电池常见不良分析

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鋰電池分類與原理
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電池基礎知識--分類
一.依化學電池的充放電特性區分 1. 一次電池（原電池） 2. 二次電池（蓄電池） 二.依電池電解液的種類區分
1. 鹼性電池 2. 酸性電池 3. 中性電池 三.依電池的形狀區分
1.圓柱（筒）型 2.方型 3.鈕扣型 4.硬幣型 5.超薄紙型
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錳鋅電池（ Zine-MnO2 ）/碳鋅電池（ Carbon Zine ）
2、标称电压
锂电池的标称电压是指维持放电时间最长的那段电压，3.7V左右的放电时间是最长的，几乎占到了3/4的时间。
3、充电终止电压
可充电电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，电池的电压也不会上升，此时的电压 称为充电终止电压。锂离子电池为4.2 V或者4.35V。
4、放电终止电压
放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。放电终止电压和放电率有关。一般来讲单元锂离子电池为 2.7 V。
5、电池内阻
电池的内阻由极板的电阻和离子流的阻抗决定，当锂电池的OCV电压降低时，阻抗会增大，因此在低电（ 小于3V）充电时，要先进行预充电（涓流充电），防止电流太大引起电池发热量过大。
6、自放电率
5）電池芯內部水含量超標，前面我們已經介紹過對電池芯內水含量有一定的要求， 一旦水含量超標，電解液會失效在化成或Degassing後產生氣體。造成電池內部水含 量超標的原因主要有：電解液水含量超標，Baking後裸電芯水含量超標，乾燥房濕度 超標。若懷疑水含量超標導致脹氣，可進行工序的追溯檢查。
6）SEI膜不穩定，電池芯在容量測試充放電過程中發射功能輕微脹氣。
鋰電池常見不良
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内容綱要
目的與背景
鋰電池ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ類與原理
電池測試技術 電池常見不良 電池異常處理
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目的與背景
背景：
由于鋰電池具有可快速充電、高功率放電、能量密 度高、循坏壽命長等優點，越來越多的電子產品開始使 用鋰電池。但鋰電池使用不當時，會發生電池燃燒、爆 炸等嚴重後果。
目的：
通過培訓，讓SQE/CE了解電池的基本原理及特性， 熟悉電池常見的不良現象，評估不良現象可能產生的不 良後果，掌握鋰電池不良的分析、處理方法。
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鋰電池基礎知識
1. 鋰原電池 1970年——鋰原電池實現商品化,金屬鋰作負極材料,二氧化錳和氟化炭等 原料作正極活性物質。 2. 液態鋰離子電池 1990年——日本Sony公司率先研製成功鋰離子電池,它以含鋰氧化物作 正極,以層狀碳嵌鋰取代傳統鋰原電池的金屬鋰或鋰合金作負極,1992年商 業化。 3. 聚合物鋰離子電池 1999年——聚合物鋰離子電池實現商品化。 這種電池的電解質是以固態或 膠體的形式存在,有更好的安全性。
按充电方式可分为： ①不可充电的锂电池
不可充电的电池称为一次性锂电池，它只能将 化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回 化学能（或者还原性能极差）。
②可充电的锂电池。
而可充电的电池称为二次性电池（也称为蓄电 池）。它能将电能转变成化学能储存起来，在使 用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的。
一次鋰電池
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電池無輸出
1.電池電芯損壞。 2. 電池保護板異常。 3.電池鎳片斷裂 4.電池電極焊接不良 5.電池輸出線斷裂或虛焊。 6.電池電芯電壓低於保護電壓。 7.電池輸出電流高於保護電流。
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電池無法充電
1.電池電芯損壞。 2. 電池保護板異常。 3.電池鎳片斷裂 4.電池電極焊接不良 5.電池輸出線斷裂或虛焊。 6.電池充電電流高於保護電流。 7.電池處於過充保護狀態。 8.電池與設備不匹配（帶ID的電池）
附注 P=高功 率型, S=标准 型
R20P, R20S R14P, R14S R6P, R6S R03
LR20 LR14 LR6 LR03
UM1 UM2 UM3 UM4
AM1 AM2 AM3 AM4
N
AAAA
五号电池
六号电池
8号电池
9号电池
R1
无
LR1
LR8D42 5 尺寸接近 R61
锂电池的分类
是指在一段时间内，电池在没有使用的情况下，自动损失的电量占总容量的百分比。一般在常温下锂离子电 池自放电率为5%-8%。
7、循环寿命
電池容量為初始容量80%時，所循環使用的次數，鋰電池通常為300~600 cycle.
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鋰離子電池常見不良（外觀） label 絲印異常 刮傷 凹痕 尺寸不符 電極pad髒污
鋅錳電池
標稱電壓 1.5V
碳鋅電池
用途：遙控器、手電筒和時鐘…等。
鹼錳電池(一)
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锌锰干电池的规格
外形 (英文 代号)
D C AA AAA
引自维基百科
一号电池 二号电池 三号电池 四号电池 1号电池, 大号电 池 2号电池 5号电池 7号电池
台湾 编号
中国大陆 编号
IEC 编号 (碳性)
IEC 编号 其他编号 其他编号 (碱性) (碳锌) (碱性)
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鋰離子電池鼓包原因分析
7）過充、過放，由於流程或機器或保護板的異常，使電池芯被過充或過度放電，電 池芯會發生嚴重鼓氣。
8） 短路，由於操作失誤導致帶電電芯兩Tab接觸發生短路，電池芯會發生鼓氣同時 電壓迅速下降，Tab會被燒黑。 9）內部短路，電池芯內部陰陽極短路導致電芯迅速放電發熱同時嚴重鼓氣。內部短路 的原因有很多種：設計問題；隔離膜收縮、捲曲、破損；毛刺刺穿隔離膜；夾具壓力過 大；燙邊機過度擠壓等。例如曾經由於寬度不足，燙邊機過度擠壓電芯實體導致陰陽極 短路脹氣。 10）腐蝕，電池芯發生腐蝕，鋁層被反應消耗，失去對水的阻隔作用，發生脹氣。 11）真空抽氣異常，系統或機器的原因導致真空度異常Degassing抽氣不徹底； Vacuum Sealing的熱輻射區過大，導致Degassing抽氣刺刀不能有效地刺破Pocket袋 而導致抽氣不乾淨。
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鋰離子電池充放電原理
充电
电池反应: 6C+LiCoO2
放电
Li1-xCoO2+ LixC6
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鋰離子電池基礎知識--電池模組
電池模組的組成
電芯、保護板、外殼 （軟包電池通常用鋁箔袋包裝），電芯的連接方式有 串聯、 並聯、串聯加並聯，以滿足不同的電壓和容量。 保護板的作用：可防止電池過充、過放、外短路、過電壓、過電流等。
過充/過放保護測試 高溫﹑低溫放電測試 高溫﹑低溫充電測試
常温外部短路测试
高温外部短路测试 热冲击测试 重物冲击测试
高溫﹑低溫存儲測試
高溫高濕測試 冷熱沖擊測試
振动测试
自由跌落测试
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鋰離子電池的七大參數
1、电池容量
电池的容量由电池内活性物质的数量决定，通常用毫安时mAh或者 Ah表示。例如1000 mAh就是能以1 A的电 流放电1 h。
三、 容量过低：
1、敷料不均匀，偏轻或配比不合理。 2、生产时断片、掉料。 3、电液量少。 4、压片过薄。
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鋰離子電池鼓包原因分析
聚合物鋰離子電池芯採用的是鋁塑複合膜的包裝技術，當電池芯內部由於異常 化學反應的發生而產生氣體時，Pocket會被充起，電池芯鼓脹（有輕微鼓脹和 嚴重鼓脹兩種情況），且不論外觀如何，電池芯的使用性能（Capacity、 Cycle life、C-rate等）會發生嚴重的失效，導致電池芯不能使用。
2、全盖帽时极耳靠在壳壁上短路：
1）高温极耳胶未包好； 2）壳壁胶纸未贴到位； 3）极耳过长弯曲时接触盖帽或壳壁。
3、化成时过充短路：
1）化成时，正负极不明确反充而短路； 2）过压时短路； 3）上柜时未装好或内部电液少，充电时温度过高而短路。
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鋰離子電池常見不良
二、 内阻过高：
1、焊接不好：极耳与极片的焊接；极耳与盖的虚焊。 2、电液偏少：注液量不准确偏少；封口时挤压力度过大，挤出电液。 3、装配结构不良：极片之间接触不紧密；各接触点面积太小。 4、材质问题：极耳及外壳的导电性能；电液的导电率；石墨与碳粉的导电率。
鋰錳電池（Li-MnO2）
標稱電壓：3V
锂亚硫酰氯电池
標稱電壓：3.6V
鈕扣型鋰電池
筒型鋰電池
筒型鋰電池
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二次電池
鎳氫電池(Ni-MH) 鎳鎘電池(Ni-Cd)
標稱電壓： 1.2V
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二次鋰電池（Li-Ion）
標稱電壓：3.7V
用途：手機、數位相機和攝影機…等。
Polymer 電池
液態鋁殼鋰離 子電池
使用端：
1). 过充 2). 过放 3). 过热 4). 长期储存（特別是滿電狀態） 5). 大电流充放电 6). 破損水分进入电池。
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鋰離子電池鼓包原因分析
製造設計端：
1) 封裝不良，封裝不良引起空氣中水分進入電池芯內部，引起電解液分解產生氣體 等。 2) Pocket表面破損，電池芯在流拉過程中，受到異常損壞或人為破環導致Pocket 破損（如針孔）而使水分進入電池芯內部。 3) 角位破損，由於折邊角位鋁的特殊變形，氣袋晃動會扭曲角位導致Al破損（電池 芯越大，氣袋越大，越易破損），失去對水的阻隔作用。可以在角位加皺紋膠或 熱熔膠緩解。並且在頂封後的各工序禁止拿氣袋移動電池芯，更要注意操作方式 防止老化板上電芯池的擺動 4) 化成流程異常，錯誤的化成流程會導致電池芯發生脹氣。
锂电芯 控制IC B+ C1 4 BPCB板 电容 电阻 MOSFET 6 FUSE R1 5 IC P+
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R2
C2
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普通保护板的组成
過放保護 過充保護
P-
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電池測試驗證項目
Function test
容量測試 穿钉测试
Safety test
过充测试
过放测试
電池內阻測試
過充/過放保護測試
電池外部短路測試
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鋰離子電池常見不良
短路 內阻過高 電池容量低 鼓包 電池漏液 電池發燙、冒煙、著火 電池無輸出 電池無法充電
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鋰離子電池常見不良
一、 短路：
1、隔膜刺穿：
1）极片边尾有毛刺，卷绕后刺穿隔膜短路（分切刀口有毛刺、装配有误）； 2）极耳铆接孔不平刺穿隔膜（铆接机模具不平）； 3）极耳包胶时未包住极耳铆接孔和极片头部（裁大片时裁刀口有毛刺）； 4）卷绕时卷针划破隔膜（卷针两侧有毛刺）； 5）压芯时气压压力太大、太快压破隔膜（气压压力太大，极片边角有锐角刺穿隔膜纸）。
按材料分
按壳体和电解质分类
液態鋁殼 鋰離子電 池
液态钢壳锂 离子电池
Polymer 電池
紐扣電池
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鋰離子電池基礎知識—電芯內部構成
鋰離子電池是指靠Li+在正負極之間嵌入、脫出形成的二次電池。 正極 活性物質(LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2\LiFePO4) 導電劑、粘合劑、鋁箔基體。 负極 活性物質(石墨、MCMB) 粘合劑、(導電劑)、銅箔基體 隔膜（PP/PE） 電解液（LiPF6+ DMC/EC/EMC) 外殼五金件(殼、蓋板、極耳、絕緣片、PTC） 在充放電過程中,Li+在正負兩個電極之間往返嵌入和脫嵌,被形象的稱為「搖椅電 池」。
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碳性/堿性電池常見不良
1.外觀不良 2.電池漏液
a. 電池被外力損壞 b. 電池過放 c. 電池密封不良。
3.電池電壓低
a.電池存放時間過久 b. 電池短路造成電池放電。
4.電池有電壓但無法正常工作
a.電池內阻高 b.電解液不足
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coin battery電池
coin battery電池有焊腳電池和非焊腳電池。 焊腳電池可以直接焊接到PCB上，非焊腳扣式電池必須通 過電池座組裝到PCB上。
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電池漏液原因分析
1). 防爆閥破裂（硬殼） 2). 電池本體被損傷 3). 電池封邊異常（軟包） 4).焊接电池外壳与盖帽时，焊接不牢 固、 不密封，有漏焊、虚焊，焊缝有 裂缝、裂口等问题。
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鋰離子電池發燙原因分析
1). 電池過充（形成晶枝，造成短路） 2). 電池內部短路（ 毛刺、晶枝、金屬顆粒等 ） 3). 電池外部短路（不當使用、保護板異常） 4). 電池不當使用導致損傷（刺破、跌落、碰撞等）
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鋰離子電池燃燒原因分析
過放：大量鋰離 子移至負極，造 成正極坍塌，減 低電池容量及壽 命。
過充：负极的储存格已经装 满了锂原子，后续的锂金属 会堆积于负极材料表面，形 成树枝状结晶。刺破隔離膜 ，形成短路
大電流：锂离子来不及进 入储存格，会聚集于材料 表面，形成树枝状结晶。
熱失控：1. 80攝氏度，SEI膜開始分解放熱，進一步加速電池放熱速率。 2. 135攝氏度，隔離膜受熱熔斷、變形，造成正負極短路，發生更激烈的放熱反應。 3. 155攝氏度，電解液氣化、分解，與正負極發生反應，產生氣體，電池膨脹，爆裂 ，遇到空氣燃燒