GP超霸电池锂离子电池培训资料课件.ppt

1、Lithium Ion BatteryTraining Material锂离子电池培训Prepared:Bryan FuMar 9,2004锂离子电池的特点高的体积能量密度:1.5倍于镍鎘电池高的重量能量密度:2.0倍于镍鎘电池公称电压3.7V,3.0倍于镍鎘和镍氢电池.负极石墨型电池具有平滑的放电曲线长循环寿命,300-500次低自放电:2%/月无记忆效应安全,应用锂离子材料,非锂金属.充放电机理锂离子电池反应(正极)LiCoO2 Li1-xCoO2+xLi+xe-(负极)Cy+xLi+xe-CyLix(全反应)LiCoO2+Cy Li1-xCoO2+CyLix ChargeDischarg

2、eChargeDischargeChargeDischarge锂离子电池充放电反应图Graphite 石墨钴酸锂 LiCoO2 此电池机理也称“摇椅电池”,在充放电时,锂离子在+&之间嵌入与迁出.NiCd&NiMHNiMH&NiCd应用碱液来传替电荷有水和氧气产生充放电效率低于100%Li-ion电解液采用有机电解质无水和氧气产生100%的充放电效率正极材料主要的三种电池材料Lithium Cobaltate(LiCoO2)Lithium Nickelate(LiNiO2)Lithium Manganate(LiMn2O4)目前市场上常用的材料是LiCoO2不同正极材料的特性*GP 采用 Li

3、CoO2.2.533.544.5020406080100120Capacity(%)Cell Voltage(V)LiMn2O4LiNiO2LiCoO2负极材料目前常用的材料是石墨,GP也是一样.电解液电解液的作用是传替锂离子.锂离子电池电压高达到4V,能分解水.应用于电解液的是有机无水锂盐1)电导率高2)(4V)电化学稳定3)化学和热性稳定4)工作温度范围广隔膜电的绝缘材料对电解液具有化学和热的稳定性良好的电解液保持能力具有多孔便于锂离子的转移厚度要薄但机械性能良好普通用的是聚乙烯和聚丙烯材料的多孔膜钢壳材料Stainless can 不锈钢钢壳Nickel-plated iron 镀镍钢壳

4、Aluminum alloy 铝合金壳体GP电池:方形电池采用铝合金壳体,圆柱电池采用镀镍钢壳Cylindrical Type 圆柱型ContentFeatures of Cylindrical Battery 特点Structure of Cylindrical Battery结构Charge Characteristics充电特性Discharge Characteristics放电特性Storage characteristics储存特性Cycle Life循环寿命Features of Cylindrical Battery圆柱型锂电的特性最早的锂电池型号可以进行串并联结构适合用于PC

5、&便携式摄像机比方型电池具有更高的容量高能量密度结构PTC开关正极片负极片隔膜截止电流装置排气孔正极+正极极耳钢壳(负极)充电特性充电方式:先恒流-再恒压(CC-CV)最大充电电压:4.2V+/-0.05V.充电电流:0.2C to 1C截止充电电流:0.02C-0.05C充电温度:255C注意:不要连续充电,电池性能将恶化特性一2.53.03.54.04.500.511.522.5Time/hrVoltage/V00.511.52Capacity/Ah&Current/ACharge CapacityVoltageCurrent 充满电状态充电电流为零=0,电压为4.2V.通常电流=0.02

6、-0.05C,表示已经充满.22.533.544.50123456Time(hours)Voltage(V)012345Current(A)0.2C(V)0.5C(V)1C(V)2C(V)0.2C(mA)0.5C(mA)1C(mA)2C(mA)0.2C(%)0.5C(%)1C(%)2C(%)100755025Capacity(%)VoltageCurrent%capacity在1C充电时,电池回长时间处于恒电压,如果大于1C充电,电池寿命会受影响,GP1865L200不同充电倍率下的不同充电倍率下的充电特性充电特性温度对充电的影响温度对充电的影响Charge time at low tempe

7、rature increases due toIncrease of internal resistance Ri放电特性高电压:3 times NiCd or NiMH截止电压:2.8-3V per cell最大放电电流 2C放电温度:-30C to 55C注意:放电电压低于2.0V,电池可能会被损害GP1865L220不同充电倍率下的不同充电倍率下的充电特性充电特性充电：CC/CV,4.2V,0.6Cx2.5hrs,20放电：CC 2.8V,202.83.23.64.04.4030060090012001500180021001C0.2C0.5C1.5CCapacity(mAh)Volta

8、ge(V)不同温度下0.2C 放电特性充电：CC/CV,4.2V,0.6Cx2.5hrs,20放电:CC 0.2C to 2.8V2.83.33.84.30%20%40%60%80%100%20/40C0C-20C60C-30CCapacity(%)Voltage(V)电池放电温度 GP1865L220 20.022.024.026.028.030.0030060090012001500180021001.0C0.2C0.5C1.5C充电：CC/CV,4.2V,0.6Cx2.5hrs,20 放电：CC to 2.8V,20Capacity(mAh)Temperature 1865L200放电深

9、度与循环寿命More Cycle with Lower Depth of DischargeBut total mAH discharged can sometimes decrease2Percentage Residual Capacity:Life Cycle 0.8C Charge&1C Discharge75%80%85%90%95%100%105%01002003004005006007008009001,0001,1001,200Cycle Number%Retained Capacity100%DOD30%DOD60%DODCut-off过放电的影响损害电池性能.强制过放电,电

10、压可能反极.反复的过放电,性能迅速降低推荐以下放电截止电压:For 1 series(3.7V)connection:2.8V 以上.For 2 series(7.4V)connection:6.0V 以上For 3 series(11.1V)connection:9.0V 以上For 4 series(14.8V)connection:12.0V 以上储存特性室温,满充电条件下,电池自放电率3%左右字放电率小于NiCd&NiMH字放电率取决与充电状态和环境温度自放电电流包括:自身消耗电流+保护元件电流储存特性储存特性不可循环的容量损失100%充电状态损失容量是最大的不可逆的容量损失电池可能损

11、失容量 10%损失的更快:高温 and 高充电状态.存放状态 40%60%较低的自放电.大约 10%每年.充电活化可以恢复可逆容量.储放注意1)温度&湿度 湿度:6520%50 to 60 :1 week40 to 50 :4 weeks30 to 40 :12 weeks2)从用电器拆下存放3)电池不适合满充电存放,长期存放或运输,应该定期对电池预充电,4)每6个月应该充电10%.保证电池容量40%60%循环寿命*循环寿命的终止:保证放电在80%的额定容量为止的循环次数*GP规格书有详细描述Standard 1C&Accelerated 0.2C Cycle Life:Discharge A

12、t 1C Followed By 0.2C RateResidual Capacity1,5001,6001,7001,8001,9002,0002,100020406080100120140160180200220240260280300320340Residual Capacity mAhAcclerated 0.2C RateStandard 1C RatePercentage Residual Capacity75%80%85%90%95%100%105%020406080100120140160180200220240260280300320340Cycle Number%Resid

13、ual Capacity1865L200 循环寿命循环寿命 0.2C&1C Rate放电特性-循环2.533.544.505001000150020002500Capacity/AhVoltage/V0 cycle100 cycles200 cycles300 cyclesRi 的增大导致放电电压的降低循环寿命的因素过充电压过高.连续长时间充电.充放电流过大.过放电-低于保护工作电压.环境温度过高.方型锂电池电池特点尺寸小重量轻适合轻便用电器 PDA,手提电话,便携式 DVD etc.高能量密度,相比NiCd&NiMH 方型锂电池结构Negative electrodeAluminum Cas

14、eSeparatorPositive electrode+Tab-TerminalGasket+TerminalInsulatorSafety Vent-TabBi-Metal方型锂电充电厚度变化GP413048L604.154.204.254.304.354.404.454.50050100150200250300350CycleThickness(mm)ChargeChargeDischargeDischarge相关电池的厚度ThicknessModelModelShipmentAfter 300 cyclesShipmentAfter 300 cycles(at 30%SOC)(for

15、reference only)(at 30%SOC)(for reference only)3 mm3634503.94.14 mm4130484.34.64134434.34.64134504.34.6493048R5.25.55 mm5030485.35.6503436R5.35.6503450R5.35.6503450R5.35.66 mm603450R6.36.6603450R6.36.66034656.36.66230406.56.86230486.56.88 mm8134488.58.98134488.58.98430428.89.210 mm10344810.511103450R

16、10.511103450R10.511Thickness(mm)Thickness(mm)(UL approved)Mass production modelsDeveloping models安全性内容内容摘要安全机理安全标准保护元件摘要Li-ion 电池内含易燃物,必需确保安全预防电池滥用或非正常使用导致事件发生防止电池过充,过放,或过大电流.保护元件与电池整合一起装配.圆柱锂电的头部结构PTC激光点焊激光点焊排气孔排气孔泻压孔泻压孔绝缘圈绝缘圈正极正极 TAB防爆阀防爆阀负极负极TABPTC用途高温,大电流,增加电池的内阻.保护电流温度达到120-130C,电流切断 保护外部短路 切断电

17、流切断电流压力增大压力增大排气孔开放排气孔开放压力压力近一步增加近一步增加,释放压力释放压力&气体气体防止电池爆炸防止电池爆炸排气孔的用途v过热发生时,电池内压力增加,用于排气泻压过充电 过放电燃烧v防止爆炸.3-层隔膜的用途Prismatic Type安全机理及排气Prismatic TypePrismatic 型的泻压孔GPCompetitor压力范围 2 bar 5 bar-TerminalGasketInsulatorSafety Vent安全测试UN&ULFig.4.1 Test requirementTest UN RequirementUL Number Similar UL 1

18、642 Test1 Altitude.116 Bar18A.116 Bar2 Thermal Shock Test75 to-40 10 times18B70 to-40 10 times3 Vibration1-8 G 7-200Hz151.6 mm 10-55 Hz4 Shock50-150 G 18 times14A125-175 G 3 times5 Short Circuit55 then shorted.1 ohm1060 C 6 Impact9.1Kg drop139.1Kg drop7 Overcharge2x rated voltage-batteries only11A25

19、 C 2.4 C overcharge 4.3V per cell max8 Forced Discharge12V rated current initial11Bup to 12.6 V in a 4 seriesUL1642 Lithium testing itemsFig.4.2 UL 1642 Lithium,Houshold BatteriesNumber Description10Short Circuit11AAbnormal Charge,Abusive11BForced-Discharge,Limited power source12Crush,250 lb Test13Impact14Humidity14AShock,Drop15Vibration18AHeating 150 C18BTemperature Cycling18CLow Pressure(Altitude)19.2*Flaming Particle19.3*Projectile保护电路保护过充过放电为客户特殊设计制造过充电压限制:4.28V to4.35V/cell过放电压限制:2.3-2.5V/cell 过电流或短路The Endthank you very much