锂电池介绍

0.2
电芯
Cell
以软包电芯（d）为例工艺过程：
正负极搅拌 （Mixing）
正负极涂布 （Coating）
对辊
模切
（Pressing） （Module Cutting）
注液 （ Inject）
顶封
焊接
（ Top Sealing） （ Welding）
叠片 （Stacking）
预化
抽气封口
成型
（ Formation） （ Degassing） （ Forming）
0.2
电池管理系统
battery management system
电动汽车电池管理系统BMS主要用于对电动汽车的动力电池参数进行实时监 控、故障诊断、SOC估算、行驶里程估算、短路保护、漏电监测、显示报警， 充放电模式选择等，并通过CAN总线的方式与车辆集成控制器或充电机进行信 息交互，保障电动汽车高效、可靠、安全运行。
丰富 低廉 (15-28)
无毒 良好
难 差，高于50℃迅速
衰退 动力电池 1. 高温自放电 2. 循环寿命短
磷酸铁锂* 橄榄石 1.0-1.4
12-20 130-150 3.2-3.3 >=2000 非常丰富 低廉(15-28)
无毒 优秀 中等 极佳（-40~70℃仍正常 使用） 动力电池/超大容量电池 1. 导电度差 2. 体积大
孔径大小及分布 孔径的大小及分布与制备方法有关； 孔径大小影响隔膜的透过能力； 分布不均匀导致电池内部电流密度不一致， 形成枝状晶刺穿隔膜。
透气率
Gurley指数，是一个重要物化指标；
与电池内阻成正比； 数值越大，内阻越大
自动关闭机理 一种安全保护性能； 限制温度升高和防止短路； 安全窗口温度越高愈好，电池的安全性越高； 与隔膜的原材料和隔膜的结构有关； 材料熔点决定隔膜的闭孔温度。
负极反应：放电时锂离子脱嵌，充电时锂离子嵌入。
电池总反应：
石墨负极
-
锂电池原理：
Cu负极
以炭材料为负极，以含锂的化合物 作正极的锂电池，在充放电过程中， 没有金属锂存在，只有锂离子，这 就是锂离子电池。当对电池进行充 电时，电池的正极上有锂离子生成， 生成的锂离子经过电解液运动到负 极。而作为负极的碳呈层状结构， 它有很多微孔，达到负极的锂离子 就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂 离子越多，充电容量越高。同样当 对电池进行放电时（即我们使用电 池的过程），嵌在负极碳层中的锂 离子脱出， 又运动回正极。回正极 的锂离子越多，放电容量越高。我 们通常所说的电池容量指的就是放 电容量。在Li-ion的充放电过程中， 锂离子处于从正极→负极→正极的 运动状态。Li-ion Batteries就像一 把摇椅，摇椅的两端为电池的两极， 而锂离子就象运动员一样在摇椅来 回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫 摇椅式电池。
8、安装水冷 管及气密检测
13、复检力 矩、检测BMS 通讯
18、预安装箱 盖
4、粘贴打印 铭牌、条形码
7、安装BMS高 压组件、灭火 器
14、拍照，称 重吊离主线
17、涂胶，安 装密封条
5、模组吊装 入箱
6、扫码固定 模组
15、充放电综 合检测
16、AGV输送 吊回主线
21、称重吊装 下线
22、叉车转运 物流中心
化成 （ Aging）
测试
0.2
系统整包
PACK system
以软包电芯为例工艺过程：
1、检测模 组，AGV输送
10、模组铜排 连接
11、连接固定 BMS线束
20、安装维修 开关，气密检 测
2、吊下箱体 于第1工位、 清洁
9、安装航插 板件及附件
12、整理BMS 线束，吸尘
19、定扭安装 箱盖
3、安装检查 水冷板气密
力学强度 要求抗穿刺强度高； 单向拉伸，拉伸~50N，横向~5N； 双向拉伸，要求2个方向要求一致。
孔隙率 孔的体积和隔膜体积的比值， 一般隔膜孔隙率在35%-60%之间。
锂电池隔膜
热稳定性 隔膜受热时尺寸稳定性
在技术发展领域，传统的聚烯烃隔膜已无法满足当前锂电池的需求，高孔隙率、高热阻、高熔点、高强度、对电解液具有良好浸润性是今后锂离子 电池的发展方向。为实现这些技术指标，可以从以下三个方面入手，第一，研发新材料体系，并发展相应的生产制备技术，使其尽快工业化；第 二，隔膜涂层具有成本低、技术简单、效果显著等优点，是解决现有问题的有效手段；第三，原位复合制备工艺较复杂，可以作为未来隔膜的研究 方向。
0.1
锂离子电池原理
principle of power lithium ion batteries
+
Li+
Mn
Co
Ni
Li
Discharge
Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+
Charge Li+
Li+ Li+ Li+ Li+ Li+ Li+
AL正极
锂化合物正极
隔膜
正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。
材料共存的局面。
C原子
共价键
天然石墨
天然石墨
电镜下天然石墨
天然石墨分子结构
而从负极材料的种类上来看，整个负极材料市场将仍然以天然石墨和人造石墨为主体。随着整个市场对高容量、高功率 负极材料需求的逐步提升以及新一代负极材料（如硅基材料等）制备工艺的逐渐成熟，市场重心也会逐步向新一代负极 材料偏移。
0.2
锂电池隔膜
Lithium battery diaphragm
锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能 优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。 隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离 子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电 解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。传统商业化微孔聚烯烃隔膜的制备工艺分为 干法单向拉伸、干法双向拉伸和湿法三种，不管是湿法还是干法，均有拉伸这一工艺步骤，目的是使隔膜产生微孔。
低速电动车 备用电源 家庭储能 分布式储能 大型储能系统
梯次利用电池系统
钴：中国仅占世界的1.03%，但消耗
占世界的50%；95%以上依赖进口
镍:中国仅占世界的3.0%，消耗占世
界20%，进口率60%
有价金属的提取具有显著的资源性 的可用性，解决了资源短缺问题
动力电池的寿命一般为5-8年，当电池 容量下降时将从新能源车上退役下 来，其回收利用问题严峻；科学合理 解决蓄电池回收再利用问题才能实现 新能源汽车产业的健康发展；＊国家 层面虽已出台了部分政策，针对梯次 利用的相关扶持政策、行业规范和标 准，也在积极制定当中，
重量重、成组后 比能量低
软包
重量轻、容量大、内阻 小、设计灵活、循环性 能好
一致性差、成本 高、易漏液
方形
高硬度、重量轻、安全 性好
型号多，工艺统 一难度大，柔性 不足
总的来说，圆柱、方形和软包三种封装类型的电池各有优势，也各有不足，每种电池都有自己主导的领域,目前方形电池后来居上，国外生产方形动 力电池的企业有日韩电池三巨头之一的三星SDI等，国内企业有比亚迪、宁德时代、国轩动力、亿纬锂能、力神、中航锂电、迈科新能源、中天科 技、力信能源、南都电源、哈尔滨光宇、骆驼电池等。三元软包电池容量较同等尺寸规格的钢壳锂电高10~15%、较铝壳电池高5~10%，而重量 却比同等容量规格的钢壳电池和铝壳电池更轻，因此，补贴新政对三元软包电池更有利。鉴于软包电池的优势，业内专家预计，随着电池路线的发 展，软包电池在新能源汽车市场的渗透率也将不断提升，在没有重大变革到来之前，未来三种电池仍会并行发展。
0.2
正极原材料
positive Material
正极材料由于成本占比高，约占电池总成本40%左右，对电池容量起决定作用，是电池的关键材料。
正极材料 材料结构 振实密度 (g/cm3) 比表面积(m2/g） 克容量 (mAh/g） 电压平台(V) 循环次数 过渡金属 原料成本 (USD/g)
环保 安全性能 合成困难度
温度耐受性
适用领域
缺点
镍钴锰三元材料 层状氧化物 2.0-2.3
0.2-0.4 155-190 3.5-3.6 >=800
贫乏 高(22-40)
含镍、钴 较好 难
尚可，-20~55℃以外会 衰退
小电池/小型动力电池 安全性待加强
锰酸锂 尖晶石 2.2-2.5
0.4-0.8 100-120 3.7-3.9 >=500
0.2
工艺路线
Processing route
动力电池按封装形式分类，为方形、软包、圆柱三足鼎立。它们各有优缺点。圆柱和方形电池的外包装多为钢壳或者铝壳。软包外包装为铝塑膜，其 实软包也是一种方形，市场上习惯将铝塑膜包装的称为软包，也有人将软包电池称为聚合物电池。
类型
优点
Hale Waihona Puke Baidu
缺点
圆柱
工艺成熟、PACK成本低、 良率高、一致性好、便 于各种组合
0.2
负极原材料
Negative material
负极材料是锂离子电池储存锂的主体占锂电池总成本5~15%，使锂离子在充放电过程中嵌入与脱出。负极材料主要影响锂电
池的首次效率、循环性能等，负极材料的性能也直接影响锂电池的性能。随着技术的进步，目前的锂离子电池负极材料已经
从单一的人造石墨发展到了天然石墨、中间相碳微球、人造石墨为主，软碳/硬碳、无定形碳、钛酸锂、硅碳合金等多种负极
循环寿命
能量密度
好 中 差
安全
高低温性 能
成本
三元 锰酸锂 磷酸铁锂
正极材料主要分为三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂三大类，能量密度、成本、安全性，热稳定性，循环寿命是动力电池的五个关键指标，三元材料、锰 酸锂与磷酸铁锂任何一个在这五个方面都不具有绝对优势，导致动力锂电池材料技术路线出现分歧。三元材料，电池容量较高，目前是动力电池主 要正极材料之一，主要用于乘用车。磷酸铁锂原材料低廉，循环性和安全性好，但容量较低，主要用于动力电池当中的客车和物流车。锰酸锂资源 丰富，价格便宜，安全性好，但循环性差，高温中衰减严重，少量用于动力电池中。