锂电池50个问题

定义篇：1、 什么是锂离子电池？答： 锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池， 正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。 充电时， Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极， 负极处于富锂态， 正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负极的电荷平衡。放电时则相反， Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态。在正常充放电的情况下， 锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出， 一般只引起层面间距变化， 不破坏晶体结构， 在充放电过程中， 负极材料的化学结构基本不变。 因此， 从充放电反应的可逆性看， 锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。 所以二次锂离子电池被形象地称为 “ 摇椅式电池 ” 。2、 锂离子电池的分类？答：根据电解质分，聚合物和液态锂电池；根据形状分，方形、圆柱、软包；根据正极材料分，钴酸锂电池、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、镍酸锂电池和三元材料电池。3、 锂离子电池由那些部分构成？答：锂离子电池的主要组成部分包括外壳、正极、负极、电解液和隔膜等。电池的正极由约 90%的正极活性物质 （嵌锂过渡金属氧化物， 如 LiCoO2等） 、 约 7%～ 8%的乙炔黑导电剂和约 3%～ 4%的有机粘合剂均匀混合后，涂布于厚约 20 μ m 的铝箔集流体上； 电池的负极活性物质由约 90%的负极活性物质炭素材料、 4%～ 5%的乙炔黑导电剂、 6%～ 7%的粘合剂均匀混合后， 涂布于厚约 20 μ m 的铜箔集流体上。 正负极的厚度约 0.18～ 0.2mm, 中间用约 10 μ m 的聚乙烯膜或聚丙烯膜隔开， 并充以 1mol/L 的 LiPF6 的有机碳酸脂电解液。4、锂离子电池的优势有哪些？答： （ 1）电压高：所标志的开路电压通常为 3.6V，而镍氢和镍镉电池的开路电压为 1.2V；（ 2）容量大：能量高、储存能量密度大，是锂电池的核心价值所在，以同样输出功率而言，锂离子电池的重量不但比镍氢电池轻一半，体积也小 20%；（ 3） 自放电率低： 锂锂离子电池的漏电量极少， 即使随意放置 1~2 周后再拿出来用时，一样能发挥电力、照常工作；锂离子电池的自放电率低，小于 5%/月，远低于镍镉电池的20%和镍氢电池的 30%；（ 4） 锂离子电池没有 “ 记忆效应 ” ，锂离子电池可以在未完全放电的条件下充电而不会降低其容量。5、 正极材料的主要指标有哪些？答：理论 /实际比容量（ mAh/g ） 、充放电寿命（次） 、 压实 / 振实密度（ g/cm3 ） 、 工作温度 (℃ )与稳定性、 粒度 D50、 表面积、首次放电容量 。6、 什么压实密度？（适用于正负极材料）答：在锂离子电池设计过程中，压实密度 =面密度 /(极片碾压后的厚度—集流体厚度 ) ，单位： g/cm 3。要提高压实，就减少低密度物质的含量，比如碳。7、 什么是振实密度？（适用于正负极材料）答：在规定条件下容器中的粉末经振实后所测得的单位容积的质量，单位： g/cm 3。振实密度越大，同样体积下电池里装的物质越多，比能量就越大。8、什么是粒度 D50？答：是指 50%的颗粒的分布直径，其中 50 是指 50%。9、什么是比表面积答：比表面积是指单位质量物料所具有的总面积。10、目前正极材料主要批量生产有哪些，他们的优劣势是什么？答： 主要的正极材料有钴酸锂、三元、锰酸锂和磷酸铁锂；其他还有富锂锰基、镍酸锂等；他们的性能比较如下：四种正极材料性能综合比较钴酸锂 三元材料 锰酸锂 磷酸铁锂理 论 比 容 量(mAh/g)274 278 148 170 实 际 比 容 量(mAh/g)140-160 150－ 160 100-120 130-150 充放电寿命 (次 ) >300 >800 >500 >2000 质 量 密 度（ g/cm 3）5.0 4.4~4.6 4.2 3.6 工 作温 度 (℃ ) 与稳定性-20 至 55 度 (之外衰退严重 ) -20 至 55 度，热稳定较好-20 至 50 度，超过50 度快速衰减-20 至 75 度（最高可达 300 度， -20 度无法工作）原材料资源 贫乏 较贫乏 丰富 丰富原材料成本 高 中 低 低安全性 较差、 保护电路设计复杂一般 好 好环保性 差 一般 好 好工作电压 /V 3.7 3.6 3.8 3.2 电池综合性能 好 较好 一般 较好11、负极材料的种类？答：主要种类：石墨化中间相碳微球（ MCMB ） 、人造石墨、改性天然石墨三种。其他的还包括硅基材料、锡基材料等。12、负极材料的制作及性能指标？答：锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。粒度 D50、水分、固定碳、比表面积、首次放电容量。13、电解液的主要组成？答：常用的锂离子电池电解液，一般是有有机溶剂和电解质（锂盐）组成。锂离子电池对溶剂的要求有安全性、 氧化稳定性、 与负极的相容性、 导电性等， 总体要求溶剂具有较高的介电常数、较低的粘度等特征。锂离子电池一般采用极性非质子溶剂， 现阶段广泛应用的为碳酸酯系列 （包括环状碳酸酯如 EC 和 PC 和链状碳酸酯如 DMC、 EMC） 。通常电解液溶剂为混合溶剂，碳酸乙烯酯（ EC） 凭借优良的成膜作用， 成为绝大多数电解液的主成分， 目前锂电池使用的主要溶剂为EC 为基础的二元或者三元混合溶剂，如 EC+DMC, EC+DEC, EC+DMC+EMC 等。电解质是锂电电解液必不可少的组成部分，目前电解质有高氯酸锂（ LiClO4） 、六氟磷酸锂 （ LiPF6） 、 四氟硼酸锂 （ LIBF4） 等， 其中六氟磷酸锂具有良好的导电性和电化学稳定性，是目前主流的电解质。但六氟磷酸锂也存在两个缺陷：第一、热稳定性不佳；第二、对水分和氢氟酸（ HF）敏感，容易发生分解反应。 虽然人们在努力寻找新的电解质，以期达到导电性、热稳定以及抗水性的较好结合，但目前为止仍未找到完全替代六氟磷酸锂的电解质。14、电解液的分类？答：根据应用领域不一样，电解液可以分为普通型、高温型、低温型、倍率型电解液和动力型等等； 根据电解质不同分为液体和固体两种类型。 行业比较通用的是根据电解质来分，我国目前使用的绝大部分是液体电解液。15、电解液的评价指标？答： 水分含量 （ PPM） 、 酸度含量 （ PPM） 、 密度 （ g/ml ） 、 电导率 （ ms/cm ） 、 浓度 （ mol/L ） 。16、隔膜的主要作用？答：隔膜的主要作用是隔离正负极，从而避免出现短路现象，同时，隔膜也是离子快速交换的通道，以便电池内形成循环回路。隔膜必须是良好的绝缘体，并且能使离子通过固有的离子通道，或者浸渍电解液从而疏通离子。隔膜应该降低任何影响电池电化学能量效率的过程发生的概率。17、隔膜的主要分类？答：多微孔薄膜、无纺布、离子交换膜、支撑液膜。离子交换薄膜 通常是由孔径小于 20? 的聚合物材料制成的。离子在这种薄膜中的传输性质因离子种类和聚合物的分子结构不同而异。这种相互作用是由于隔膜中离子交换组的出现，这样就允许隔膜通过荷质比来区别渗透和离子交换。支撑液膜 由坚实的固体基膜和液相组成，通过毛细管作用力来维持其微孔结构。18、隔膜的各项基本性能？答：隔膜的各项基本性能，如厚度、透气性、孔隙率、熔点和离子电阻率。几种商业微孔隔膜的主要性能 . 隔膜 /性能 Celgard2730 Celgard2400 Celgard2320 Celgard2325 Asahi Hipore Tonen Setela 结构 单层 单层 多层 多层 单层 单层组成 PE PP PP/PE/PP PP/PE/PP PE PE 厚度（ um） 20 25 20 25 25 25 透气性（ s） 22 24 20 23 21 26离子电阻率 2.23 2.55 1.36 1.85 2.66 2.56 孔隙率（ %） 43 40 42 42 40 41熔点（℃） 135 165 135/165 135/165 138 137产业链篇：19、锂电池的产业链全景图是什么？答：锂电池产业由材料、电芯、 PACK以及相关装备等组成。20、 2012 年四大关键材料的前 5 名企业分别是？种类 企业产量排名（由左到右依次排名）正极材料 天津巴莫、湖南瑞翔、当升科技、湖南杉杉户田、北大先行负极材料 贝特瑞、上海杉杉、深圳斯诺、青岛大华、江西正拓电解液 国泰华荣、新宙邦、东莞杉杉、天津金牛、广州天赐隔膜 格瑞恩、星源、金辉、南通天丰、东航21、锂电池制造设备包括什么及相关企业？答：锂电池制造设备包括搅拌，涂布，辊压，裁片，分条，焊接极耳，卷绕，封装，烘烤，注液，化成，成型，分容检测等产品。涉及企业红运、科锐、浩能、嘉拓、赢合、杭州、广州擎天等。价值比较大的生产设备是涂布、辊压。22、电芯包括什么及典型企业？答： 锂电芯按形状分为圆柱、 软包、 方形电池； 按电解质分为凝胶、 固体和液态锂电池；按正极材料分为钴酸锂电池、磷酸铁锂电池等。国内普遍用形状来区分企业。圆柱企业包括：比克、力神、比亚迪、华粤宝、创明、中能、弘强、卓能、得朗能、中道；软包企业包括： ATL、力神、珠海光宇、美拜电子、松鼎、金色能源；方形电池：比亚迪、比克、天贸、邦凯、华明、慧通天下等。23、 PACK产业包括什么及典型企业？答： PACK包括前加工（镍带点焊、贴绝缘纸、正负极加锡、导线焊接） 、组装（ PCB加锡、扣 PCB板、压焊、底壳贴胶、端子焊接等） 、包装（喷码、抹机） 。国内 PACK厂：飞毛腿、德赛电池、欣旺达、品胜、深圳睿德、亚力通，超力通。台湾：新普（ 2012 年 25.1 个亿） 、顺达科技（ 2012 年收入 58.8 个亿） ，市场篇：24、 2012 年锂电池市场总体市场规模？答： 2012 年锂电池产量为 35.5 亿自然只 （折合成 18650 的规格统计） 同比增长 19.5%；市场规模为 640 亿元，同比增长 14.3%，其中三星、索尼、松下、 ATL、 A123、威能等外资企业的销售收入 230 亿元，占比达 36%；港资、台资、内资企业的销售收入仅为410 亿元（含新普、顺达科技等在内地的 PACK） 。25、 2012 年锂电池区域分布情况？答： 2011 年广东省占全国锂电池总产量的 47.11 %，而 2012 年仅为 34.91%； ATL产能转移增加福建省产量份额 7.1%；江西省由于福斯特、优特利等一批大中型锂电池企业产能的转移，增加 0.5%，广西省承接了佛山精进能源的产能转移增加 0.8%。26、 2012 年锂电池的下游应用情况是怎样？答：手机 230 亿元、笔记本 185 亿元，数码电池 75 亿元，平板电脑 32 亿元，电动工具 20 亿元，电动汽车 20 亿元、电动自行车 13 亿元，其他 65 亿元。27、 2012 年电池材料的市场规模分别为？答：正极材料 56 亿元、负极材料 19 亿元、电解液 16.5 亿元、隔膜 10.80 亿元，其他电池材料 23 亿元。28、 2012 年国内锂电池规划投资情况？答：29、 2012 年国内锂电池实际投资情况？答：技术篇：30、什么是掺杂和表面改性？答： 掺杂 是指将一种或多种金属、 非金属元素掺入正极材料之中， 通过掺杂元素所特有的诸如离子半径， 电催化效应等性质， 以及其相互间的协同作用， 使正极材料的晶体结构更为稳定，电性能得到改善。掺杂大致分为 2 种类型：促进 Li+扩散型掺杂和结构稳定型掺杂。表面改性 （包覆）是指通过化学方法在正极材料晶体表面覆盖一层薄膜，如“ Li2O 一2B2O3 膜、 siO2 膜、 MgO 膜或 LiCoO2 膜等，这些薄膜不但 Li+具有良好的传导性能，而且与电解液不发生反应， 从而避免了正极材料与电解液之间相互作用而导致的不良氧化一还原反应所引起的诸如容量损失、 结构改变等不利现象的出现， 在一定程度上增强了正极材料的化学稳定性。掺杂和表面改性在正负极材料生产过程中使用较多。31、极片定长分段和双面叠合涂布技术？答： 锂离子电池极片是分段涂布， 生产不同型号锂离子电池， 所需要的每段极片长度也是不同的。 如果采用连续涂布， 再进行定长分切生产极片， 在组装电池时需要在每段极片一端刮除浆料涂层， 露出金属箔片。 用连续涂布定长分切的工艺路线， 效率低， 不能满足最终进行规模生产的需要。因此我们考虑采用定长分段涂布方法， 在涂布时按电池规格需要的涂布及空白长度进行分段涂布。 采用单纯的机械装置很难实现不同电池规格所需要长度分段涂布。 我们在涂布头的设计中采用计算机技术， 将极片涂布头设计成光、 机、 电一体化智能化控制的涂布装置。 涂布前将操作参数用键盘输入计算机， 在涂布过程中由计算机控制， 自动进行定长分段和双面叠合涂布。 因此涂布机可以任意设定涂布和空白长度进行分段涂布， 能满足各种型号锂离子电池极片涂布的需要。32、什么原因造成锂离子电芯在制造和使用过程中往往会有肿胀现象？答： （ 1）锂离子嵌入带来的厚度变化 . 电芯充电时锂离子从正极脱出嵌入负极， 引起负极层间距增大， 而出现膨胀， 一般而言，电芯越厚，其膨胀量越大。（ 2）工艺控制不力引起的膨胀 . 在制造过程中，如浆料分散、 C/A 比离散性、温度控制都会直接影响电芯电芯的膨胀程度。 特别是水， 因为充电形成的高活性锂碳化合物对水非常敏感， 从而发生激烈的化学反应。反应产生的气体造成电芯内压升高，增加了电芯的膨胀行为。33、过充过放对锂电池的危害？答：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。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。34、电池容量越高越好吗？答： 实际情况可能是容量高的是因为电极材料中多了增加初始容量的东西， 而减少了电极稳定用的东西， 其结果就是循环使用几十次以后， 容量高的电池迅速容量衰竭， 而容量低的电池却依然坚挺。 许多国内的电芯厂家往往以这个方式来获得高容量的电池。 而用户使用半年以后待机时间却是差得一塌糊涂。35、什么是电极与电解液界面反应？答：正极材料 LiCoO2 在常规电解液中高温条件下的存在不稳定性，这极大地限制了其在大容量电池中的应用。正极材料的电化学性能强烈地取决于电解液中的表面化学以及表面膜的形成。 与负极相似， 许多锂离子电池的正极材料可以认为是 SEI电极。 LixMOy 与含有碳酸酯溶剂和锂盐的电解液之间存在许多反应，包括 LixMOy 与痕量 HF 之间发生的不可逆的酸碱反应，过度金属氧化物中的 O2-对具有亲电子性质的溶剂分子发起的亲核攻击反应， 在电极表面发生的环状烷基碳酸酯聚合形成聚碳酸酯的聚合反应， 以及与电解液组成间发生的氧化还原反应，过渡金属离子向电解液中的溶出反应。企业篇：36、国内典型锂电池相关上市企业？答：金属矿产资源：赣锋锂业（ 002460） ，天齐锂业（ 002466） ，西藏矿业（ 000762 ） ；正极材料：当升科技（ 300073） ，中信国安（ 000839） ，厦门钨业（ 600549） ，江特电机（ 002176） ； 负极材料： 中国宝安 （ 000009） ， 杉杉股份 （ 600884） ； 电解液： 新宙邦 （ 300037） ，多氟多 （ 002407） ， 江苏国泰 （ 002091） ， 九九久 （ 002411） ； 隔膜： 佛塑科技 （ 000973 ） ；电芯制造和 PACK组装：比亚迪（ 002594） ，南都电源（ 300068） ，广州国光 （ 002045） ，德赛电池（ 000049 ） ，欣旺达（ 300207 ） 。已经在证监会报材料的企业：青岛乾运、广州天赐、广州鹏辉。37、国外主要锂电池企业？答： 三星 SDI、 松下、 LG、 索尼、 SK能源、 NEC、 英耐时 （ Enax） 、 GS 汤浅、 东芝 （ Toshiba） 。38、国内前 5 名电芯生产企业分别是？答：东莞新能源（ ATL） 、天津力神、深圳比亚迪、深圳比克、哈尔滨光宇。39、东莞新能源科技有限公司（ ATL）简介？答： 成立于 1999 年 10 月， 主要业务是软包锂电池 TDK20005年 1000 万美金全资收购，公司开始做苹果的 MP3， MP4，一个电池可以听歌 8 个小时。2012 年销售 80 亿人民币，苹果的占了 60%，苹果给三星的那块也要转给公司做，估计占比可以达到 70%。毛利率 30%以上， 1.7 美元，三星都做到 1.3 美元； 48V12AH1200元，储能 300 美金 /KWH。公司 CEO曾毓群，福建宁德人， 1989 年，他从上海交大船舶工程系毕业，却进入电子厂工作， 2000 年进入 ATL工作，中科院博士。40、天津力神电池股份有限公司简介？答：天津力神创立于 1997 年，依托于天津十八所建立起来的国有大型锂电池企业。注册资本为 12.5 亿元，股权结构为：公司 2012 年的销售收入 40 亿元，其中 50%由苹果提供，毛利率在 15%左右。公司 CEO秦兴才， 46 岁，历任中国电子科技集团第十八研究所团委书记、物资处处长、所长助理、 副所长、 常务副所长等职务。 现任天津力神电池股份有限公司总裁， 兼任天津市中国科协七大代表、 天津市科学技术协会常委、 青年企业家协会常务委员、 中国化学和物理电源协会理事、 《天津经济》和《天津科技》社务委员会委员、手机电池本地化推进委员会主任、 第一届决策咨询委员会委员等社会职务， 曾获得 “天津市优秀企业家”荣誉称号。41、深圳比亚迪简介？答： 公司主要从事二次充电电池业务、 手机部件及组件业务， 以及包括汽车业务。 其中，二次电池与手机业务的主要客户包括诺基亚、三星、摩托罗拉等。公司 2012 年营业收入 20 亿元。42、深圳比克简介？答：中国比克电池股份公司成立于 2001 年 8 月，美国纳斯达克上市公司（股票代码为CBAK ） ，注册资本 8700 万美元。公司 2012 年营业收入 15 亿元。43、哈尔滨光宇简介？答：哈尔滨光宇电源股份有限公司成立于 1998 年，员工总数 2680 人，其中技术人员208 人，管理人员 96 人，母公司在香港上市（交易代码： 01043） 。公司 2012 年营业收入 10 亿元。产品篇：44、什么是方形锂电池？答：方形锂电池锂电池是指形状固定的正方体锂电池，一般外包材料分：铝壳、钢壳、塑壳。45、什么是圆柱电池？答： 一般是指 18650、 26650、 32650 等形状的电池， 一般是由三元材料作为正极材料。46、什么是软包电池？答：软包电池是聚合物电池的另一种叫法，形状可以多变，一般包装材料为铝塑膜。47、什么是三元材料？答：三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料 ,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，现在市场主要品种是 532（镍占 50%、钴 30%、锰 20%）份额80%，其次是 111 占 15%， 541 占 5%。48、什么是中间相碳微球？答： 沥青类化合物热处理时， 发生热缩聚反应生成具有各向异性的中间相小球体， 把中间 相 小 球 从 沥 青 母 体 中 分 离 出 来 形 成 的 微 米 级 球 形 碳 材 料 就 称 为 中 间 相 炭 微 球(Mesocarbon microbeads, 简称 MCMB) 49、什么是陶瓷隔膜？答： 要么在表面具有陶瓷层， 要么将陶瓷粉末分散于高分子材料中， 从中陶瓷起的主要作用是防止电极间的空间塌陷，从而避免热失控情况下的内部短路。50、什么是富锂锰基正极材料？答： xLi[Li1/3Mn 2/3]O2· (1-x)LiMO2(M=Ni 、 Co、 Mn) 是由层状化合物 Li[Li1/3 Mn 2 /3]O2(即 Li2MnO3)和 LiMO2 组成的固溶体正极材料。 具有热稳定性能好、 比容量高、 充放电压宽等优良的电化学性能以及成本低、环境友好的综合性优势。目前的笔记本电池使用电芯串并联组成，市面上常用的有 4、 6、 9 芯电池。4 芯＝ 2 串 2 并6 芯＝ 3 串 2 并9 芯＝ 3 串 3 并一个电芯的电压（单位：伏）＝ 3.6V 或 3.7V 一个电芯的电量（单位：安时）＝ 1.8/2.0/2.2/2.4/2.6/2.8AH 主流笔记本多采用 3 串 2 并的 6 芯电池。我们假设电芯电压 U=3.7V;电芯电量＝ 2.4AH(安时 ) 由于 3 串，所以电池电压 U 总＝ 3.7V*3=11.1V 由于 2 并，所以电池电量＝ 2.4*2=4.8AH（安时）电池模块总容量＝ 11.1*4.8=53WH 最小负载时笔记本功率为 13W（理想状态）电池时间＝ 53WH/13W=4 小时笔记本电池一般都是用的 18650 电池 , 一个电池电压标准 3.7v 六个串联， 20v 左右。就是所谓的 6 芯, 18650 一个容量大概 2000-3000 毫安