锂电池的原理及生产工艺流程？

一、锂离子电池原理
10 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
20 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
电芯的构造
电芯的正极是LiCoO2加导电剂和粘合剂，涂在铝箔上形成正极板，负极是层状石墨加导电剂及粘合剂涂在铜箔基带上，目前比较先进的负极层状石墨颗粒已采用纳米碳。
根据上述的反应机理，正极采用LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2，其中LiCoO2本是一种层结构很稳定的晶型，但当从LiCoO2拿走XLi后，其结构可能发生变化，但是否发生变化取决于X的大小。通过研究发现当X>05时Li1-XCoO2的结构表现为极其不稳定，会发生晶型瘫塌，其外部表现为电芯的压倒终结。所以电芯在使用过程中应通过限制充电电压来控制Li1-XCoO2中的X值，一般充电电压不大于42V那么X小于05 ，这时Li1-XCoO2的晶型仍是稳定的。负极C6其本身有自己的特点，当第一次化成后，正极LiCoO2中的Li被充到负极C6中，当放电时Li回到正极LiCoO2中，但化成之后必须有一部分Li留在负极C6中，心以保证下次充放电Li的正常嵌入，否则电芯的压倒很短，为了保证有一部分Li留在负极C6中，一般通过限制放电下限电压来实现。所以锂电芯的安全充电上限电压≤4 2V，放电下限电压≥25V。
30工作原理
锂电池内部成螺旋型结构，正极与负极之间由一层具有许多细微小孔的薄膜纸隔开。锂离子电芯是一种新型的电池能源，它不含金属锂，在充放电过程中，只有锂离子在正负极间往来运动，电极和电解质不参与反应。锂离子电芯的能量容量密度可以达到300Wh/L，重量容量密度可以达到125Wh/L。锂离子电芯的反应机理是随着充放电的进行，锂离子在正负极之间嵌入脱出，往返穿梭电芯内部而没有金属锂的存在，因此锂离子电芯更加安全稳定。锂离子电池的正极采用钴酸锂，正极集流体是铝箔；负极采用碳，负极集流体是铜箔，锂离子电池的电解液是溶解了LiPF6的有机体。
锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生茶鞥的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈现层状结构，它有很多微孔，到达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。同样道理，党对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，有运动回到正极。回到正极的锂离子越多，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。
锂离子电池盖帽上有防爆孔，在内部压力过大的情况下，防爆孔会自动打开泄压，以防止出现爆炸的现象。
锂离子电池的性能
1、高能量密度
与同等容量的NI／CD或NI／MH电池相比，锂离子电池的重量轻，其体积比能量是这两类电池的15～2倍。
2、高电压
锂离子电池使用高电负性的含元素锂电极，使其端电压高达37V，这一电压是NI／CD或NI／MH电池电压的3倍。
3、无污染，环保型
4、循环寿命长
寿命超过500次
5、高负载能力
锂离子电池可以大电流连续放电，从而使这种电池可被应用于摄象机、手提电脑等大功率用电器上。
6、优良的安全性
由于使用优良的负极材料，克服了电池充电过程中锂枝晶的生长问题，使得锂离子电池的安全性大大提高。同时采用特殊的可恢复配件，保证了电池在使用过程中的安全性。
※在生产加工中如何保证设计好的C/A比成了生产加工中的关键。所以在生产中应就以下几个方面进行控制：
1负极材料的处理
1)将大粒径及超细粉与所要求的粒径进行彻底分离，避免了局部电化学反应过度激烈而产生负反应的情况，提高了电芯的安全性。
2）提高材料表面孔隙率，这样可以提高10%以上的容量，同时在C/A 比不变的情况下，安全性大大提高。处理的结果使负极材料表面与电解液有了更好的相容性，促进了SEI膜的形成及稳定上。
2制浆工艺的控制
1)制浆过程采用先进的工艺方法及特殊的化学试剂，使正负极浆料各组之间的表面张力降到了最低。提高了各组之间的相容性，阻止了材料在搅拌过程“团聚”的现象。
2)涂布时基材料与喷头的间隙应控制在02mm以下，这样涂出的极板表面光滑无颗粒、凹陷、划痕等缺陷。
3)浆料应储存6小时以上，浆料粘度保持稳定，浆料内部无自聚成团现象。均匀的浆料保证了正负极在基材上分布的均匀性，从而提高了电芯的一致性、安全性。
3采用先进的极片制造设备
1)可以保证极片质量的稳定和一致性，大大提高电芯极片均一性，降低了不安全电芯的出现机率。
2)涂布机单片极板上面密度误差值应小于±2%，极板长度及间隙尺寸误差应小于2mm。
3)辊压机的辊轴锥度和径向跳动应不大于4μm，这样才能保证极板厚度的一致性。设备应配有完善的吸尘系统，避免因浮尘颗粒而导致的电芯内部微短路，从而保证了电芯的自放电性能。
4)分切机应采用切刀为辊刀型的连续分切设备，这样切出的极片不存在荷叶边，毛刺等缺陷。同样设备应配有完善的吸尘系统，从而保证了电芯的自放电性能。
4先进的封口技术
目前国内外方形锂离子电芯的封口均采用激光（LASER）熔接封口技术，它是利用YAG棒（钇铝石榴石）激光谐振腔中受强光源（一般为氮灯）的激励下发出一束单一频率的光（λ=106mm）经过谐振折射聚焦成一束，再把聚焦的焦点对准电芯的筒体和盖板之间，使其熔化后亲合为一体，以达到盖板与筒体的密封熔合的目的。为了达到密封焊，必须掌握以下几个要素：
1)必须有能量大、频率高、聚焦性能好、跟踪精度高的激光焊机。
2)必须有配合精度高的适用于激光焊的电芯外壳及盖板。
3)必须有高统一纯度的氮气保护，特别是铝壳电芯要求氮气纯度高，否则铝壳表面就会产生难以熔化的Al2O3（其熔点为2400℃）。
31 充电过程
如上图一个电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。
正极上发生的反应为
LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+Xli++Xe(电子)
负极上发生的反应为
6C+XLi++Xe=====LixC6
32 电池放电过程
放电有恒流放电和恒阻放电，恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可变电阻，恒阻放电的实质都是在电池正负极加一个电阻让电子通过。由此可知，只要负极上的电子不能从负极跑到正极，电池就不会放电。电子和Li+都是同时行动的，方向相同但路不同，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。
二、 工艺流程
锂离子电池的工艺技术非常严格、复杂，这里只能简单介绍一下其中的几个主要工序。
1、制浆：用专门的溶剂和粘结剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。
2涂膜：将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片。
3、装配：按正极片—隔膜—负极片—隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕支持呢个电池极芯，再经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池。
4、化成：用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只锂电池都进行检测，筛选出合格的成品电池，待出厂。

低功率的耐用。
1、省电，在相同时间内，低功率的大艺电池更省电，更耐用，高功率的电池耗电太快不耐用。
2、损耗，高功率电池都是高功耗，对设备的寿命要短一点，而低功率电池损耗低，寿命长。

电池原理
1、环境温度对电池性能有什么影响？
所有的环境因素中，温度是影响电池性能的最主要因素。电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关，电极/电解液界面被视为电池的心脏，如果温度下降，电极的反应率也相应的下降，假设电池电压保持恒定，放电电流降低，电池的功率输出也会下降。如果温度上升则相反，即电池输出功率会上升，温度也影响电解液的传送速度，温度上升则速度加快，传送温度下降，传送速度将减慢，电池充放电性能也会受到影响。但电池温度不能太高，超过45℃，会破坏电池内的化学平衡，导致副反应。
2、如何实现锂离子电池的安全性能？
为了确保锂离子电池能够安全可靠地使用，专家们进行了非常严格、周密的电池安全设计，以达到电池的安全考核指标。（1）隔膜在135℃自动关断保护采用国际先进的elgard2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120℃的情况下，复合膜两侧的PE膜孔闭合，电池内阻增大，电池内部升温减缓，电池升温达到135℃时，PP膜孔闭合，电池内部断路，电池不再升温，确保电池安全可靠。（2）向电解液中加入添加剂。在电池过充，电池电压高于42v的条件下，电解液添加剂与电解液中其他物质聚合，电池内阻大副增加，电池内部形成大面积断路，电池不再升温。（3）电池盖复合结构。电池盖采用刻痕防爆结构，电池升温时，电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。（4）各种环境滥用试验。进行各项滥用试验，如外部短路、过充、针刺、平板冲击、焚烧等，考察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击试验和振动、跌落、冲击等力学性能试验，考察电池在实际使用环境下的性能情况。
3、锂离子电池的主要构成
（1）电池盖（2）正 极----活性物质为氧化钴锂〈3）隔 膜----一种特殊的复合膜（4）负 极----活性物质为碳（5）有机电解液（6）电池壳
4、锂离子电池的工作原理
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，到达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。
同样道理，当对电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，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。
在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极 → 负极 → 正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。所以，专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。
5、手机锂电池的构成及各个部分的功能是什么
机锂电池主要由塑胶壳上下盖、锂电芯、保护线路板和可恢复保险丝组成，有的厂家还配置了NTC识别电阻或震动马达或充电电路等元件。
各部分功能如下：
锂电芯：提供可充放电源。
保护线路板：防止电池过充、过放、短路。
可恢复保险丝: 正热敏电阻起到高温保护作用，又是保护线路板失效的二重保护。
识别电阻：识别原装电池，非原装电池不能使用。
6、为什么电池有时会出现鼓胀现象？
在电池充电过程中，其内部会产生少量气体，使电池内压增加导致电池出现膨胀现象。在正常状况下，膨胀是十分有限的，在电池使用过程中产生少许膨胀是允许
有人把笔记本电脑的电池比作是人体的血液，虽然这不是很贴切，但由此仍可见电池在笔记本电脑中的重要性。现在关于笔记本电池的讨论真是太多，好多笔记本用户对于笔记本电池的构造也存在很多疑问。其实笔记本电脑用的电池也是非常简单，它包括了电芯、控制电路和外部接口等几部分，有些厂商的产品还会带有电量指示灯，然后再把这些部件一起封装在一个外壳中，就如同一个“电池包”。为了解决大家对笔记本电池的疑问，本文将从外到里对笔记本电池的构造做一个详细的解说。
电池外壳上标识的意义
首先我们来看一下笔记本电池的外壳，上边往往有许多数字标签，我们就先来看一下这些数字标签的含义。
电池组外的标签，一般内容有：（如图）
1．电池的生产厂商、型号，只要是正规厂家生产的电池，这两个标签肯定都有的。
2．电池的种类（根据内部所用电池的种类而分）（如图）：
常见的为Li-ion锂离子电池、Ni-MH镍氢电池、Li-polymer高分子锂电池，另外还有较少看到的Ni-Cd（镍镉电池）以及最新的燃料电池。
3．额定电压（Nominal Voltage）（如图）
一般常见的为10．8V（11．1V）或14．4V。若以锂离子电池为例，大家知道一节锂离子电池的电压为3．6V，这当然达不到笔记本所需要的电压，因此一般采用串联的方式。如果额定电压是10．V，那么就是串联了3节，串联4节电压就成为14．4V，但有些二次电池在制造厂所标定的单节锂离子电池电压为3．7V，所以三节串起来的电压为11．1V。若以1．2V的镍氢电池，则串联9节单电池至10．8V，以达到笔记本工作所需要的工作电压。
4．额定容量（Nominal Capacity）：
一般来说单节镍氢电池的容量要比锂离子电池大，一节18650镍氢电池的容量即可达到4200～4500mAh之间，而常用的18650锂离子电池单一节容量为1500～2000mAh之间，所以如果笔记本电池采用的是镍氢电池，只要将电池串联，提高电池的工作电压就可以了。而锂离子电池因电池制造厂商的技术差异而有所不同，笔记本电池如采用锂离子电池，通常使用3节并联，来提高电池容量，三节并联一般可达到4500～6000mAh之间。（后面举例说明）
5．电池使用注意事项：
一般上边会有电池使用环境限制的标签、使用时的注意事项以及电池回收标签。
分析原理看清电池的奥秘
电池内有何乾坤？
对笔记本电池的外壳上的标识了解清楚后，我们再来看一下其内部有何神秘之处。
1．电池：笔记本电池里常见的电池为18650（17650）镍氢电池、18650锂离子电池和方形锂离子电池。根据每个笔记本电池的构造不同采用不同的电池。18650指的是圆柱型电池的尺寸，18为电池外径18mm，65为高度65mm；方型锂离子电池也使用此方式，如103448，为长48mm×宽34mm×高10mm的方型电池。
2．电池控制板：笔记本电池中最关键的是控制电路，它不但要控制电池的充放电，例如在适当的时候开始和停止充电，把充放电电流控制在合适的范围内，还要承担电池状况的分析纪录（例如我们熟悉的电池容量显示和充放电次数纪录功能），以及承担电池的保护作用，在电池温度过高或者电流过大的时候切断电路。控制电路位于电芯和笔记本电脑主板之间，是一块工作原理和设计都很复杂的电路。主要分为两部分：一部分是在电池充放电时起到保护作用，为保护电路；另一部分作用为电池组与主机沟通时及电池使用的管理，叫做电池能源管理电路（Gas gauge）。一般两部分都设计在一块电路板上。如果电池采用的是锂离子电池，那么两个电路都有；如果采用的是镍氢电池，那么只有电池能源管理电路，因为只有锂离子电池带保护电路，而镍氢电池不带。
3．保护元件：
NTC热敏电阻
A、NTC热敏电阻：常使用于镍氢电池组中，用来侦测电池组温度，作为充放电时的参考。
B、Thermostat温度开关：常用于镍氢电池组中，同样侦测电池组温度，作为强制保护电池异常的开关。
C、温度保险丝：这是作为电池的最后保护开关，如果当电池工作发生异常，如温度过高（一般设定为90－98度）或者电流过大，温度保险丝就会被烧断，电池组将不会再工作，从而保护电池组。
D、Poly switch限流开关：作为电流及温度过载的保护，普遍用于各种电池组中。
4．电池接口：电池与主机接触部位常见的为6－8个金属片接口，上边都应该有标记，例如T T I I＋＋，这上边有电流传输接口，还有电源控制线路接口。
5．外壳：外壳保持内部组件的形状和使电池能和笔记本电脑紧密结合，接口负责连接电池和主机，一般采用工程塑料，通常采用超声波进行焊接。
本本电池的类型及发展方向
外观各异的电池
随着笔记本电脑和掌上电子产品技术及市场的迅速发展，广大用户对“稳定性更高”、“使用时间更长”、“体积更小”乃至“充电次数更多”等方面提出了更高要求，而电池技术也紧随市场需求，在诸多方面作出了相应改进和发展。现在的笔记本电脑电池皆朝Smart Battery方向设计，也就是电池组内有能源管理线路，这种能源管理线路可以监视电池使用情况以及与主机进行沟通，可以让电池的性能得到充分的发挥，从而提高电池的使用时间。锂离子电池由于它较普通镍镉/镍氢电池具有体积小（相对）、重量轻、自放电率低、无记忆效应的优点，因而受到众多笔记本生产商的喜爱，目前笔记本电池普遍采用这种电池。虽然说现在笔记本电池的外观千差万别（图7），每个品牌、甚至型号不同的电池都不能通用，但电池的内部构造都是相同的。
使用燃料电池的笔记本
最后对于目前最新的燃料电池不得不补充两句，2003年10月NEC正式推出了其最新研制的笔记本用燃料电池），据称，当燃料使用浓度为10％的300立方厘米的甲醇时，笔记本电脑可以使用5个小时。NEC提出，在2005年将推出可使笔记本电脑连续使用40小时的燃料电池产品。就目前来说，燃料电池的体积、性能及成本方面没有太大的优势，不过将燃料电池作为笔记本的后备电源还是一种不错的选择。想想当笔记本可以连续使用40个小时，那是一种什么感觉。而且燃料电池的污染小，可反复使用。

ble低功耗蓝牙模块应用于物联网的几大优势：

蓝牙技术为何能够如此广泛地应用于互联设备中？主要原因在于它能够通过平价的小型设备建立低功耗连接，从而与任何位置的任何设备连接起来。

优势1：超低功耗

低功耗蓝牙模块利用许多智能手段最大限度地降低功耗，使得ble蓝牙模块拥有超低的峰值功耗、平均功耗和待机功耗，一颗纽扣电池就可以供低功耗蓝牙模块运行数年之久。

技术在不断进步，如今蓝牙半导体越来越完善，越来越多的人习惯一直将蓝牙设置为开启状态，而这对电池寿命的影响几乎可以忽略不计。

优势2：简化连接配置过程

低功耗蓝牙模块可提供无缝连接解决方案的应用，配置的过程也变得非常简单。

优势3：超快连接速度

蓝牙低能耗技术采用可变连接时间间隔，这个间隔根据具体应用可以设置为几毫秒到几秒不等。另外，因为BLE技术采用非常快速的连接方式，因此平时可以处于“非连接”状态（节省能源），此时链路两端相互间只是知晓对方，只有在必要时才开启链路，然后在尽可能短的时间内关闭链路。

优势4：超长连接距离，增强无线覆盖范围

目前蓝牙40/41/42低功耗蓝牙模块的连接距离在30米—100米之间，ble蓝牙50模块的连接距离会更远，可以达到300米左右。

优势5：完全向下兼容

低功耗蓝牙完全向下兼容的更新机制有利于蓝牙产品的更新换代，新的蓝牙版本和旧的蓝牙版本互相兼容。

优势6：低成本

目前低功耗蓝牙模块已经应用于物联网的各个领域，比如智能穿戴领域，蓝牙是可穿戴设备实现通信的第一步。无论是佩戴在你手腕上的设备，还是头戴式或入耳式设备，它们与你手机之间的连接，甚至与更广阔的世界建立连接的第一步都是起始于蓝牙。对于正在考虑开发新型产品的开发者而言，低功耗蓝牙模块将是物联网消费级互联的首选。

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锂电池原理
锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳．常见的正极材料主要成分为 LiCoO2 ，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中．放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合．锂离子的移动产生了电流．
化学反应原理虽然很简单，然而在实际的工业生产中，需要考虑的实际问题要多得多：正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性，负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子；填充在正负极之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好导电性，减小电池内阻．
虽然锂离子电池很少有镍镉电池的记忆效应，记忆效应的原理是结晶化，在锂电池中几乎不会产生这种反应．但是，锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降，其原因是复杂而多样的．主要是正负极材料本身的变化，从分子层面来看，正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞；从化学角度来看，是正负极材料活性钝化，出现副反应生成稳定的其他化合物．物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况，总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目．
过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏，从分子层面看，可以直观的理解，过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，而使得其中一些锂离子再也无法释放出来．这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因．
不适合的温度，将引发锂离子电池内部其他化学反应生成我们不希望看到的化合物，所以在不少的锂离子电池正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂．在电池升温到一定的情况下，复合膜膜孔闭合或电解质变性，电池内阻增大直到断路，电池不再升温，确保电池充电温度正常．
而深充放能提升锂离子电池的实际容量吗？专家明确地告诉我，这是没有意义的．他们甚至说，所谓使用前三次全充放的“激活”也同样没有什么必要．然而为什么很多人深充放以后 Battery Information 里标示容量会发生改变呢 后面将会提到．
锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片．其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、温度、ID 、充电状态、放电次数等数值．这些数值在使用中会逐渐变化．我个人认为，使用说明中的“使用一个月左右应该全充放一次”的做法主要的作用应该就是修正这些寄存器里不当的值，使得电池的充电控制和标称容量吻合电池的实际情况．
充电控制芯片主要控制电池的充电过程．锂离子电池的充电过程分为两个阶段，恒流快充阶段（电池指示灯呈时）和恒压电流递减阶段 ( 电池指示灯呈绿色闪烁．恒流快充阶段，电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后在控制芯片下转入恒压阶段，电压不再升高以确保不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到 0 ，而最终完成充电．
电量统计芯片通过记录放电曲线（电压，电流，时间）可以抽样计算出电池的电量，这就是我们在 Battery Information 里读到的 wh 值．而锂离子电池在多次使用后，放电曲线是会改变的，如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线，其计算出来的电量也就是不准确的．所以我们需要深充放来校准电池的芯片．

BLE Mesh功耗的测量原理是基于发射功率和接收功率的控制来推断功耗的。发射功率和接收功率由芯片的额定功率和PHY的调节因素（包括空气模式、数据速率和调制类型等）共同决定。实际上，BLE芯片本身是根据当前网络状态调节它们的发射功率和接收功率进而控制功耗的。
因此，测量BLE Mesh功耗的原理就是通过监测每个节点的发射功率和接收功率，以及它们之间的相关性来估计网络的总体效率。这种测量可以同时实现两个目标：一是确定网络功耗，二是识别异常情况。一旦发现了异常情况，可以根据功率数据确定具体原因并采取相应行动。

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