锂电池基础知识

锂离子电池基础知识河南环宇锂电事业部电池术语开路电压：电池开路时，正负极之间的电位差叫开路电压标称电压：为标明电池或电池组电压所取的电压近似值。电池的内阻：电流通过电池内部所受到的阻力叫电池内阻。电池内阻包括欧姆电阻和极化电阻。电池的容量：电池的容量是指在一定放电制度下，电池所能给出的电量，其单位为安培小时，简称安时，亦可用毫安时表示。（mAh、Ah=1000mAh）。计算方法：放电电流（mA或A）*放电时间（小时）电池的容量可分为：可分为理论容量、标称容量、设计容量、额定容量和实际容量。放电平台：放电平台是电池完全充电后，在任何倍率的放电电流下下放电至一定电压（一般3.6V）时的放电时间。是衡量电池好坏的重要标准。自放电率：又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。放电倍率：放电倍率是以放电电流强度在数值上等于该电池额定容量的倍数来表示的放电速率，单位为倍率。通常以字母ItA或C表示。如电池的标称额定容量为600mAh时，600mA为1C（1倍率），300mAh则为0.5C,6A(600mAh)为10C.以此类推.放电电流=放电倍率*额定容量充电终止电压：电池充电所允许的最高电压叫充电终止电压。放电终止电压：电池放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压称为放电终止电压。电池短路：电池短路可分内部短路和外部短路，电池内部两电极间形成的电子导电，称为电池短路或叫电池内部短路。电池内部短路往往导致电池的报废。电池外部短路：电池正负极集流端子之间的负载电阻与电池内阻相比可忽略不计，这种情况叫电池外部短路。电池种类划分一次电池小型二次电池：镍镉、镍氢、锂离子等铅酸电池动力二次电池：镍镉、镍氢、锂离子等燃料电池太阳能电池-地面光伏发电其他新型电池一、锂离子电池的分类通信及便携式工具用锂离子电池动力圆柱锂离子电池锂离子聚合物电池锂离子聚合物动力电池二、锂离子电池的组成1、电池盖、极耳2、正极—活性物质为氧化钴锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料、磷酸铁锂等3、负极—活性物质为碳4、隔膜—一种特殊的复合膜5、有机电解液、凝胶电解液6、电池壳、铝塑包装膜1、锂离子电池结构图2、锂聚合物结构图三、锂离子电池的工作原理锂离子电池的正极材料是含锂的金属氧化物构成，负极一般是碳。当电池充电时，电池正极上的锂离子，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，到达负极的锂离子嵌入到碳层中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。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。在电池充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以锂离子电池又叫摇椅式电池。四、锂离子电池的优、缺点优点（1）工作电压高（2）比能量大（3）循环寿命长（4）自放电率低（5）无记忆效应（6）无污染缺点（1）电池成本高—原材料价格高（2）安全性差—有机电解液体系应用，电池的滥用都会引发电池安全问题（3）为避免电池安全问题，电池应用时必须加装保护线路几类二次电池的电性能和经济性能的分析项目铅酸电池镍镉电池镍氢电池钴锂电池锰锂电池铁锂电池体积密度64wh/l75wh/l170wh/l320wh/l200wh/l180wh/l质量密度27wh/kg50wh/kg70wh/kg150wh/kg110wh/kg90wh/kg循环寿命25010007506002501500自放电率5%/月20%/月30%/月5%/月10%/月5%/月安全性能很好很好较好较差较好很好低温性能好很好较好较差较差差高温性能较好很好好较差很差很好倍率放电好很好较好好好差环境污染严重污染严重无污染无污染无污染无污染五、通信及便携式工具用锂离子电池高能量密度锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半,体积是镍镉的40-50%,镍氢的20-30%。高电压一个锂离子电池单体的工作电压为3.7V(平均值),相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。无污染锂离子电池不含有诸如镉,铅,汞之类的有害金属物质。不含金属锂锂离子电池不含金属锂,因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制。循环寿命高在正常条件下,锂离子电池的充放电周期可超过500次。无记忆效应记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中,电池的容量减少的现象.锂离子电池不存在这种效应。快速充电使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器可以使锂离子电池在一至两个小时内得到满充。六、锂离子聚合物电池安全性能好：外包装为铝塑包装，采用软包装技术，内部质量隐患可立即通过外包装变形而显示出来，一旦发生安全隐患，不会爆炸，只会鼓胀；超薄设计：适合各种超薄电器，而液态锂离子电池在厚度做到3.6mm以下时存在技术瓶颈；重量轻：聚合物锂电比同等规格的钢壳液锂轻40％，比铝壳液锂轻20％；容量大：聚合物比同等规格的钢壳液锂容量高10-15％，比铝壳液锂容量高5-10％；内阻小：目前我司的产品内阻能够作到35mΩ以下，使电池容量能够更大发挥，相同的容量，在有的设计中，会因内阻大小不同，使用时间相差20-50%；放电特性佳：聚合物锂电采用胶态电解质，具有更平稳的放电特性和更高的放电平台。七、动力圆柱锂离子电池动力型18650锂离子电池(1200MAH),通过选用特殊的正极磷酸铁锂以及高导电的电解液，通过调整电池结构，可以在10倍率条件下高倍率使用,专用于电动工具或其它需大倍率放电器具。根据UL，CE等安全认证标准，我们做了冲撞、过充、短路、钉穿及130℃高温冲击实验，甚至在一些不当使用条件下，电池均能安全使用。动力锂离子圆柱电池不同倍率放电情况0.5C1C5C7C10C1#134113511353133912552#128012861285126211951#1C/0.5C=100.7%5C/0.5C=100.9%7C/0.5C=99.9%10C/0.5C=93.1%2#1C/0.5C=100.5%5C/0.5C=100.4%7C/0.5C=98.6%10C/0.5C=93.4%八、锂离子聚合物动力电池特点磷酸铁锂以铁、磷为原料，其来源丰富,价格低廉,被认为是动力锂离子电池首选正极材料磷酸铁锂放电平台3.2~3.3V,低于钴酸锂、锰酸锂3.6~3.7V，但其放电平台更平稳磷酸铁锂具有优良的大电流放电特性，可承受7C的连续放电及20C以上的瞬间放电。LiFePO4以其在价格、安全性、热稳定性及大倍率放电性等方面的特性，决定了其在动力用锂离子电池领域有着无法比拟的优势，有着极大的市场空间。可靠的安全性荷电态150℃高温冲击温升数据图热箱测试曲线图0501001502000510152025303540455055606570时间(min)温度(0C)电池温度环境温度3C10V过充电压电流温升曲线图Current(A),Voltage(V),Temperature(C)_1vs.Test_Time(s)0510152025303500.0004500.0005500.000Test_Time(s)Current(A),Voltage(V)020406080100Temperature(C)_1Current(A)Voltage(V)Temperature(C)_1优良的电性能0.5C充1C放循环寿命曲线图40005000600070008000900010000110001200013000140001100200300400500循环次数Q/mAh高温放电容量常温放电容量11.21.41.61.822.22.42.62.833.23.43.63.84012345678910111213放电容量(Ah)电压(V)1C放电3C放电5C放电7C放电10C放电不同倍率放电电压图九、锂离子电芯的各项性能中华人民共和国国家标准《蜂窝电话用锂离子电池总规范》解读（GB/T18287-2000）1、额定容量：生产厂表明的电池容量，指电池在环境温度为20℃±5℃条件下，以5h率放电至终止电压时所应提供的电量，用C5表示，单位为Ah/mAh。2、标称电压：用以表示电池电压的近似值。3、终止电压：规定放电终止时电池的负载电压，其值为n×2.75V。4、充电制式：电池可以采用下列制式之一进行充电A)在环境温度20℃±5℃条件下，以0.2C5A充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01C5A，最长充电时间不大于8h，停止充电。此充电制式为检验的仲裁充电制式。B)在环境温度20℃±5℃条件下，以1C5A充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01C5A，最长充电时间不大于8h，停止充电（以下说的充电如果没有另外说明都按此二种充电制式规定）5、20℃放电性能：A）0.2C5A放电性能：电池充电后搁置0.5h-1h，在20℃±5℃的温度下以0.2C5A电流放电到终止电压，此试验可以重复循环5次，当有一次循环的电池容量达到放电时间不低于5h时，试验即可停止。B）1C5A放电性能：电池充电后搁置0.5h-1h，在20℃±5℃的温度下以1C5A电流放电到终止电压，电池的放电时间应不低于51min。6、高温性能：电池充电后放入55℃±2℃的高温箱中恒温2h，然后以1C5A电流放电至终止电压，放电时间不低于51min，试验结束后，将电池取出在环境温度20℃±5℃的条件下搁置2h，然后目测电池外观应无变形，无爆裂。7、低温性能：电池充电后放入-20℃±2℃的低温箱中恒温16h-24h后，以0.2C5A电流放电至终止电压，放电时间应不低于3h，试验结束后，将电池取出在环境温度20℃±5℃的条件下搁置2h，然后目测电池外观应无变形，无爆裂。对聚合物锂离子电池，充电后放入-10℃±2℃的低温箱中恒温16h-24h后，以0.2C5A电流放电至终止电压，放电时间应不低于3.5h，试验结束后，将电池取出在环境温度20℃±5℃的条件下搁置2h，然后目测电池外观应无变形，无爆裂。8、荷电保持能力：电池充电后在环境温度20℃±5℃条件下，将电池开路搁置28d，再以0.2C5A电流进行放电至终止电压，放电时间应不低于4.25h。9、循环寿命：在环境温度20℃±5℃条件下，以1C5A充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于20mAh停止充电，搁置0.5h-1h，然后以1C5A电流放电至终止电压，放电结束后，搁置0.5h-1h，再进行下一个充放电循环，直至连续两次放电时间小于36min，则认为寿命终止，电池的循环寿命应不低于300次。10、环境适应性A）恒定湿热性能：电池充电后放入40℃±2℃，相对湿度为90%-95%的恒温恒湿箱中搁置48h后，将电池取出在环境温度20℃±5℃的条件下搁置2h，然后目测电池外观应无明显变形，锈蚀，冒烟或爆炸，再以1C5A电流放电至终止电压，放电时间应不低于36min，B）振动：电池充电结束后，将电池直接安装或通过夹具安装在振动台的台面上，按下面的振动频率和对应的振幅调整好试验设备，X,Y,Z三个方向每个方向上从10Hz-55Hz循环扫频振动30min，扫频速率为？/min、振动频率为：10Hz-30Hz位移幅值（单振幅）0.38mm或振动频率：30Hz-55Hz位移幅值（单振幅）0.19mm,振动结束后电话外观应无明显损伤、漏夜、冒烟、爆炸，电池电压应不低于3.6VC）碰撞：电池振动实验结束后，将电池平均按X、Y、Z三个互相垂直轴向直接或通过夹具坚固在台面上，按下述要求调好加速度、脉冲持续时间，进行碰撞试验。脉冲峰值加速度：100m/s*s，每分钟碰撞次数：40~80，脉冲持续时间：16ms，碰撞次数：1000±10，碰撞结束后将电池自实验台取下，电池外观无明显损伤、漏夜、冒烟、爆炸，电池电