《锂离子动力电池基本知识》(1)

பைடு நூலகம்
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锂离子电池结构——隔膜


材质：单层PE（聚乙烯）或者 三层复合PP（聚丙烯） +PE+PP 厚度：单层一般为0.016～0.020mm 三层一般为0.020～0.025mm
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锂离子电池结构——电解液

性质：
无色透明液体，具有较强吸湿性。
应用：
主要用于可充电锂离子电池的电解液，只 能在干燥环境下使用操作（如环境水分小 于20ppm的手套箱内）。

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放电平台
锂离子电池完全充电后，放电至3.6V时 的容量记为C1，放电至3.0V时的容量记 为C0，C1/C0称为该电池之放电平台 行业标准1C放电平台为70%以上

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放电倍率



电池放电电流的大小常用"放电倍率"表示，即 电池的放电倍率用放电时间表示或者说以一 定的放电电流放完额定容量所需的小时数来 表示，由此可见，放电倍率表示的放电时间 越短，即放电倍率越高，则放电电流越大。 （放电倍率=额定容量/放电电流） 根据放电倍率的大小，可分为低倍率 （<0.5C）、中倍率（0.5-3.5C）、高倍率 （3.5-7.0C）、超高倍率（>7.0C） 如：某电池的额定容量为20Ah，若用4A电流 放电，则放完20Ah的额定容量需用5h，也就 是说以5倍率放电，用符号C/5或0.2C表示，为 低倍率。
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如何计算充电时间
充电时间(小时)=充电电池容量(mAh)/ 充电电流(mA)*1.5的系数 假如你用1600mAh的充电电池，充电 器用400mA的电流充电，则充电时间 为:1600/400*1.5=6小时

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锂离子电池保护线路——过充电保 护

过充电保护: 过充电保护 IC 的原理为： 当外部充电器对锂电池充电时，为防 止因温度上升所导致的内压上升，需 终止充电状态。此时，保护 IC 需检 测电池电压，当到达 4.25V 时（假设 电池过充点为 4.25V）即启动过度充 电保护，将功率 MOS 由开转为切断， 进而截止充电。

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电池术语与及使用基本常识
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容量




电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容 量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安 时（Ah）或毫安时（mAh）。 电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。 理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得 的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容 量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理 论电量，单位为Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。 实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它 等于放电电流与放电时间的乘积，单位为 Ah，其值 小于理论容量。 额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的 标准，保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低 限度的容量。
圆柱型 正极极 耳 密封圈 隔膜
限流开 关
绝缘垫
正极 负极
负极极 耳
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锂离子电池结构——正极
正极物质：钴酸锂+碳黑+PVDF
正极基体：铝箔（约0.020mm厚)
正极集流体：铝带（约0.1mm厚）
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锂离子电池结构——负极
负极集流体：镍带（约0.07mm厚）
负极基体：铜箔（约0.015mm厚)
负极物质：石墨+CMC+SBR
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充电循环寿命(Cycle life)
电池在完全充电后完全放电，循环进行， 直到容量衰减为初始容量的75%，此时 循环次数即为该电池之循环寿命 循环寿命与电池充放电条件有关 锂离子电池室温下1C充放电循环寿命可 达300-500次（行业标准），最高可达 800-1000次。

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记忆效应(Memory effect)
电池不管在有无被使用的状态下，由于 各种原因，都会引起其电量损失的现象。 电池完全充电后，放置一个月。然后用 1C放电至3.0V，其容量记为C2；电池初 始容量记为C0；1-C2/C0即为该电池之月 自放电率 行业标准锂离子电池月自放电率小于 12% 电池自放电与电池的放置性能有关，其 大小和电池内阻结构和材料性能有关
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化成

电池制造后，通过一定的充放电方式 将其内部正负极物质激活，改善电池 的充放电性能及自放电、储存等综合 性能的过程称为化成，电池只有经过 化成后才能体现真实性能。
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分容

电池在制造过程中，因工艺原因使得 电池的实际容量不可能完全一致，通 过一定的充放电制度检测，并将电池 按容量分类的过程称为分容

规格：
溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比） LiPF6浓度 1mol/l

质量指标：
密度（25℃）g/cm3 1.23±0.03 水分（卡尔费休法） ≤20ppm 游离酸（以HF计） ≤50ppm 电导率（25℃） 10.4±0.5 ms／cm
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以磷酸铁锂为正级材料的动力电池 特点
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内阻



电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低， 此阻力称为电池的内阻。 电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化， 因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地 改变。 电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括 电化学极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时 的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压 高于电动势和开路电压。 欧姆电阻遵守欧姆定律；极化电阻随电流密度增加而 增大，但不是线性关系，常随电流密度的对数增大而 线性增大。

正极 活性物质（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2\LiFeO4) 导电剂、溶剂、粘合剂、基体 负极 活性物质（石墨、MCMB) 粘合剂、溶剂、基体 隔膜（PP+PE） 电解液（LiPF6 + DMC EC EMC) 外壳五金件（铝壳、盖板、极耳、绝缘片）
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圆柱形锂离子电池结构图
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负载能力

当电池的正负极两端连接在用电器上 时，带动用电器工作时的输出功率， 即为电池的负载能力。
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内压

指电池的内部气压，是密封电池在充 放电过程中产生的气体所致，主要受 电池材料、制造工艺、电池结构等因 素影响。其产生原因主要是由于电池 内部水分及有机溶液分解产生的气体 于电池内聚集所致 。
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什么叫锂离子电池？


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LiXCoO2、LiXNiO2 、 LiXMnO2 或LiFeO4 负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。 电解质为溶解有锂盐LiPF6 、 LiAsF6等有机溶液。 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 的称为“摇椅电池”。 充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富 锂状态。 放电时则相反。



循环寿命长：循环寿命高达 2,000 次以上，为铅酸的 5倍、 镍镉的4倍以上。 放电功率大：放电功率分别为铅酸、镍氢电池的 6.6、2.5 倍， 极适用在需要高功率的工具电池，大型动力电池，特别是车 用电池部分。 充电时间短：充电时间不到 2 小时，仅需铅酸电池的1/4、 镍镉的1/2。 转换效率佳：转换效率达95%，优于铅酸的60 %、镍镉的 70%。 轻薄短小：体积重量仅为铅酸的50%，镍镉的70%。 无污染，不含任何对人体有害的重金属元素；



记忆效应是针对镍镉电池而言的，由于传统工艺中 负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它们 被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块 而使电池放电时形成次级放电平台。电池会储存这 一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点， 尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台 上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。 同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将 加深这一效应，使电池的容量变得更低。 要消除这种效应，有两种方法，一是采用小电流深 度放电（如用0.1C放至0V）一是采用大电流充放电 （如1C）几次。 镍氢电池和锂离子电池均无记忆效应
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充电率(C-rate)
C是Capacity的第一个字母，用来表示电 池充放电时电流的大小数值。 例如：充电电池的额定容量为1100mAh 时，即表示以1100mAh(1C)放电时间可 持续1小时，如以200mA(0.2C)放电时间 可持续5小时，充电也可按此对照计算。

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终止电压(Cut-off discharge voltage)
指电池放电时，电压下降到电池不宜再 继续放电的最低工作电压值。 根据不同的电池类型及不同的放电条件， 对电池的容量和寿命的要求也不同，因 此规定的电池放电的终止电压也不相同。

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开路电压(Open circuit voltage OCV)
电池不放电时，电池两极之间的电位差 被称为开路电压。 电池的开路电压，会依电池正、负极与 电解液的材料而异，如果电池正、负极 的材料完全一样，那么不管电池的体积 有多大，几何结构如何变化，其开路电 压都一样的。
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锂离子电池电化学反应机理
正极反应：LiCoO2==== Li1-xCoO2 + xLi+ + xe负极反应： C + xLi+ + xe- === CLix 电池总反应： LiCoO2 + C ==== Li1-xCoO2 + CLix 放电时发生上述反应的 逆反应。
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锂离子电池结构




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过放电(Over discharge)

电池若是在放电过程中，超过电池放电 的终止电压值，还继续放电时就可能会 造成电池内压升高，正、负极活性物质 的可逆性遭到损坏，使电池的容量产生 明显减少。