电池基础知识
2004.0
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主要内容锂电池的历史锂离子电池的原理锂离子电池的组成部分介绍锂离子电池的常规
性能电芯不良项目及成因电芯生产各工序控制要点国内主要电芯生产厂家锂离子电池的标准电池安全---电池为什么会爆炸？?
锂离子电芯安全实验锂离子电池保护板原理概述电池PACK结构设计时注意事项售后电池常见电池故障分析锂电池的历史1981
年发表了第一个锂离子电池方面的专利。八十年代末，SONY公司利用此发现制成了LIB。实验室制成的第一只18650型锂离子电池容
量仅为600mAh。1992年，SONY公司开始大规模生产民用锂离子电池。1998年方型锂离子电池大量投放市场，占据了市场较大
份额。1999年国内锂离子电池开始大批量生产2002年国产锂离子电池占据了国内主导市场锂离子电池原理
锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正极的二次电池。电子和Li+都是同时行动的，方向相同但路径不同，放电时，电子从负极经过电子导
体跑到正极，锂离子Li+从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。只
要负极上的电子不能从负极跑到正极，电池就不会放电。反应原理正极采用锂化合物Lix
CoO2,（还有LixNiO2,或LiMn2O4等目前没有商品化）,负极采用锂碳层间化合物LixC6。电解质为溶解有LiPF6,L
iAsF6等的有机溶液。在充放电过程中，Li在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象地称为“摇椅式电池”（RockingChair
Batteries,缩写为RCB）0的组成部分电池的主要组成部分为：（如右图）正极片、负极片、电解液、隔膜纸、盖帽、外壳、绝缘层。电池可分为卷绕式、切片式
叠片式三种：锂离子聚合物电池锂离子聚合物电池属第二代可充锂离子电池。这类电池和正负极材料与液态锂离子相同。电池的工作原理也与
液态锂离子相同不同的是锂离子聚合物电池的电解质是将液态有机电解液吸附在一种聚合物基质上，被称作胶体电解质。研究者把聚合物电解
质应用于锂离子蓄电池时，显示出了一些优越的性能：1、抑制了枝晶的生长。2、耐充放电过程体积的变化。3、降低了与电极反应的活
性。一般认为溶剂对于锂甚至碳电极是不稳定的，电极表面钝化现象严重，聚合物电解质，由于它固体状态特性，降低了与电极反应活性。4、安
全性提高，聚合物电解质电池比液态电解质电池耐冲击，振动，变形。5、聚合物电解质可以加工成多样的形状。锂聚合物电池结构软包装与
“硬包装”相比的好处Hard-packing(AlorFe-can)Can-wallthickness:200~50
0umHighercost(forcan,cap&safetyvent)Lesselectrolytele
akagepossibility --ifcan-caplasersealingqualityisgood
Possibilityofexplosion --ifsafetyventdesignisnotapp
ropriateSoft-packing(LaminatedAl-foil)Foilthickness:100~150
umLowercost,lighterweight&flexibilityMoreliquidelectroly
teleakagepossibilityNoexplosionpossibility主要就是减少了成本和增加了安全性
锂离子电池的软包装材料聚合物锂离子蓄电池软包装材料是由铝箔、多种塑料及多种粘合剂（包括粘结树脂）所组成的复合
软包装材料。它的设计、制造及应用技术（简称软包装技术）是锂离子蓄电池行业要解决的三大技术难题之一。具有流动性、渗透
性、腐蚀性、溶解性的电解液是电池软包装材料设计主要考虑的问题。设计要求1、外保护层：主要是对中间层起良好的保护作用
非冷冲压成型软包装材料:只要求外层耐高温[热封温度160+/-15度]耐摩擦性。耐刺穿性和耐折性好，对中间铝层起保护作用
即可，通常首选PET作为外层。冷冲压成型软包装材料：还要求全知的伸长率，较高的抗冲击强度撕裂强度和断裂强度
。NY是最适合冷冲压成型的外层材料。2、中间层铝箔层根据目前国际上软质铝箔加工工艺和技术条件，我们认为，2
6um以上的铝箔无针孔，对氧气或其它流体（固体不存在问题）可以起到绝对的阻隔作用，即透过率认为是零。冷冲压要保证冲压
后的厚度各点都大于26um,厚度大于30um的铝箔对于提高阻隔性能没有实际意义，且会增加质量，厚度和成本内层多功能层:
内层多功能层是对锂离子蓄电池中电解液的特殊性能而设计的特殊多功能层，这些功能主要有1、耐电解液浸泡及使用时电化学反应过程中，
内层表现出良好的化学稳定性（如不被溶涨、溶解或发生化学反应而遭到破坏）2、良好的耐穿刺性能3、内膜具有耐高温（175度）热封不
短路的性能4、内层中间须能够固定，能够吸收制作过程中电芯内的水分、空气中的水分、内层材料中含有的水分，以及反应时产生的氢氟酸，使
氢氟酸不能渗透到中间不复存在铝箔上产生腐蚀5、在保证封口强度。耐穿刺性能及电绝缘性能的前提下，内层越薄，对外界和内界的阻隔性越好
，封口越宽越好。电池的组成部分---电极片电极是电池中最重要的部分，电极的好坏直接影响电池的性能。它是由活性物质和导
电骨架所组成。活性物质是指正、负极中参加成流反应的物质，是化学电源产生电能的源泉，是决定化学电源基本特性的重要部分。对活性物质的要
求是：1）?组成电池的电动势高；2）?电化学活性高，即自发进行反应的能力强；3）?重量比容量和体积比容量大；4）?在电解液
中的化学稳定性高；5）?具有高的电子导电性；6）?资源丰富，价格便宜。正极构造LiCoO2(钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+
粘合剂(PVDF)+集流体（铝箔）正极－－锂离子电池正极用材料－－锂离子电池的正极材料必须有能接纳锂离子的
位置和扩散路径。锂离子蓄电池的容量最终是由正极材料决定的。LiCoO2具有电压高，放电平稳，生产工艺简单等优点
而率先占领了市场。其理论容量为274mAh/g,实际容量为140mAh/g,因此，现在仍有一些研究工作者在从事努力提高氧化钴锂的容
量及其循环性能的工作。负极构造石墨+导电剂(乙炔黑)+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+集流体（铜箔）负极－－锂离
子电池用负极材料－－锂离子嵌入碳化合物组成通常用LixC(0372mAh/g,但多数碳材料，可逆锂离子嵌入量仅为0~0.5之间。X的大小与碳材料种类和结构、电解质组成、电极结构以及锂离子嵌入
速度等有关。负极材料虽然在电芯原材料成本中占很小的比例，但对质量获得保证的关键因素。锂离子电池的组成---电解
液?电解质电池的主要组成之一，在电池内部担负着传递正负极之间电荷的作用，所以势一些具有高离子导电性的物
质。锂离子电池的电压高达3~4V，因为水的理论分解电压是1.23V，所以只能用有机溶剂，而不能用水溶液做电解质
。锂离子电池用电解液的电导率很低，所以锂离子电池在大电流放电时，来不及从电解液中补充Li+,会发生电压下降。
电解液是由多种有机溶剂和锂盐组成，主要成分有EC（碳酸乙烯酯）、PC（碳酸丙烯酯）、DEC（二乙基碳酸脂）DME（二
甲基碳酸酯）、LiPF6(六氟磷酸锂)、LiAsF6(六氟砷酸锂)、LiCoO2(钴酸锂)电解液在锂
离子原材料组合中占了一个重要的位置，它直接影响了电压及充放电、导电功能。选择什么样的电解液一直是电池厂家十分慎重的问题。
国产电解液于2000年进入市场，但由于其稳定性及其他指数较进口材料差，所以短时间内取代进口电解液尚不可能。况且两者的价位
距离并不大，造成了现有厂家绝大部分选用进口电解液的局面。它本身的性能及其与正负极形成的界面状况很大程度上影响电池的性
能。优良的锂离子电池有机电解液应具备以下几点要求：1、?良好的化学稳定性。因为电解质长期保存在电池内部，所以必须具有稳定的化学
性质，使储藏期间电解质与活性物质界面和集流体（一般用Al和Cu）的电化学反应速率小，从而使电池的自放电容量损失减小2、?宽的
化学稳定窗口；3、?高的锂离子电导率；溶液的欧姆压降小，使电池的放电特性得以改善。对于固体电解质，则要求它只具有离子导电性，而
不具有电子导电性。4、?良好的成膜（SEI）特性；在负极材料表面形成稳定钝化膜5、?合适的温度范围（沸点-溶点）6、安
全低毒，无环境污染。SEI膜介绍SEI膜（solidelectrolyteinterface）,即固体电解质相界面，是
在锂离子电池负极表面开有的一层钝化膜，将电解液与碳材料/锂负极隔离开。一般认为，SEI膜是在锂离子蓄电池初始循环过程中形成的。在一
定电位下，在负极/电解液表面，有机溶剂分子、锂盐阴离子、杂质及添加剂发生还原分解形成不溶物质沉积在电极表面。目前关于SEI膜的形成
机理还不是很清楚。优良的SEI膜要求：1、电子传递系数te=0,电子的不良导体，有利于减少电池的自放电，提高充放电效率，避免
SEI膜变厚而引起的电池内阻增大;2．?锂离子传导系数t=1，高的锂离子电导率，低的阻抗。3．?均一的形貌和化学组成，有
利于电流的均匀分布。有足够的附着力和机械强度，组成物质溶解度低。电池的组成部分---隔膜隔膜也叫隔离物。置于电池两极之间。其
作用是防止正负极活性物质直接接触，造成电池内部短路。对于隔膜的一般要求是：1）?在电解液中具有良好的化学稳定性和一定的机械强度
，并能承受电极活性物质的氧化还原作用；2）?离子通过隔膜的能力要大，也就是说隔膜对电解质离子运动的阻力要小。这样，电池内阻就相应
减小，电池在大电流放电时的能量损耗减小；3）?应是电子的良好绝缘体，并能阻挡从电极上脱落活性物质微粒和枝晶的生长；4）?材料来
源丰富，价格低廉。常用的隔膜材料有棉纸、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维、水化纤维素、接枝膜、尼龙、石棉等。可根据化学电源不同系列的要
求而选取。对于锂离子电池隔膜：特别要求，温度升高时孔隙?“shutdown”?锂离子电池的常规性能概念介绍C倍率
(C-rate)电池的充电和放电是以C倍率进行度量的,1C的定义:如电电池容量是1000mAh,1C放电就是以1000mA放电
，0.5C放电就是以500mA放电。额定容量（GB/T18287—2000规定）：电池在环境温度为20+/-5度条件下，以5
h率放电至终止电压时所应提供的电量，用C5表示。我们一般会取0.2C放电时的放电容量作为实际放电容量。型号表示：方形锂离子电
池的型号一般用六位数表示，前两位表示电池厚度，中间二位数表示宽度，最后两位表示长度，例如383450型，表示厚度为3.8mm,宽度
为34mm,长度为50mm充电方式：先恒流充电至4.2V，后恒压充电（日本的充电模式中是恒压充电2.5小时
，国标GB/T18287是充电电流<0.01C5A时截止）倍率放电性能：因为锂离子电池用的是有机溶剂电解液，电导率一般只有铅
酸或碱性电池电解液的几百分之一。因些，锂离子电池在大电流放电时，来不及从电解液中补充Li+,会发生电压下降（IR降）低温放电性能
：温度低时，锂离子电池的放电平台有一定的降低。特别注意一点：锂聚合物电池，在低温时，聚合物电池中存在非导电的晶体相，而聚合物的
导电特性直接依赖于载流子的数目和载流子的运动。因此：锂聚合物电池的放电平台降低的更多。循环性能：锂离子电池的循环特性较好，一
般500次循环以后还可以保持80%左右的容量。高温性能锂离子电池在高温下存储容量会有衰减，这些衰减可以通过小电流充放电回复
循环性能：锂离子电池的循环特性较好，一般500次循环以后还可以保持80%左右的容量。电芯不良项目及成因1.容量低产生原因
a.附料量偏少；b.极片两面附料量相差较大；c.极片断裂；d.电解液少；e.电解液电导率低；f.正极与
负极配片未配好；g.隔膜孔隙率小；h.胶粘剂老化→附料脱落；i.卷芯超厚（未烘干或电解液未渗透）j.分容时未充满
电；k.正负极材料比容量小。2.“内阻高”产生成因a.负极片与极耳虚焊；b.正极片与极耳虚焊；c.正极耳
与盖帽虚焊；d.负极耳与壳虚焊;e.铆钉与压板接触内阻大；f.正极未加导电剂；g.电解液没有锂盐；h.电
池曾经发生短路；i.隔膜纸孔隙率小。电压低产生原因：a.副反应（电解液分解；正极有杂质；有水）；b.未化成好
（SEI膜未形成安全）；c.保护线路板漏电（加工后送回的电芯）；d.未按要求点焊（加工后的电芯）；e.毛刺；f
.微短路；g.负极产生枝晶。产生超厚的原因a.焊缝漏气;b.电解液分解;c.未烘干水分;d.盖帽
密封性差;e.壳壁太厚;f.壳太厚;g.卷芯太厚(附料太多；极片未压实；隔膜太厚)。循环寿命短成因a.未化
成好（SEI膜不完整、致密）；b.烘烤温度过高→粘合剂老化→脱料；c.负极比容量低；d.正极附料多而负极附料少；
e.盖帽漏气，焊缝漏气；f.电解液分解，电导率降低。爆炸成因a.?过充；b.隔膜闭合效应差;c.内部短
路或内部微短路（使用过程中隔膜变薄）短路a.料尘；b.装壳时装破；c.尺刮（小隔膜纸太小或未垫好）;d.卷
绕不齐；e.没包好；f.隔膜有洞;g.毛刺断路a)极耳与铆钉未焊好，或者有效焊点面积小；b)?连接片断裂（
连接片太短或与极片点焊时焊得太靠下）电芯生产各工序控制要点(一)配料：1.溶液配制：a)?PVDF(或CMC)与溶
剂NMP（或去离子水）的混合比例和称量；b)?溶液的搅拌时间、搅拌频率和次数（及溶液表面温度）；c)?溶液配制完成后,对溶液的
检验:粘度(测试)\溶解程度(目测)及搁置时间;d)?负极:SBR+CMC溶液,搅拌时间和频率。2.活性物质:a)?称量和混
合时监控混合比例、数量是否正确；b)?球磨：正负极的球磨时间；球磨桶内钢珠与混料的比例；钢球中大球与小球的比例；c)?烘烤：烘
烤温度、时间的设置；烘烤完成后冷却后测试温度。d)?活性物质与溶液的混合搅拌：搅拌方式、搅拌时间和频率。e)?过筛：过100目
（或120目）分子筛。f)?测试、检验：对浆料、混料进行以下测试：固含量、粘度、混料细度、振实密度、浆料密度。（二）拉浆
1.集流体的首检:a)?集流体规格(长宽厚)的确认;b)?集流体标准(实际)重量的确认;c)?集流体的亲(疏)水性及外观(有
无碰伤、划痕和破损)。2.敷料量（标准值、上、下限值）的计算：a)?单面敷料量（以接近此标准的极片厚度确定单面厚度）；b)?
双面敷料量（以最接近此标准的极片厚度确定双面的极片厚度。）3.浆料的确认:是否过稠(稀)\流动性好,是否有颗粒,气泡过多,是否已
干结.4.极片效果:a)?比重(片厚)的确认;b)?外观:有无划线、断带、结料（滚轮或极片背面）是否积料过厚，是否有未干透或
烤焦，有无露铜或异物颗粒；5.裁片：规格确认有无毛刺，外观检验。（三）制片（前段）：1.刮片：a)?来料规格（长宽厚）
型号、外观确认；b)?与该型号相对应的刮法（刮纸）确认；c)?刮去的掉的尺寸和刮后
极片外观（折痕、掉料、破损、浮料、未刮净、未擦净2.分片：a)?刀口规格、大片极片的规格（长宽）、外观确认；
b)?分出的小片宽度；c)?分出的小片有无毛刺、起皱、或裁斜、掉料（正）。3.分档称片：a)?称量
有无错分；b)?外观检验：尺寸超差（极片尺寸、刮后效果尺寸、掉料、折痕、破损、浮料、未刮净等）4
.烘烤:a)?烤箱温度、时间的设置；b)?放N2、抽真空的时间性效果（目测仪表）及时间间隔。5.压片：a)
?确认型号和该型号正、负极片的标准厚度；b)?最高档次极片压片后（NO.1或NO.1及NO.2）的厚度、外
观有无变形、起泡、掉料、有无粘机、压叠。c)?极片的强度检验；（四）制片后段：1.铝带、镍带的长度、
宽度、厚度的确认；2.铝带、镍带的点焊牢固性；3.胶纸必须按工艺要求的公差长度粘贴；4.极片表面不能有粉尘。(五)盖帽
1.裁连接片：测量尺寸规格、检查有无毛刺、压伤；2.清洗连接片：检查连接片是否清洗干净；3.连接片退火：检查有无用石墨粉覆盖，
烤炉温度，放入取出时间4.组装盖帽：检查各种配件是否与当日型号相符，装配是否到位；5.冲压盖帽：检查冲压高度及外观；6.全检
：对前工序员工自检检查的效果进行复核，防止不良品流入下一工序；7.折连接片：检查有无漏折、断裂、有无折到位；8.点盖帽：检查有
无漏点、虚点、点穿；9.全检：对前工序员工自检检查的效果进行复核，防止不良品流入下一工序；10.套套管：检查尺寸、套管位置；
11.烘烤：烘烤温度、时间、烘烤效果。(六)卷绕1.各型号的识别、隔膜纸、卷尺的规格、钢（铝）壳的卷绕注意事项；2.结存
极片的标识状态；3.点负极的牢固度（钢、铝壳）；铝壳正极的牢固性、负极的外观；4.绝缘垫片的放置；5.折、压合盖帽（铝壳）注
意杂物外露和铝壳外观的维护；6.定盖工位：偏移度。?注意先下拉先生产(七)焊接1.钢、铝壳电池焊接时注意沙孔；
2.焊接铝壳的调试、焊接时抽查的测试；3.检漏工位；4.打胶。?注意先下拉先生产。(八)注液1.各种型号注液量；2
.手套箱内的湿度和室内湿度；3.电池水分测试及放气和抽真空时间；4.烘烤前电池在烤箱放置注意事项；5.烘烤12小时后电池上下
层换位；6.电池注液前后的封口。(九)检测1.分容、化成参数的设置；2.化成时电解液流出员工有没有及时擦掉；3.监督生
产部新员工的操作；4.注液组下来的电芯上注液孔是否有胶纸脱落；5.各种实验电池是否明显标识区分；6.提前亮灯的点要查明原因；
7.爆炸后该点的校对；8.钢、铝壳柜的区分；9.封口时哪些型号要倒转来挤压10.封口挤压是否使铝电芯变形；11.封口后上
否及时清洗；12.夹具头是否清洁，是否有锈蚀；13.连接电脑的柜子爆炸后电压的查询，该点电压电流曲线的情况汇的；14.搁置、
老化和封口区的环境温湿度。十)包装1.型号电池更改时是否清理整条拉,防止混料;2.检出的不良品是否用红色周转盒子装，是否明
显标识；3.订单上有特别要求的是否得到员工的理解和执行；4.喷码内容是否正确，喷码方向和位置是否正确；5.压板和铆钉上是否有
胶；6.检测仪器是否在有效期内，防止失准仪器在线上使用（针对所有工位）。国内主要电芯生产厂家1比亚迪http://www
.byd.com.cn/（月产1600万）2深圳比克电池http://www.bak.com.cn/（月产900万）3
邦凯科技http://www.bkbattery.com/（月产600万）4天津力神http://www.lishen.
com.cn/（月产400万）5河南环宇（海普赛）http://www.huanyubattery.com.cn/（月产3
00万）6光宇国际http://www.coslight.com.cn/（月产200万）7澳柯玛新能源http://ww
w.aucmapower.com/（月产150万）8武汉力兴http://www.lisun.com/（月产100万）9
贵州航天电源http://www.gzapsc.com/（月产150万）10江门三捷http://www.jjjbatte
ry.com/（月产30万）我司用的国产电芯主要是BYD，还有一此致力神和光宇电芯锂离子电池的标准锂离子电池目前IEC标
准为IEC61960-2000.11。UL标准为UL1642锂电池国家标准的标准为GB/T18287-2000另外
电池常用标准也有日本工业标准JISC关于电池的标准及SANYOPANASONIC公司制定的关于电池企业标准。一
般电池行业依据的是SANYO或Panasonic的标准。电池安全---电池为什么会爆炸？通常认为爆炸是由于反应发生的热使
电池温度升高，而温度升高又促使电池反应加速，温度超过某些点时，溶剂易挥发，副反应增多。因此，溶剂蒸汽以及反应生成的气体形成很高的压
力。发生爆炸。另外，某些无机盐本身也有爆炸性（如LiClO4）,隔膜分解也是电池具有爆炸性的因素。电池过热产生的原因正常工作
时大电流和（或）差的散热条件在离子电导率的使用上冒最小的风险，提升容量时，活性物质活性过大（所以提升容量时，需要小心验证）
非正常使用时放在高温条件下外部短路时内部短路电芯生产工艺缺陷外部原因使之内部短路(挤压,针刺等)过充电液态锂
离子电池的安全问题—产生原因1、市场上需要越来越高的能量密度 --更危险的活性更高的材料被采用(更多的能量储存在里面)
--更薄的隔膜被采用(30>>16um)(发生内部短路的可能性增大)2、可燃性很强的有机电解液被采用
--更容易起火 --更容易漏液(会腐蚀电池板，使保护板失去保护作用)3、电极和电
解液间的距离较大且不够均匀 --容易生成锂枝晶，刺穿薄膜，构成内部短路。锂离子电池存在的安全问题的原因(来自M
OTO的消息)高能量密度电池里可能存在的锂金属(过放等非正常使用情况下出现)电极材料的热稳定性较差可燃性较强的有机电解液
不可逆的电解液分解 这将使电池不能保持一个固定的化学电位，（根据双电层理论，正常电池放电到一定水平后，会在一个电压点上维持相
当长的时间，（锂电池这个电压点大概是2.7V左右））Li-platingIssueofLi-ionBattery锂枝
晶的图片锂离子电池的过充（Motorola）电芯设计上的过充电保护1、电芯参数设计时：电极涂料上各参数的电芯尺寸各种材
料比例2。具有高温关断作用的隔膜。电芯设计上的过充电保护如何提高锂离子电芯安全性原料评估微分热量测定(DSC)和热量
重量分析(TGA)电芯等级分析热失控点的测定电池非正常使用情况模拟参考IEC,UL，JIS等标准Electric
al,mechanical,thermal等的滥用情况材料热量测定锂离子电芯安全实验---日本最重视的四条安全实验
日本是世界上最早生产和应用商业锂离子电池的国家，对锂离子电池的性能最为了解一、高温箱实验（heattest）试验目的：
测量出电池的温度失控点；150度内不应该有ThermalRunaway试验方法：在20度时将电池充电至
4.40V高温箱的温度以5deg.c/min的速率升至150度。实验时测量项目1、电池的最高温度？（电池不应该有Ther
malRunaway，跟随着高温箱的温度）2、是否膨胀？3、是否漏液？这是日本DECOMO（日本最大网络运营商）首要看
重的测试项目，对于电池安全性有重大意义。锂离子电芯安全实验---日本最重视的四条安全实验二、针刺实验试验目的：模拟电
芯内部短路。测试方法：充电到4.40V后用一直径2.5mm的针刺穿电芯。实验时测量项目：1、max.temp？（t
oshiba383562为117度）2、是否膨胀？（toshiba383562不产生气体）3、是否漏液？（toshib
a383562漏液）据我们从市场上了解的情况，用户手机爆炸也一般是在使用时，而不是充电时，这是由电池内部短路造成的锂离子
电芯安全实验---日本最重视的四条安全实验三、挤压实验（CrushTest）试验目的模拟电芯被重物压时的安全情况试验
方法Celliscrushbydia.10mmRod.Pressureis2.5ton电池条件：在
20度充电至4.4V实验时测量项目：1、max.temp?2、是否膨胀？3、是否漏液？由于现在电池应市场提升容量的要
求，隔膜越做越薄，有些差的隔膜是经不起这项考验的锂离子电芯安全实验---日本最重视的四条安全实验外部短路实验（Exte
rnalShortCircuitTest）试验目的：模拟电池放在包里时，被手链，项链等短路时的情况。试验方法：
在55度时，把电池正负极短路。电池条件：在-5度时充电至4.3V（不同于通常0度~45度的充电环境）实验时测试项目：1、
Max.temp2、最大电流是多少？
3、是否漏液？锂电池在零度以下进行充电,可能会导致金属锂的析出和电镀反应，这样充电后再短
路实验条件相对较残酷。锂离子电芯安全实验---过充电实验实验目的：模拟充电器，电池保护板均失效时的过充电情况，
随着目前充电器电路的慢慢成熟，过充电的标准正在降低。锂离子电芯安全实验---burnertest锂离子电芯安全实验---
-其它安全实验Hotplatetest此外，还有冲击实验，振动实验等我司在做的实验。锂离子电池保护板原
理概述1．正常状态在正常状态下电路中N1的“CO”与“DO”脚都输出高电压，两个MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进
行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，通常小于30毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。此状态下保护电路的消耗电流
为μA级，通常小于7μA。2、过充电保护电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过4.2V后继续恒流充
电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过4.3V时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。在带有保
护电路的电池中，当控制IC检测到电池电压达到4.325V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“CO”脚将由高电压转变
为零电压，使V2由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于V2管自带的体二极
管VD的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。在控制IC检测到电池电压超过4.325V至发出关断V2信号之间，还有一段
延时时间，该延时时间的长短由芯片决定，为1秒左右，以避免因干扰而造成误判断。3、过放电保护电池在对外部负载放电过程中，其电
压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏。
在电池放电过程中，当控制IC检测到电池电压低于2.5V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为
零电压，使V1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于V1自带的体二极管VD
的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此要求保护电路的消耗电流极小，此时控
制IC会进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于0.1μA。在控制IC检测到电池电压低于2.5V至发出关断V1信号之间，也有一段
延时时间，该延时时间的长短由C3决定，设为100毫秒左右，以避免因干扰而造成误判断。4、过电流保护由于锂离子电池的化学特性
，电池生产厂家规定了其放电电流最大不能过大，否则会导致电池的永久性损坏或出现安全问题。保护MOSFET的Idsmax一般为6A左
右，如果电流超过这个值，也会烧坏MOSFET。电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过串联的2个MOSFET时，由于MOSF
ET的导通阻抗，会在其两端产生一个电压，该电压值U=IRDS2,RDS为单个MOSFET导通阻抗，控制IC上的“V-”脚对该
电压值进行检测，若负载因某种原因导致异常，使回路电流增大，当回路电流大到使U>0.1V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）
时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使回路中电流为零，起到过电流保护作用。在控制
IC检测到过电流发生至发出关断V1信号之间，也有一段延时时间，该延时时间在有的芯片中是固定的，有的芯片可以缩短，通常为13毫秒左右
，以避免因干扰而造成误判断。5、短路保护电池在对负载放电过程中，若回路电流大到使U>0.9V（该值由控制IC决定，不同的I
C有不同的值）时，控制IC则判断为负载短路，其“DO”脚将迅速由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短
路保护作用。短路保护的延时时间极短，通常小于7微秒。其工作原理与过电流保护类似，只是判断方法不同，保护延时时间也不一样。6、锂
电池过充的第二级保护：温度保险丝或PTC当充电管理失效时，保护IC起作用，当保护IC也失效时，PTC或温度保险丝监控
到温度的变化，在温度失控时，及时关断充电，避免爆炸事故的发生。（温度保险丝是一次性的，PTC可自恢复，但是这时电池一般也已经膨胀，
无再利用价值，自恢复功能意义不是很大）电流fuse不能感觉到温度的变化，不能起到第二级保护的作用。快动作
的FUSE还有可能在某些浪涌电流下误动作，使电池失去作用。因为充电管理芯片和电池保护IC同时失
效的可能性很小很小（ppmppm)所以国内包括moto在内的厂家都开始在取消二极保护。典型的电池保护板的参数
1. overchargeprotection: 4.28±0.025V2. overchargeprotec
tionrelease: 3.98±0.05V3. overchargeprotectiondelaytime:
0.5~1.5Sec4. overdischargeprotection: 2.3±0.058V5. over
dischargeprotectionrelease: 3.10±0.078V6. overdischargepr
otectiondelaytime 5~13msec7. overcurrentprotection: 2.0~
4.0A8. overcurrentprotectiondelaytime: 8~20msec9. short
protectiondelaytime: 5~50usec10.consumptioncurrent(normal
operation): <6.0uA11.consumptioncurrent(sleepmode): <2.0uA
我司常用的保护IC：精工：S-8261-G2JS-8261-G2NS-8241-GAAS-
8241-GAC理光：R5426-110FA等保护IC的其它功能0V电池禁充功能（实际上是电芯电压小于1.8V
（MOSFET的启动电压），就不能再充电了）电池过放电到过放电保护点以下，是有缺陷的电池，再用可能会引起危险有这种功能芯片的I
C有精工S-8261-G2J等（芯片上的字是G2J）现在大部分芯片支持0V电池充电短路保护自恢复功能，大部分芯片有
短路保护自恢复功能；有的芯片没有这项功能，就要再充一下电才能恢复使用。（现在这种芯片很少）电池PACK结构设计时注意事项-
-SANYO电池PACk制作注意事项一、不要直接在电芯上焊接以免损伤电芯先点焊出来以后再焊接，
像BYD的电芯的正极，点焊出来的镍带越来越短，要注意焊接的温度不能过过，时间不能太长。最好用点焊焊在保
护板上。二、尽量避免使用超声焊，最好使用胶水粘接以免压力损伤电芯。三、电池内部结构应合理，电芯TAB端在用户使用时没有
应力电池内部任何元件都不能受挤压（拆开看看电池里壳与面壳有没有被挤压的痕迹）售后电池常见电池故障分析电芯自放电大膨胀
漏液、电芯电压为0V，这种电池是由于电芯自放电大造成的。漏液严重时会腐蚀保护板，使保护板失去保护作用，增加发生过充电爆炸的
机会。过放电会增加生成锂枝晶的机会，严重时导致电池发生内部短路（严重时使用户在使用手机时发生爆炸）自放电严重的电池，有可能没有
卖到用户手中，就不能开机了，增加“不开机”故障。所以自放电大的电池安全性同比很差，我们一定要控制供应商让此种电芯进入我司
。现用最常用的方法是储存实验：如电芯储存一个月电压下降超过0.02V的电芯不能使用（motorola的参考方法
）零库存的概念个人认为不适用于电池与电芯。关于fuse的问题Fu
se断掉这个初步分析有以下三种原因1、电池厂家加工fuse时的温度没有按规格书进行控制，使fuse老化，经电流冲击
容易坏。（生产厂家工艺原因）2、电池外部短路时，在电池过流保护延迟时间里，把fuse烧断。（结构设计和电路设计共同原
因造成）3、电网中的雷击等浪涌电流使fuse误动作（fuse只能在大电流情况下起作用，无论什么情况）。fuse
实际作用不大，后续考虑逐渐去掉它的使用Fuse断的电池一般测电池内阻都有几M，而一般过放保护输出0V的机子电池内
阻一般在300k左右。一些异常现象及解释电芯电压正常，电池膨胀:可能是电解液分解造成的，具体
原因未明。SAGEM一些机器的不充电原因：1、因为0度以下低温对电池充电有害，有些sagem机器设定0度以下禁止充电
，这个问题在北方冬天用户反应比较强烈。2、因为自放电大的电池有害，有些电源管理设定的2.9V左右以下禁止充电，所以2.9
V左右以下电池充不进电（经过试验验证，sagem的机器大约在3.2V左右就已经关闭充电回路，这个不太正常）。
Sagem平台电池需测试的项目1.结构配合方面2.电性能方面（主要指1C，0.2C，GSM放电曲线）3.ESD试验4.
Radio试验5.实验室常规试验sagem平台的电池必须经过这5项试验后方可判定其是否合格，是否可以供我们使用。
单采用PTC或温度保险丝作保护，做过充实验时没有出现爆炸单采用fuse做保护，做过充实验时出现爆炸终端应该是不容易被项链，发卡
等短路的方案应该预留测试点，使电池做好后还能再检测保护线路负极不能与电池侧边切边接触到（SANYO特殊要求）、电芯结构应坚密
，以保证静电和水不容易进去三洋要求使用胶水粘接，如果超声焊，三洋不承担任何责任。如果使用超声焊，要求检查焊后的电芯的性能，以确保
性能和可靠性点焊焊接自放电大过放电膨胀、漏液长期不用时发生副反应，内部压力加大电芯里的热量因为各种原因集结产
生了更多的热量加快/激活了更多的反应压力和温度急速上升ThermalRunaway“Shutdown”Benign
failure锂离子电池organic oxidized&electrolyte
reducedproductsDecompositiononset~4to5Vperc
ell不可逆的!NiCd,NiMHH20 H2+O2CellVoltagelimited
to??1.5V可逆的!液态锂离子电池(锂枝晶析出)(可能会引起内部短路)聚合物电池(界面较平)Li-p
latingIIVIIIIIRegionI:overdischargeBenignfailureRegion
II: normaloperationRegionIII:celldegradationLiplatingb
eginsElectrolytedecompositionExcessivedelithiationofcathode
RegionIV:riskofthermalrunawayCompletedelithiationofcat
hodeImpedance/voltage/heatingincreases高温时内阻增大 电流减小，温度降低ano
de/cathodeanode/cathodeoverchargePressuredrivendiskCellcon
tactPressurebuild-uptriggersCID.Gasgeneratingadditivesoft
enused.Li2CO3--->CO2Electrodetab501001502002503003504000.00.51.01.52.02.5Heat=827J/gTemp.(°C)501001502002503003504000.00.51.01.52.02.5Heat=407J/g215°CHeatFlow(W/g)Temp.(°C)DSCdataonsamplesobtainedfromcommercialLi-ioncell100%charged,OCV=4.15VMinorheatgenerationfromnegativeelectrodeabove100oCMajorheatgenerationinitiated~160oC(LiCoO2)Totalheatgenerated:combinationofcathodeandanodepositiveelectrode(anode)Negativeelectrode(cathode)114°C264°C307°C50100150200250300350400012345TRA-OnsetN-ElectrodeReactionP-ElectrodeDecompositionHeat=931J/g366J/g275°C224°C368J/gHeatFlow(W/g)Temp.(°C)NE/separator/PEcombined020040060080010001200140016001800200050100150200250300ThermalRunawaySafetyRiskSafeTemp.(°C)Time(min)OCV=4.18VSelf-heatingonset123CThermalrunawayonset167CVoltage/VQualityLi-polymerBatterySafetyZoneCurrent/AACompanyLIB--FireA&BCompanyLIB--FireBCompanyLPB--FireCCompanyLPB--FireUL-1642OldStd(12V)UL-1642NewStd(5V)电池基础知识电池基础知识波导研究院2004.06由于电池中不存在游离电解质，电池结构大大简化高温充放电会影响电池的循环性能，且会使电池有微量膨胀电池一般推荐在0-40度范围内工作 |
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