范文一:锂电池生产
電化學電池主要是由陰陽兩極與電解質所組成 。在電極方面 ,其是位於電解
質與集電體﹝current collector﹞此兩導電介質之間。
﹝圖一﹞電池放電時的簡圖
﹝圖一﹞是一個電池放電時的簡圖 ,在陽極的反應是為氧化反應 ,由於物質
M 氧化而放出電子 ,在陰極的反應是為還原反應 ,電子透過外部的電路傳導到陰
極而使得物質 M '+ 還原成 M' , 而中間電解液的目的是負責維持兩極的電中性或負
責傳遞離子 。一般的電池反應基本原理都如此 ,對於鋰二次電池的放電反應而言
亦是如此,因此以下將以鋰鈷氧電池的充放電反應來說明:
鋰鈷氧電池的反應並不會脫離電池的基本原理,它所不同的只是在於碳極
﹝負極﹞是屬於一種嵌入型的反應 。 從負極的結構來看碳極是以石墨結構的排列
為主,在充電過程中,鋰離子是嵌在石墨結構中的。另外從﹝圖二﹞可以發現此
一系統可以說是一濃度電池 ,因為鋰離子會由一極經由電解質跑到另一極 ,因此
要設計一成功的鋰離子電池並使之與鋰金屬電池的效益相當必須符合幾項原則 :
1. 在陽極的鋰活性須接近 1,以確定此電池之開路電位與原鋰金屬電池接
近。
2. 兩極的等效重量須低,如此才有應用的價值。
3. 鋰離子在兩極之擴散係數須高 ,以使電池在充放電時能夠即時快速反應。
4. 兩極須容易製作且無毒性,以確保價格低廉與環境保護。
鋰離子電池的材料系統在已商業化成功的鋰離子二次電池中 , 其正極與負極 皆使用層間化合物 ,而這些層間化合物必須要能夠容許鋰離子的進出 ,而不使材 料結構發生不可逆的變化 , 如此才能讓鋰離子在充放電過程中往返於正負極之間 如﹝圖二﹞,充電反應式可寫為:
正極 LiCoO 2-------> Li 1-x CoO 2 + xLi + + xe -
負極 6C + xLi + + xe - ------->Li x C 6
全反應 6C + LiCoO 2------->Li x C 6 + Li 1-x CoO 2
﹝圖二﹞鋰離子在充放電過程中往返於正負極之間
﹝圖三﹞當充電時由外界輸入能量﹝電能﹞,鋰離子由能量較低的正極 材料被趕往負極材料中而成為能量較高的狀態。
由﹝圖三﹞可適切地表達出這樣的概念,當充電時由外界輸入能量﹝電 能﹞ ,鋰離子由能量較低的正極材料被趕往負極材料中而成為能量較高的狀態。 進行放電時 , 鋰離子自然地出能量較高的負極材料移往能量較低的正極材料而對 外釋放能量﹝電能﹞ 。另外 ,從全反應式中也可瞭解到整個反應過程中沒有鋰金 屬的存在,因此稱之為鋰離子電池。
何謂記憶效應:
此效應對在早期使用鎳鎘電池時最為明顯 。當每次充電時 ,在負極有氫氧化 鎘與電極作用,產生金屬鎘而沈積於負電極表面。放電時,負電極表面的金屬鎘 反應形成氫氧化鎘,這是溶解-沈積的反應,當充放電不完全時,電極內的鎘金 屬會慢慢地產生大結晶體而使以後的化學反應受到阻礙 , 導致電容量在實質的表 現上減少,此即所謂「記憶效應」產生的緣由。
鎳鎘電池因具有強烈的記憶效應 ,很容易因充放電不良 ,而造成可用容量降 低,須約在使用十次後,做一次完全充放電。若已有記憶效應時,則可以連續做 三次至五次完全充放電來釋放記憶。
鎳氫電池因記憶效應較弱 ,因此約在使用過約五十次時 ,做一次完全充放電 即可。而鋰離子電池因沒有記憶效應,所以千萬不要放電,否則只會破壞電池結 構,損耗電池的使用壽命。
自從日本 SONY 公司量產第一顆商用鋰離子二次電池以來 , 由於鋰離子二次
電池是現有商品中具有最高之能量密度的二次電池,其密度約為鉛蓄電池的 3
倍 、 鎳鎘電池的 2 倍 、 鎳氫電池的 1.5 ̄2 倍之間 , 顯示目前的商用二次電池中,
鋰離子二次電池在性能上的優勢 , 並且由於鋰離子二次電池的出現僅是在近十年
左右,目前對此電池的性能提升與改進仍持續進行中。
現今 ,在商品化的鋰離子電池中 ,最常見並容易於市場中購得的正負極材料
分別列於﹝表一﹞﹝表二﹞中 。在鋰二次電池的材料組成方面 ,我們可以分成正
極材料、負極材料、電解液及隔離膜等方面來做介紹。
在正極材料部分,目前市面上的鋰離子電池一般是鋰鈷﹝LiCoO 2﹞、鋰鎳
﹝LiNiO 2﹞ 及鋰錳 ﹝LiMn 204﹞ 三種電池較為常見 , 其中以鋰鈷﹝LiCoO 2﹞電池
性能較好但是價格是這三者中最貴的,而鋰鎳﹝LiNiO 2﹞電池的性能較鋰鈷
﹝LiCoO 2﹞電池略差一點且價格也較為便宜,至於鋰錳﹝LiMn 204﹞電池其電池性
能是三者中最差的但價格卻是最便宜的。
在結構方面,鋰鈷氧化物﹝LiCoO 2﹞和鋰鎳氧化物﹝LiNiO 2﹞具有極為相同
的構造,均可視為類似 α-NaFeO 2 的層狀結構,而鋰錳氧化物﹝LiMn 204﹞則是
類似尖晶石構造 。由於三種鋰金屬氧化物構造的不同 ,具有尖晶石構造的鋰錳氧
化物﹝LiMn 204﹞在充放電下的結構安定性較佳,大的放電速率與放電深度
﹝depth of discharge, DOD﹞下最為穩定,較不易崩潰而使結構產生變化。
從﹝表一﹞可以看出這三種鋰金屬氧化物的特性各有優缺點,鋰鈷氧化物
﹝LiCoO 2﹞最為普遍且製造容易,但是原料蘊藏量最少,卻是目前商品化電池主
要所使用的正極材料。雖然鋰鎳氧化物﹝LiNiO 2﹞的重量能量密度最高,但是其
安全性一直無法尋得適當的解決,因此尚未普及化及商業化。鋰錳氧化物
﹝LiMn 204﹞的價格是最便宜的 ,蘊藏量也最豐富 ,若能克服較低的能量密度及高
溫之熱穩定性兩個主要問題 , 可能是未來鋰離子二次電池最可能被大量採用的正
極材料。
種類 LiCoO 2 LiNiO 2 LiMn 204
開發 階段 135 ̄145 135 ̄180 110 ̄120
重量能量密度
﹝mAh/g﹞
實用
階段
120 ̄130 *** 110 ̄120 熱安定性 稍微安定 較不安定 不安定 安全性 複雜設計 複雜設計 簡單
蘊藏量 稀少 較多 豐富
價格 高 中 低
合成困難度 合成容易 合成較難 合成困難
電池性能 佳 尚可 差
工作電壓﹝V﹞ 3.7 ̄4.1 3.6 ̄4.0 3.8 ̄4.3
﹝表一﹞市面上常見的正極材料
在負極材料部分 ,能量密度最大的鋰金屬則是因安全性的顧慮 ,在鋰離子電 池之負極材料市場幾乎已不被商品化的電池使用 , 因此鋰電池的負極材料主要是 以石墨系碳材﹝graphite﹞與非石墨碳材﹝如焦碳系 ,coke﹞二種為主 ,石墨系 負極材料可分為三種 : ﹝1﹞ 天然石墨 ﹝2﹞ 人工石墨﹝3﹞ 類石墨 ﹝如 MCMB , Meso carbon micro beads﹞。
由於石墨系的重量能量密度較高且材料本身的結構具有較高的規則性 , 所以 第一次放電的不可逆電容量會較低,另外石墨系負極材料具有平穩工作電壓作 用 ,對電子產品的使用和充電器的設計較具優勢 。而另一種類之焦炭系與碳黑系 ﹝carbon black﹞的負極材料在第一次充放電反應的不可逆電容量很高,但是此 材料可以在較高的 C- rate 下作充放電,另外此材料的放電曲線較斜,有利於 使用電壓來監控電池容量的消耗。
種類 重量能量密度
﹝ mAh/g ﹞
理論值 ﹝mAh/g﹞
天然和人工 320  ̄ 340
石墨
類石墨 240  ̄ 360
372
焦碳 180  ̄ 220 ***
非石墨
碳黑 150  ̄ 280 ***
鋰金屬 966 353
﹝表二﹞負極材料特性表
在電解液部分,我們分成溶劑及溶質兩個部分來說明:
溶劑部分:
1. 碳酸丙烯酯 PC ﹝Propylene Carbonate﹞
2. 碳酸乙烯酯 EC ﹝ Ethylene Carbonate ﹞
3. 碳酸二甲酯 DEC ﹝ Dimethyl Carbonate ﹞
4. Propiolic Acid 甲酯
5. 1,4 – 丁丙酯 GBL ﹝ γ- Butyrolactone ﹞
溶質部分:
1. LiPF 6 ﹝主要﹞
2. LiBF 4
3. LiClO 4
4. LiAsF 6
5. LiCF 3SO 3等
在隔離膜部分,一般是以 PP 或 PE 為主要的材料。
種類 Celgard 2400 Celgard 2300 Celgard 2700 構造 PP 單層 PP/PE/PP 三層 PE 單層
厚度
﹝μm﹞
25.4 25.4 27.4
空孔率 35% 36% 41%
孔洞大小
﹝ W*L ﹞ μm
0.04*0.12 0.05*0.095 0.06*0.12 通氣度
﹝sec-in 2﹞
25 25 37
機械抗拉強度
﹝Kg/cm 2﹞
1400 1600 1300
收縮率
﹝90℃,60min﹞
1.3% 4% 27%
﹝表三﹞商品化隔離膜產品
鋰離子二次電池的製作技術如下:
在正極材料部分:
1. 鋰鈷氧化物:
最常見的製法是直接以鋰的碳酸鹽和鈷的碳酸鹽類或鈷的氧化物
混合後,在空氣中將溫度加熱至 850℃ 鍛燒 20 小時。
Li 2CO 3 + Co 2O 3 2 LiCoO 2 + CO 2
2. 鋰鎳氧化物 :
它的合成方法可以由 lithium hydroxides ﹝LiOH﹞、Li 2CO 3、
nickel hydroxide ﹝Ni(OH) 2﹞、nickel carbonate ﹝NiCO 3﹞及
nickel oxide ﹝NiO﹞來製備。一般有兩種製造方法,一為固態燒
結法 : 將上述的鋰和鎳的化合物混合,在約 750℃ 的溫度下通
入空氣燒結而成。二為溶液法 : 是將鋰化合物溶在鎳的溶液中,
經乾燥鍛燒即可合成。
3. 鋰錳氧化物:
LiMn 204在天然界中蘊藏量比起 LiCoO 2 和 LiNiO 2 的含量算是相當
豐富了 ,因此只要經過適當的處理便可以得到 。但一般要得到較純
的 LiMn 204 常以兩種方法來製備,一為固態法 : 混合 MnO 2 及鋰
化合物,在適當溫度鍛燒而成。二為溶液法 : 將鋰鹽及錳鹽溶於
水中 ,控制 pH 值使之完全溶解或形成凝膠 ,再利用噴霧乾燥或直
接鍛燒形成。
在負極材料部分:
1. 石墨類
1. 介穩相球狀碳﹝Mesophase Carbon Micro Beads, MCMB﹞
一般是在低溫下將煤球和熔融瀝青反應, 再於不同溫度下經
熱處理而成。是一種低表面積高緊密度堆積的球狀碳。
2. 氣相成長碳纖 ﹝Vapor-Grown Carbon Fiber, VGCF﹞ 以碳氫化合物經化學蒸鍍﹝CVD﹞反應,再用不同溫度經熱 處理而成。
2. 非石墨類
1. 可石墨化碳類 ---- 軟碳
主要為焦碳﹝Coke﹞類,可由瀝青或煤渣而來。
2. 不可石墨化類 ---- 硬碳
利用高分子先驅物﹝polymer precursor﹞,在不同溫度下 經熱解所形成的無次序碳材。
在電解液部分:
1. 環狀碳酸化合物﹝cyclic carbonate﹞
常用 EC﹝Ethylene Carbonate﹞及 PC﹝Propylene Carbonate ﹞ 。
1. 光氣法 --- 利用雙醇化合物﹝glycol﹞和光氣反應。 CH 2OHCH 2OH + COCl 2 -------> (CH 2O) 2CO + 2 HCl
2. 二氧化碳合成法
CH 2OCH 2 + CO 2 -------> (CH 2O) 2CO
2. 鏈狀碳酸化合物
常用 DMC﹝Dimethyl Carbonate﹞和 DEC﹝Diethyl Carbonate﹞
1. 一氧化碳合成法
2CH 3OH + CO + 1/2 O 2 -------> (CH 3O) 2CO + H 2O
2. 酯交換法
C 2H 5OH + (CH 3O) 2CO -------> CH 3OCOOC 2H 5 + CH 3OH
在隔離膜部分:
一般的製備方法有延伸法及相分離法兩種。
1. 延伸法 --- 以加熱熔融高分子聚合物,透過紡嘴射出後,初步結
晶化再經熱處理,再結晶,再排列後可以增加強度,最後經延伸並
形成多孔。
2. 相分離法 --- 以溶劑處理為第一步,其後為結晶化及多孔化的製
作。
二次電池產品商品化後 ,它除了可反覆充電以增加壽命外 ,同時其價格也相
當昂貴 ,因此如何保養二次電池就變得相當重要 。以下便一一介紹一些有關鋰離
子二次電池的維護保存方法及選購技巧。
鋰離子電池特性:
鋰離子電池的自然放電率在不使用時 , 每天大約會釋放其充量的 1% 或者更
少,雖然緩慢,但須防放置時間過久。對鋰電池來說,3.6V 鋰離子電池電壓若
降至 3V 以下,7.2V 鋰離子電池電壓若降至 6V 以下,即為過放電情形,會造
成鋰離子電池內部損害,減損使用效能。
鋰離子電池亦可透過特殊設備快速放電,工廠在品管時,會將電池充飽電,
再快速放電至其容量的 20% 左右,以 20% 容量應付每天大約會釋放其充量 1%
或者更少的自然放電率 ,這種標準動作 ,可令電池保持最佳狀態從裝船出貨到批
發商,再至消費者購買使用,足可保持數月之久無虞。
請注意:
1. 每家鋰心電阻值有所差別,電阻值高,“放電率”就低,且電阻值
與充電量多寡並不產生任何關係。
2. 剩餘 20% 的電容量,乃對鋰電池最適合之保存狀態。
所有產品保養數據之建立皆較保守 ,除考慮各種例外可能產生之減損 ,其用
意就是要預防人為的疏忽及其所產生的危險 。當然 ,在無損經濟效益的大多數情
況下,保養的標準越高,對產品越好。
使用方法
1. 為能將各種不同電池作最有效的利用 ,須使用正確的方式充放電,
才能達到最長的使用壽命與完全的電流供應。
2. 新電池須經過數次完全充電和放電週期後,方能達到最佳效能。 ﹝週期是指充飽再使用到手機自動關機或發出低電壓﹝電力﹞警 示時為一個週期﹞ ,亦即讓電池充分的經歷高電壓 、低電壓的活化 過程。
3. 第一次充電時一定要百分之百充足 , 其綠燈亮起代表僅充到百分之 八十至八十五,仍須充電二到三小時。
4. 鎳氫電池最佳的放電方式為定期使用至手機關機 。 由於鋰離子電池 不具有記憶效應,無須放電。
5. 想保持電池最長使用壽命 , 最好使用到手機發出電壓﹝電力﹞不足 警告時,再取下充電。若手機未設有低電壓﹝電力﹞警告時,則至 手機已無足夠動力或顯示燈號減弱時,再取下充電。
注意事項 :
1. 鋰離子電池的電壓僅有 3.6V 和 7.2V 兩種電壓 , 一般鎳氫電充則 有多種電壓 ,需使用符合其電壓的充電器充電 ,否則電池有被燒壞 的可能。
2. 引擎未發動時勿使用車上充電器 , 以免因電壓不穩對手機及電池造 成損害。
3. 勿使金屬物品接觸到電池兩極造成短路。
4. 不論手機或電池,切勿受潮、摔碰、撞擊或置於高溫處。
5. 超時的充電會減短電池的壽命 ,建議電池不要充電超過 24 小時。 不同電池的充放電比較:
1. 因為現有充電器所附的放電電路會有過度放電的現象 , 這將造成電 池內部的化學破壞 , 因此鋰離子電池最好不要使用充電器的放電電 路來做放電動作,而減少充電池的壽命及平常可使用的容量。
2. 鎳鎘電池因具有強烈的記憶效應 ,很容易因充放電不良 ,而造成可 用容量降低 ,須約在使用十次後做一次完全充放電 ,若已有記憶效 應時,則可以連續做三次至五次完全充放電來釋放記憶。
3. 鎳氫電池因記憶效應較弱 (幾乎無) , 因此約在使用過約五十次時, 做一次完全充放電即可 。但鎳氫電池因對過放電相當敏感 ,一次過 放電即可能會造成 10~15% 的破壞 , 因此鎳氫電池通常是只做充 電而不做放電的。
4. 鋰離子電池對充放電的設定條件比起鎳鎘與鎳氫電池則更為嚴 苛 ,因此除電池內附一片控制電路板外 ,另外須用鋰電池專用的充 電器 ,絕不可使用一般的充電器 ,避免因控制不當而產生高熱燃燒 或爆炸。
保存方法:
將欲收藏的鋰離子電池用到手機剩下一至二格﹝約 20%﹞ , 最好的保存環境 是保持在類似冰箱冷藏室的溫度中 , 並防潮包裝 , 或置於防潮箱保存 。 每 3 ̄6 個 月取出充電一次,您可隨時檢測鋰離子電池電壓,確保內部電壓在安全電壓值 ﹝視 cell 廠牌良窳,有的鋰心可容忍比 3V 或 6V 更低電壓值﹞。適時充電, 每次充電間隔時間自行決定。使用環境須避免溫度高於 60 度 C﹝140 度 F﹞ 或 低於零下 20 度 C﹝零下 4 度 F﹞ ,如不可置於長期密閉的車中或煉爐旁。 儘量放在陰涼乾燥處,注意防潮。
如何選一個好的鋰離子電池:
消費者要辨別一顆電池的好壞實在不容易 , 就算是拆開外殼觀察也僅能看見 電路板與鋰心而已 ,一般的消費者不懂電路板上面的 IC 型號以及零組件 ,手機 更不像電腦般提供軟體將各種配件完整的資訊呈現在螢幕上 , 鋰心的使用壽命與 效能亦不可經由拆解得知。
一顆電池採用不同原料在價格與效能上相差頗大 , 在消費者無從檢測的情況 下,業者為了促銷其產品自然好話說盡,但電池品質究竟如何,若無人為其背書 則堪虞 。有些地下工廠抨擊通路業者對產品外行 ,並標榜唯有其掌握技術才有品 質可言。事實上,市場電池品質之所以水準參差不齊,始作俑者就是缺乏監督的 地下工廠本身 。電池配件市場為近年來新興市場 ,具有學習能力的通路商一旦累 積經驗後,反而更能提供保障,消費者唯有選購合法管道銷售的產品,才能淘汰 來歷不明的劣質品。
在市場上電池品質極端混亂的今天,成熟的組裝技術並不容易影響品質優 劣 ,不肖業者刻意生產劣質電池圖利才是主因 ,地下工廠根本未納入生產體系使 政府無從輔導,外界對其品質根本沒有約束力,電池製造過程完全處於黑箱作 業 ,萬一使用者發生重大問題 。由於工廠並未登記也無正式代理商以致責任追究 困難 ,消費者若是一時貪圖便宜購買來路不明的電池 ,在使用上較無保障也比較 容易受騙 ,我們也只有對該電池製造工廠寄望以商業道德了 。在此僅提供購鋰電 池的不二法門:
1. 選擇購買有品牌的電池而非向有品牌的通訊行購買任何電池。
2. 選擇有清楚標示規格、保固條款及售後服務的電池。
3. 不買來路不明或無可靠包裝的電池。
充放電過程:
充電時 ,電子由充電器外部經過負極的碳材料 ,而同時正極材料的鋰離子則
離開正極經過電解液進入負極 ; 放電時 , 電子和鋰離子則反向而行 。 正常使用下 ,
鋰離子電池的充放電循環壽命可達 500 次( 即 500 次時,電容量仍在原容量
80% 以上 ) 。鋰離子電池充飽時,在無負載時電壓為 4.1~4.2V,電位若是低
於 3.6V 左右會產生電壓陡降 ,一般手機會以沒電來表示 ,事實上是電壓不足不
能再工作了。好的座充是依照鋰電池特性而設計的。第一段充電是定電流充電,
等到快充飽時再以定電壓﹝4.1~4.2V﹞充電的方式讓電池達到最佳狀態。
目前鋰離子電池主要生產國為日本 , 現階段鋰離子二次電池主要應用在於筆
記型個人電腦上及可攜帶型通訊設備 。依據日本國際貿易和工業部的統計 ,鋰離
子電池的產值自 1995 年起呈現大幅度的成長 , 從﹝表四﹞所列出日本矢野經濟
研究所所提出鋰離子二次電池的應用分析 , 可以看出二次鋰離子電池應用的領域
按照使用電池的數量大小順序,依次為 NB/PC (筆記型電腦 )、Cellular Phone
( 行動電話 ) 、 Camcorder ( 攝錄影機 ) 、 MD Player ( 迷你光碟放音機 )、 PDA、
PHS 和其他 。 其中以 NB/PC ( 筆記型電腦 ) 應用比例最大 , 超過 50%, Cellular
Phone ( 行動電話 )居次為 31%。
2000 2001 2002 所佔比例 (%)
NB/PC 145286 166400 194480 51.1
PDA 2409 6854 13996 3.7
Cellular 106950 111540 118140 31.0
PHS 3840 3360 3000 0.8
Camcorder 19884 22275 24570 6.5
MD Player 17236 19958 23990 6.3
Others 2194 2243 2507 0.7
Total 297799 332630 380683 100.0
AGR 20.0% 11.7% 14.4% -
﹝表四﹞全球二次鋰電池需求量預估。﹝單位 : 千個﹞
註 1 : Others : Handy Terminal for Business Use、
Digital Still Camera。
初期所使用的鋰二次電池型式為圓筒型,大都應用在 NB/PC 上,最為普遍
的為 18650 型號 ( 直徑 18 mm,高度 65 mm ),最近由於行動電話的普及,薄
型化的方型電池逐漸成為市場的主流 。由於各家電池製造商的策略不同 ,使得各
公司方型電池產量比例各有不同且差異甚大 , 以 1996 年為例 , Sony Energy Tech.
方型電池比例僅為 7.3%, Matsushita 大約 20%, Moli Energy 為 33%, Sanyo 為
50%左右,A&T Battery 超過 75%,而 Japan Storage 則為 100%。
方型二次鋰離子電池由於具有高體積能量密度的優勢 , 加上無線器材薄型化
發展,使得機體 10 mm 以下的器材大都會採用方型二次鋰離子電池,這種現象
在攜帶式電話上更是如此 , 因此各種具有不同電容量和外形尺寸的方型電池因應
而出 。 其中 Sanyo 因採用鋁合金罐體 , 因此具有最高重量能量密度 。 預估到 2002
年時,方型和圓型鋰離子二次電池的比例可達到 1 : 1。
隨著行動電話 、 筆記型電腦等各項 3C 電用品使用量的迅速成長以及環保電
動汽車應用的發展趨勢 ,各種不同種類的高性能鋰電池使用量亦隨之增 。估計西
元 2005 年全球小型鋰二次電池需求用量將達到 610 百萬顆。有鑒於鋰二次電
池市場需求的發展潛力可觀,國內已經陸續有太陽電能、與能科技、能元科技等
各廠商投入二次鋰電池的研究及設廠生產計劃 。 然而在這一片看好鋰電池發展潛
力之際 , 目前政府相關單位及鋰電池廠商並未針對於如何處理這與日俱增的廢鋰
電池處理做一妥善的規劃。由於廢鋰電池相較傳統電池具有軟高的危害性,在未
來很有可能形成公害污染與資源浪費等的問題。
鋰電池可能造成的污染與危害:
鋰電池的種類眾多﹝表五﹞ , 主要可概分為使用鋰金屬作為負極材料的一次
電池 、採用鋰金屬氧化物當作正極及各類碳化物當作負極的二次電池 。在一次電
池中 ,由於直接使用反應性極高的鋰金屬作為負極材料 ,因此若廢棄的鋰電池未
完全放電完畢而殘存有鋰金屬成分時 , 一旦電池外殼受到腐蝕而接觸到外界環境
或其他因素造成鋰電池短路 ,將可能會有引起火災甚至爆炸的危險性 。而二次鋰
離子電池雖然使用安定性較佳的鋰金屬氧化物﹝常用的如鋰鈷 、鋰錳 、鋰鎳等氧
化物﹞當作正極材料,但在反覆的充放電過程中,仍不免有鋰金屬析出的情形。
另外 , 一些常作為鋰電池電解質的物質﹝如 LiPF 6、 LiClO 4、 LiSO 4、 LiBF 4 等﹞
接觸到空氣或水分時 , 都會產生高危險性的物質而造成自然環境的污染破壞及個
人安全的威脅﹝表六﹞ 。目前已經商業化產量的二次鋰電池種類中 ,主要是以鋰
鈷氧化物為主,由於自然界中的鈷金屬蘊藏量少﹝表七﹞,基於資源有限的考
量,有必要予以進行再生處理。
鋰電池系統 平均電壓
Li/TiS 2 2.1V
Li/MoS 2 1.8V
Li/V 2O 5 3.1V
C 6/LiMn 2O 4 3.8V
C 6/LiCoO 2 3.6V
C 6/LiNiO 2 3.5V
〔 表五 〕主要鋰電池種類
材料種類 材料名稱 危險性
LiCoO 2 皮膚接觸會引起過敏,呼吸接觸 會引起肺部病狀,燃燒後會產生 有毒的氣體
LiMn 2O 4 皮膚接觸會引起過敏,呼吸接觸 會引起肺部病狀,燃燒後會產生 有毒的氣體
正極材料
LiNiO 2 皮膚接觸會引起過敏,呼吸接觸 會引起肺部病狀,燃燒後會產生 有毒的氣體
碳材 皮膚接觸會引起過敏,呼吸接觸 會引起肺部病狀,燃燒後會產生 CO 及 CO 2 氣體
負極材料
石墨 皮膚接觸會引起過敏,呼吸接觸 會引起肺部病狀,燃燒後會產生 CO 及 CO 2 氣體
LiPF 6 經由皮膚、呼吸接觸會引起刺 激 , 燃燒後會產生 HF , 及 P 2O 5 等 有毒氣體
LiBF 4 LiBF 4 具有腐蝕性 ,經由皮膚 、呼 吸接觸會引起刺激,燃燒後會產 生 HF 等有毒氣體
電解液 鹽類
LiClO 4 經由皮膚、呼吸接觸會引起刺 激 , 燃燒後會產生 LiCl 及 O 2 氣 體
電解液 溶劑 EC、PC、DMC、
DEC
經由皮膚、呼吸接觸會引起刺 激,燃燒後會產生 CO 及 CO 2 氣 體
〔表六〕二次鋰電池材料種類極可能造成的危害
金屬元素 蘊藏量﹝ppm﹞ 密度﹝g/c.c﹞
Cd 0.2 8.64
Co 25 8.9
Pb 12.5 11.34
Li 20 0.53
Hg 0.08 13.55
Mn 950 7.2
Cr 100 7.2
Ni 75 8.9
Zn 70 7.14
〔表七〕電池主要金屬成分在自然界中的蘊藏量
鋰電池的回收與再處理:
鋰電池回收再生處理的方式主要可為乾式法、濕式法兩種。
1. 乾式法 :
乾式法是將鋰電池以高溫進行焚燒後,分離出各種金屬而回收。如 前所述,各式的鋰電池具有較高的危險性,因此再製程處理時,必須將電 池保持在隔絕水分與空氣的環境中 , 一般是在氮氣或氬氣的氣氛環境中進 行。處理的主要流程如〔 圖四 〕所示。
廢棄的鋰電池由回收站收集後,一電池的種類與大小先進行分類。 分類過後的鋰電池可能有大部分仍未完全放電完畢 , 因此必須先施予放電 的程序,以避免其後製程因外力操作不當而產生燃燒或爆炸的危險。
經過放電處理後的廢電池,再將其進行去殼與切割的步驟。此步驟 除了有利於焚燒製程時的方便性外 , 並可分散焚燒處理時劇烈反應中的危 險性 。經過此步驟處理過後 ,已經被切割減積成電池碎片的部分則被導入 焚化爐中,予以高溫﹝約 600 ̄800℃﹞處理。
在焚燒爐處理過程中 , 藉由熔點與比重的差異 , 分別將 Co 、 Ni 、 Fe、 Al 等金屬回收。至於鋰金屬,則是以 Li 2O 的氣體形式逸出,然後再與 H 2O、Na 2CO 3 反應形成 Li 2CO 3 予以回收。﹝Li 2CO 3 為製造 LiCoO 2 活性物的 中間原料﹞。
值得注意的是 , 若是所欲處理的鋰電池為使用鋰金屬當作負極材料的 電池,則在去殼與切割的步驟中,一旦操作不當,極易會有火災甚至爆炸 的危險性 。因此為了避免此危險 ,亦有學者研究將經過放電程序的鋰電池 先冰凍至 -180℃ 的環境後再進行去殼與切割的動作 , 藉著低溫降低鋰金 屬的活性外,且由於此低溫已經在電池所使用的黏結劑﹝如 PVDF﹞及所 含塑膠配件的玻璃轉化點﹝Tg﹞溫度範圍之下 , 將更有利於電池切割減積 工作之進行。
〔圖四〕乾式電池處理法
2. 濕式法
濕式法主要是以處理液﹝無機酸溶液﹞將廢電池中的各個所欲收回成分進 行萃取後再予以純化回收。如同乾式法一樣,在進行廢電池處理時,亦必須將電 池保持在隔絕水分與空氣的環境中進行。
主要流程﹝圖五﹞為廢棄的鋰電池經過放電處理及電池去殼與切割程序 後 ,將電池碎片放進吸收室再以無機酸溶液噴淋 ,然後將鋰電池所含的電解液及 鋰金屬成分予以萃取吸收 ,在分別進行純化後供再生使用 。而其餘的殘渣部分則 依各種金屬的特性不同進行分離,純化後供再生使用。
在進行放電處理時 , 可採用將電池置於食鹽水溶液中進行放電或接上負載放 電方法。一般而言,進行濕式法每批次在吸收室進行處理所需時間約為 30min  ̄ 120min,可用物質回收率估計可達到 80% 以上。
〔 圖七 〕 為一濕式處理法的實際例子,經過放電完畢的廢電池在送進主要 處理室﹝1﹞之前必須先移入於預備室﹝2﹞中進行去水分的動作 , 然後才進入主 要處理室。在進入主要處理室﹝1﹞後,以鐘錘將電池殼體擊碎﹝擊碎速度必須 適中以避免危險﹞ ,再以無機酸溶液噴淋 ,分別將所含的電解液及鋰成分萃取出 來﹝由﹝4﹞、﹝5﹞﹞,其它的固體殘渣予以分離後由﹝3﹞移出再回收其中的
各項金屬成分。而在萃取過程中,所產生的水氣則藉由幫浦抽回﹝7﹞後分離, 經分離後不含水分的氮氣再充入﹝1﹞、﹝2﹞、﹝3﹞中循環使用。
〔圖五〕濕式電池處理法
范文二:锂电池参数要求
锂电池参数要求
1、 锂电池尺寸不的超过300mm 高x95mm 长x70宽
2、 锂电池使用时温度不超过40度,锂电池生产必须有中国批准证书,符合国家相关要求。技术规格书应包含国家相关锂电池技术标准。有国家CCC 认证、电器强制认证
3、 锂电池应有保护电路,包括:充放电温度保护(高温、低温)、充放电过流保护、充放电过压保护(过压、欠压)短路保护、内部短路检测保护、反接保护、系统工作状态显示电量显示、电压电量低 声光报警
4、 锂电池使用AC100-240V 电源充电,充满时间不超过10小时,充放电次数大于500次
5、 电池容量为:48v 10ah,最大放电电流2A
6、 锂电池使用寿命保证在1年以上
锂电池外壳要求
1、 电池外壳尺寸不得超过430mm 高x140mm 长x110mm 宽,外壳边缘圆润,无棱角
2、 放点空为三孔插座:上孔48+、下两孔均为48-
3、 上面板因该有放电孔,工作指示,电量显示,放电开关,保险
范文三:锂电池生产工序
各工序控制重点
(一) 配料,
1.溶液配制,
a) PVDF (或CMC)溶剂与NMP;或去子水,的混合比例和量~离称b) 溶液的剂拌剂剂、剂拌剂率和次;及溶液表面度,~数温
c) 溶液配制完成后,剂溶液的剂剂:粘度(剂剂)\溶解程度(目剂)及剂置剂剂;
d) 剂极:SBR+CMC溶液,剂拌剂剂和剂率。2.活性物剂:
a) 量和混合剂剂控混合比例、量是否正~称数确
b) 球磨,正剂的球磨剂剂~球磨桶剂瑙珠混料的比例~剂瑙球中大球小球的比例~极内与与
c) 烘,烘度、剂剂的剂置~烘完成后冷却后剂剂度。烤烤温烤温
d) 活性物剂溶液的混合剂拌,剂拌方式、剂拌剂剂和剂率。与
e) 剂剂,剂100目;或150目,分子剂。f) 剂剂、剂剂,
剂剂料、混料剂行以下剂剂,固含量、粘度、混料剂度、振剂密度、剂料密度。
;二,布涂
1.集流的首剂体:
a) 集流剂格体(剂剂厚)的剂确;
b) 集流剂准体(剂剂)重量的剂确;
c) 集流的剂体(疏)水性及外剂(有无剂、痕和破剂碰划)。2.敷料量;剂准剂、上、下限剂,的剂算,a) 剂面敷料量;以接近此剂准的片厚度定剂面厚度,~极确
b) 面敷料量;以最接近此剂准的片厚度定面的片厚度。,双极确双极
3.剂料的剂确:是否剂稠(稀)\流剂性好,是否有剂粒,泡剂多气,是否已干剂.
4.片效果极:
a) 比重(片厚)的剂确;
b) 外剂:有无剂、剂、剂料;剂剂或片背面,是否剂料剂厚~是否有未干透或焦~有无露剂划断极烤
或物剂粒~异
5.裁片,剂格剂有无毛刺~外剂剂剂。确
;三,制片;前段,,
1.剂片,
a) 剂型和剂型正、剂片的剂准厚度~确号号极
b) 最高次片剂片后;档极NO.1或NO.1及NO.2,的厚度、外剂有无剂形、起泡、掉料、有无
粘机、剂。叠
c) 片的强度剂剂~极
2.分片,
a) 刀口剂格、大片片的剂格;剂剂,、外剂剂~极确
b) 分出的小片剂度~
c) 分出的小片有无毛刺、起剂、或裁斜、掉料;正,。
3.分片,档称
a) 量有无剂分~称
b) 外剂剂剂,尺寸超差;片尺寸、掉料、折痕、破剂、浮料、未刮剂等,。极
4.烘烤:
a) 箱度、剂剂的剂置~烤温
b) 放N2、抽空的剂剂性效果;目剂剂表,及剂剂剂隔。真
;四,制片后段,
1.剂剂、剂剂的剂度、剂度、厚度的剂~确2.剂剂、剂剂的点剂牢固性~3.剂必剂按工剂要求的公差剂度粘剂~胶
4.片表面不能有粉剂。极
(五)盖帽
1.裁剂接片,剂量尺寸剂格、剂剂有无毛刺、剂剂~
2.洗剂接片,剂剂剂接片是否洗干剂~清清
3.剂接片退火,剂剂有无用石墨粉覆盖~度~放入取出剂剂~烤炉温
4.剂盖帽,剂剂各剂配件是否日型相符~配是否到位~装与当号装
5.剂盖帽,剂剂剂高度及外剂~冲冲
6.全剂,剂前工序剂工自剂剂剂的效果剂行剂核~防止不良品流入下一工序~
7.折剂接片,剂剂有无漏折、裂、有无折到位~断
8.点盖帽,剂剂有无漏点、点、点穿~虚
9.全剂,剂前工序剂工自剂剂剂的效果剂行剂核~防止不良品流入下一工序~
10.套套管,剂剂尺寸、套管位置~11.烘,烘度、剂剂、烘效果。烤烤温烤
(六)卷剂
1.各型的剂剂、隔膜剂、卷尺的剂格、剂;剂,的卷剂注意事剂~号壳
2.剂存片的剂剂剂~极状
3.点剂的牢固度;剂、剂,~剂正的牢固性、剂的外剂~极壳壳极极
4.剂剂剂片的放置~
5.折、剂合盖帽;剂,注意剂物外露和剂外剂的剂剂~壳壳
6.定盖工位,偏移度。
?注意先下拉先生剂。
(七)剂接
1.剂、剂剂池剂接剂注意沙孔~壳
2.剂接剂的剂剂、剂接剂抽剂的剂剂~壳
3.剂漏工位~
4.打。胶
?注意先下拉先生剂。
(八)注液
1.各剂型注液量~号
2.手套箱的度和室度~内湿内湿
3.剂池水分剂剂及放和抽空剂剂~气真
4.烘前剂池在箱放置注意事剂~烤烤
5.烘烤12小剂后剂池上下剂剂位~6.剂池注液前后的封口。
(九)剂剂
1.分容、化成的剂置~参数
2.化成剂剂解液流出剂工有有及剂擦掉~没
3.剂督生剂部新剂工的操作~4.注液剂下的剂芯上注液孔是否有剂剂落~来胶脱
5.各剂剂剂剂池是否明剂剂剂分~区
6.提前亮的点要剂明灯原因~
7.爆炸后剂点的校剂~
8.剂、剂的分~壳柜区
9.封口剂哪号来些型要倒剂剂剂
10.封口剂剂是否使剂剂芯剂形~
11.封口后上否及剂洗~清
12.剂具剂是否剂~是否有剂剂~清
13.剂接剂剂的子柜况爆炸后剂剂的剂剂~剂点剂剂剂流曲剂的情剂的~
14.剂置、老化和封口的剂区温湿境度。(十)包装
1.剂有的客剂抱怨剂容量低的要加2分剂容量;2.剂天宇剂个客剂要控制尺寸的下限;3.型剂池号清条更改剂是否理整拉,防止混料;4.剂出的不良品是否用剂色周剂盒子~是否明剂剂剂~装5.剂剂上有特剂要求的是否得到剂工的理解和剂行~6.剂剂容是否正~剂剂方内确确向和位置是否正~7.剂板和剂剂上是否有~胶
8.剂剂剂器是否在有效期内~防止失准剂器在剂上使用;剂剂所有工位,
范文四:锂电池无尘车间设计
广州卓耀机电安装工程有限公司
锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLIB)两类。 其中,液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。
正极采 用锂化合物LiCoO2,LiNiO2或LiMn2O4,负极采用锂—碳层间化合物LixC6,
典型的电www.wenkU1.com池体系为: (-) C | LiPF6—EC+DEC | LiCoO2 (+)
正极反应:LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe- ----------- (2(1)
负极反应:6C+xLi++xe-=LixC6 ----------- (2(2)
电池总反应:LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6 -----------
(2(3) 聚合物锂离子电池的原理与液态锂相同,主要区别是电解液与液态锂不同。
电池主要的构造包括有正极、负极与电解质三项要素。
所谓的聚合物锂离子电池是说在这 三种主要构造中至少有一项或一项以上使用高分子材料做为主要的电池系统。
而在目前所开发的聚合物锂离子电池系统中,高分子材料
1
主要是被应用于正极及电解 质。
正极材料包括导电高分子聚合物或一般锂离子电池所采用的无机化合物,电解质则可以使用固态或胶态高分子电解质,或是有机电解液。
一般锂离子技术使用液 体或胶体电解液,因此需要坚固的二次包装来容纳可燃的活性成分,这就增加了重量,另外也限制了尺寸的灵活性。
而聚合物锂离子工艺中没有多余的电解液,因此 它更稳定,也不易因电池的过量充电、碰撞或其他损害、以及过量使用而造成危险情况。
新一代的聚合物锂离子电池在形状上可做到薄形化(ATL电池最薄可达0.5毫米,相于一张卡片的厚度)、任意面积化和任意形状化,大大提高了电池造型设计 的灵活性。
从而可以配合产品需求,做成任何形状与容量的电池,为应用设备开发商在电源解决方案上提供了高度的设计灵活性和适应性,以最大化地优化其产品性 能。 同时,聚合物锂离子电池的单位能量比目前的一般锂离子电池提高了50%,其容量、充放电特性、安全性、工作温度范围、循环寿命(超过500 次)与环保性能等方面都较锂离子电池有大幅度的提高。
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范文五:纯锂电池的包装要求
有关纯锂离子电池(功率大于 2.7WH )的包装要求
(这个主要是指我们经常走货的手机电池,笔记本电池等功率大于 2.7WH 的电池)
第 1种:每个电池都需要绝缘的独立包装,
一箱只能有 2个电池,一箱不超 2.5kgs ,每个箱子都要贴电池标签 +收发货人信息
第 2种:可以进行合成包装 :即“ OVERPACK “ 图示如下:
可将几个小箱货可以放进一个大箱子里面,每个小箱子仍然要求:
一箱只能有 2个电池,一箱不超 0.5kgs ,每个箱子都要贴电池标签, 不需要贴 收发货人 信息
大 箱 子 不 能 超 10.0kgs , 但 是 大 箱 子 外 面 也 一 定 要 贴 电 池 标 签 + 收 发 货 人 信 息 + “ OVERPACK ” 字样 + ATTANTION 说明
电池标签有两种,如果小箱子太小,可以贴小标签:小箱子贴标签 size :105 X 75 MM
大箱子贴标签 size :
120 X 110 MM