锂电池材料介绍

锂电池负极材料大体分为以下几种：

第一种是碳负极材料：　

目前已经实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。

第二种是锡基负极材料：

锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。目前没有商业化产品。

第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，目前也没有商业化产品。

第四种是合金类负极材料：

包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金 ，目前也没有商业化产品。

第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。

第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的充放电量和充放电次数。

技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着我国锂电池材料市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解锂电池材料生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。

导电涂层

导电涂层也称为预涂层，在锂电池行业内通常指涂覆于正极集流体——铝箔表面的一层导电涂层，涂覆导电涂层的铝箔称为预涂层铝箔或简称涂层铝箔，其最早在电池中的实验可以追溯到70年代，而近几年随着新能源行业，特别是磷酸铁锂电池的发展而风生水起，成为业内大受欢迎的新技术或新材料。

性能

导电涂层在锂电池中能够有效提高极片附着力，减少粘结剂的使用量，同时对于电池的电性能也有显著提升。

1. 接触电阻下降40%

2. 胶黏剂用量降低50%

3. 同倍率下，电池电压平台提升20%

4. 材料与集流体附着力提高30%，经过长期循环不会有脱层现象

锂电池涂碳铝箔使用说明

一、材质说明

涂碳铝箔是由导电碳为主的复合型浆料与高纯度的电子铝箔，以转移式涂覆工艺制成。

二、应用范围

Ø细颗粒活性物质的功率型锂电池

Ø正极为磷酸亚铁锂

Ø正极为细颗粒的三元/锰酸锂

Ø用于超级电容器、锂一次电池（锂亚、锂锰、锂铁、扣式等）替代蚀刻铝箔

三、对电池/电容的性能作用

Ø抑制电池极化，减少热效应，提高倍率性能；

Ø降低电池内阻，并明显降低了循环过程的动态内阻增幅；

Ø提高一致性，增加电池的循环寿命；

Ø提高活性物质与集流体的粘附力，降低极片制造成本；

Ø保护集流体不被电解液腐蚀；

Ø提高磷酸铁锂电池的高、低温性能，改善磷酸铁锂、钛酸锂材料的加工性能。

四、建议参数

对应涂覆的活性物质D50最好不大于4~5μm，压实密度不大于2.25g/cm，比表面积在13~18㎡/g范围内。

五、使用中的注意事项

1.存储要求：在温度为25±5℃、湿度为不超过50%的环境中，运输时须避免空气和水蒸气对铝箔的侵蚀；

2.本产品分为A、B两款，各自的关键特性为：A款外观为黑色，常规涂层厚度为双面4~8μm，导电性能较更为突出；B款外观为淡灰色，常规涂层厚度为双面2~3μm，涂层区可做较少层的焊接，并可以涂布机识别跳间隙；

3.B款（灰色）涂碳铝箔可以在涂层区直接做超声焊，只适合卷绕式电池焊接极耳（极片最多2-3层），但超声的功率、时间需做一些微调；

4.碳层的散热性要比铝箔差些，故做涂布时需对带速与烘烤温度适当微调；

5.本产品对锂电池与电容的综合性能有较可观的提升，但不可作为改变电池某方面性能的主要因素，如电池能量密度、高低温性能、高电压等等。

电池外壳特征

一、锂电池外壳特性

锂，原子序数3，原子量6.941，是最轻的碱金属元素。为了提升安全性及电压，科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构，形成了纳米等级的细小储存格子，可用来储存锂原子。这样一来，即使是电池外壳破裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了这些细小的储存格，使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。

锂离子电池的这种原理，使得 人们在获得它高容量密度的同时，也达到安全的目的。 锂离子电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去，进入负 极的储存格，并获得一个电子，还原为锂原子。放电时，整个程序倒过来。为了防止电池的正负极直接碰触 而短路，电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸，来防止短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时， 自动关闭细孔，让锂离子无法穿越，以自废武功，防止危险发生。

保护措施

锂电池芯过充到电压高于 4.2V 后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压 高于 4.2V 后， 正极材料内剩下的锂原子数量不到一半， 此时储存格常会垮掉， 让电池容量产生永久性的下降。 如果继续充电，由于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。这些锂原子会 由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸，使正负极短路。有时在短路 发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破 裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限， 才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为 4.2V。 锂电芯放电时也要有电压下限。 当电芯电压低于 2.4V 时， 部分材料会开始被破坏。 又由于电池会自放电， 放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到 2.4V 才停止。锂电池从 3.0V 放电到 2.4V 这段期间，所释放 的能量只占电池容量的 3%左右。因此，3.0V 是一个理想的放电截止电压。 充放电时，除了电压的限制，电流的限制也有其必要。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集 于材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成危险性。万一 电池外壳破裂，就会爆炸。 因此，对锂离子电池的保护，至少要包含：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电 池组内，除了锂电池芯外，都会有一片保护板，这片保护板主要就是提供这三项保护。但是，保护板的这三 项保护显然是不够的，全球锂电池爆炸事件还是频传。要确保电池系统的安全性，必须对电池爆炸的原因， 进行更仔细的分析。

二、爆炸的原因分析

1、内部极化较大

2、极片吸水,与电解液发生反应气鼓

3、电解液本身的质量,性能问题

4、注液时候注液量达不到工艺要求

5、装配制程中激光焊焊接密封性能差,漏气，测漏气时漏测

6、粉尘,极片粉尘首先易导致微短路

7、正负极片较工艺范围偏厚,入壳难

8、注液封口问题,钢珠密封性能不好导致气鼓

9、壳体来料存在壳壁偏厚,壳体变形影响厚度.

三、爆炸类型分析

爆炸类型分析 电池芯爆炸的类形可归纳为外部短路、内部短路、及过充三种。此处的外部系指电芯的外部，包含了电 池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。 当电芯外部发生短路，电子组件又未能切断回路时，电芯内部会产生高热，造成部分电解液汽化，将电 池外壳撑大。当电池内部温度高到 135 摄氏度时，质量好的隔膜纸，会将细孔关闭，电化学反应终止或近乎 终止，电流骤降，温度也慢慢下降，进而避免了爆炸发生。但是，细孔关闭率太差，或是细孔根本不会关闭 的隔膜纸，会让电池温度继续升高，更多的电解液汽化，最后将电池外壳撑破，甚至将电池温度提高到使材 料燃烧并爆炸。

内部短路主要是因为铜箔与铝箔的毛刺穿破隔膜，或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所造成。这些细小 的针状金属，会造成微短路。由于，针很细有一定的电阻值，因此，电流不见得会很大。铜铝箔毛刺系在生 产过程造成，可观察到的现象是电池漏电太快，多数可被电芯厂或是组装厂筛检出来。而且，由于毛刺细小， 有时会被烧断，使得电池又恢复正常。因此，因毛刺微短路引发爆炸的机率不高。 这样的说法，可以从各电芯厂内部都常有充电后不久，电压就偏低的不良电池，但是却鲜少发生爆炸事 件，得到统计上的支持。因此，内部短路引发的爆炸，主要还是因为过充造成的。

因为，过充后极片上到处 都是针状锂金属结晶，刺穿点到处都是，到处都在发生微短路。因此，电池温度会逐渐升高，最后高温将电 解液气体。这种情形，不论是温度过高使材料燃烧爆炸，还是外壳先被撑破，使空气进去与锂金属发生激烈 氧化，都是爆炸收场。 但是过充引发内部短路造成的这种爆炸，并不一定发生在充电的当时。有可能电池温度还未高到让材料 燃烧、产生的气体也未足以撑破电池外壳时，消费者就终止充电，带手机出门。这时众多的微短路所产生的 热，慢慢的将电池温度提高，经过一段时间后，才发生爆炸。消费者共同的描述都是拿起手机时发现手机很 烫，扔掉后就爆炸。 综合以上爆炸的类型，我们可以将防爆重点放在 过充的防止、外部短路的防止、及提升电芯安全性三方 防爆重点放在 面。其中过充防止及外部短路防止属于电子防护，与电池系统设计及电池组装有较大关系。电芯安全性提升 之重点为化学与机械防护，与电池芯制造厂有较大关系。