fig. 2. Discharge Characteristics for ICP1003450A Cell. 5 4
0.5C
0.2C
Voltage (V)
3
2.0C 1C
2
Charge:Constant Current-Constant Voltage, 1.6A, 4.2V, 2.5hr. Discharge:Cut 0ff at 3.0V. Temperature: 23'C.
Li-Ion
(Ⅱ) 外型、結構及組成
不同外形的鋰離子單電池

圓形電池

方型電池

鋼罐電池

高分子( polymer )電池

鋁罐電池
圓形電池的結構
上帽蓋 (＋)
PTC 裝置 密封絕緣環 上絕緣片
洩氣孔 安全閥
正極柄
隔離紙
罐體 (－)
下絕緣片
負極片 負極柄 正極片
方形電池的結構 (鋁罐)
密封絕緣環
20
0 0 100 200 300 Cycle Number/times 400 500
鋰離子電池的安全試驗
釘刺測試 ( Nail Penetration ) 電池表面溫度 ~ 90oC
外部短路 電池表面溫度 ~ 110oC
壓擠、衝擊 ( Crush and Impact ) 電池表面溫度 ~ 70oC
安全閥 負極柄 隔離紙
負極端
正極柄
正極片 負極片 正極罐體
鋰離子電池的組成及材料
鋰 離 子 電 池 正 極 含鋰之金屬氧化物 導電基材 接著劑 負 極 電 解 液 隔離紙 其他材料 LiCoO2,LiMn2O4… etc Al Foil (＋), Cu Foil (－) PVDF, SBR/CMC
鋰離子電池的充電特性圖
Fig. 1. Charge Characteristics for ICP1003450A Cell. 2.0 5.0
藍線表電流曲線 黑線表電壓曲線 紅線表電容量 %
120
Char ge : Constant Current-Constant Voltage Charge to 4.2V at 23'C.
(Ⅰ) 鋰離子電池的發展史
1990 年由日本 SONY 成功商品化 1991 圓形鋰離子電池上市 (Sony) 1995 方形鋼罐鋰離子電池上市 (GS、ATB) 1997 方形鋁罐鋰離子電池上市 (Sanyo) 1999 年被日本人稱爲是高分子鋰電池的元年 可攜式產品的盛行及輕薄短小的需求，促使韓國、台 灣、中國大陸等相繼投入開發與生產 由於鋰離子二次電池的出現僅是在近十年左右，目前 對此電池的性能提升與改進仍持續進行中 2004年 電動工具鋰離子動力電池上市

鋰離子電池常用的術語 (續)
充放電速率 ( Charge / Discharge Rate )
充放電電流( A, mA )＝充放電速率( 1/h, C-rate )× 額定電容量( Ah, mAh ) → 充放電速率 = 充放電電流÷ 額定電容量

就放電而言，電池在充飽電的狀態下，以 n C-rate 放電，則電池可在 1/ n 小時放完電，也就是說以越高的速率放電，電容量就越快消耗完。 額定電流 ( C rate) - 充放電速率為 1 C-rate 所對應的充放電電流 其他常見的充放電速率 – 0.2 C, 0.5 C, 1 C, 1.5 C, 2 C, …
室溫下的循環壽命特性
Fig. 6. Cycle Life Characteritics for ICP1003450A Cell at 23¢ J 120 100
80
Capacity/%
60
40
ห้องสมุดไป่ตู้
Charge: Constan t Current-Constant Voltage, 1.6A, 4.2V, 2.5 hr Discharge: Constant Current 1. 6A, Cut off at 3 .0V Temperature: 23 ¢ J

數字碼：什麼是18650 ? 什麼是1003450？


英文碼：最後一碼 A, B, C …表不同版次的電容量
鋰離子電池常用的術語 (續)
電容量 ( Capacity )

電容量：在特定放電狀態下，完全充飽之電池或電池 組可放出之總安培小時數或瓦特小時數

安培小時數 ( Ah 或 mAh, 電容量單位 )
4.0 1.5
100
1.0
Voltage (V)
Current (A)
3.0
60 2.0 40
0.5 1.0 20
0.0
0.0 0 1 Time (hrs) 2 3
0
實線部份為 1 C 充電；虛線部份則為 0.5 C 的充電曲線
Capacity (%)
1600mA
800mA
80
不同放電速率下的電壓曲線 Rated Capability
助導劑
鋰之吸收材料 Carbonate solvent Salt
Carbon Black
石墨,碳纖維,特殊金屬材料 EC/DEC/PC/DMC/EMC LiPF6, LiBF4 PE, PP, PP/PE/PP
絕緣元件, 罐體材料(Fe/Al), 保護元件 PTC, thermal fuse
(Ⅲ) 工作原理及電化學反應
Voltage (V)
3
-20'C -10'C
2
Charge:Constant Current-Constant Voltage, 1.6A, 4.2V, 2.5hr at 23'C. Discharge: Constant Current, 0.32A, Cut off at 3.0V.
1
0 0 200 400 600 800 1000 Capacity (mAh) 1200 1400 1600 1800
1
0 0 200 400 600 800 1000 Capacity (mAH) 1200 1400 1600 1800
不同放電溫度下的電壓曲線
Fig. 4. Discharge Temperature Characteristics for ICP1003450A Cell. 5
4
60'C 45'C 23'C