8-电池基础知识培训(第2部分)鹏辉

第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR2006年3月23日第1页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR化学电源（电池）基本知识主讲：刘建华博士广州鹏辉电池有限公司第2页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR七、镍镉电池目录第3页一、化学电源概述二、电池的组成三、电池分类四、镉镍、氢镍、锂离子电池的及反应原理五、电池的生产流程六、电池的性能参数八、镍氢电池九、磷酸铁锂电池十、成品电池鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR定义：电化学电池是一种把氧化还原反应所释放出来的能量直接变成低压直流电能的装置化学电源所具备的优点：1、能释放能量又能储存能量，能把化学能转化成电能储存起来2、能量转换率高，工作时对于环境及设备没有污染、没有噪音3、工作范围广，对环境适应性强，高低温、振动、冲击、失重条件下均可正常工作4、电池的主要参数：电压、电流、容量及电池形状均可在较宽的范围内变动，因此电池可设计成任意形状和大小5、携带方便，使用简单，具有长期储存能量和瞬间释放出能量的能力概述第4页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR电池化学能与电能相互转变的装置称为电化学电池利用两电极的电极反应产生电流的装置称为化学电池电解池利用电能发生化学反应的装置称为电解池可逆反应指可以向着反应的返方向进行的反应，例如：Cd+2NiOOH+2H2O2Ni（OH)2+Cd（OH)2可逆电池指电池的总反应或每个电极上进行的反应可逆化学反应可逆能量转移可逆第5页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR主要由电极、电解质、隔膜、外壳组成电极——是电池的核心部分，主要由活性物质和导电骨架组成。活性物质是指正负极中参加成流反应的物质，决定电池基本特性的重要部分。电解质——主要担负正负极间电荷传递作用，也参加电极反应。隔膜——将正负极隔开，防止正负极之间电子短路，允许离子通过。外壳——是电池的容器。第6页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR第7页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR第8页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR第9页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR一、电池按工作性质基本可分成四大类：一次电池，也称为原电池。只能使用一次，不可反复充电使用。如锌锰干电池，碱性锌锰电池，一次锂电池等。二次电池，习惯上又称为蓄电池，可多次充放电循环使用。如：镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池等。储备电池，采用隔离电池的某一重要组成，排除自放电，可长期保存。燃料电池，将氢气、甲醇、一氧化碳等燃料连续通入电池体时，电池就可连续放电，又称连续电池第10页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR第11页二、电池一般用电极活性材料或再加上电解质溶液种类来命名的。如：锌锰电池（活性材料正极是二氧化锰，负极是锌）。镉镍电池（正极活性材料是羟基氧化镍，负极是金属镉）；金属氢化物镍电池，通常也称为氢镍电池（活性材料正极是氢氧化镍或羟基氧化镍，负极是金属氢化物或储氢合金）锂离子电池是区别以金属锂做负极的锂电池而命名的，是以锂离子（Li+）嵌入化合物为正负极活性物质的二次电池。鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR第12页镉镍电池：（-）Cd/KOH/NiOOH（+）电池反应：Cd+2NiOOH+2H2O2Ni（OH)2+Cd（OH)2氢镍电池（指金属氢化物镍电池）：（-）MH/KOH/NiOOH（+）电池反应：MH+NiOOHNi（OH)2+M锂离子电池：（-）LiXC6/LiPF6有机电解质溶液/Li1-XCoO2（+）电池反应：Li1-XCoO2+LiXC6LiCoO2+6C放电充电放电充电放电充电鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR第13页正极片制造负极片制造卷绕入壳质溶液加电解封口化成分选分选包装或组装出货测试浆的质量检测极片质量及均匀性正极制浆负极制浆正极集流体负极集流体逐项、综合测试入库贮存隔膜鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR1.开路电压：外电路没有电流流过时的电压；2.工作电压：又称放电电压或负荷电压。是指有电流通过外电路时电池的电压；3.标称电压：Cd-Ni：1.2V，Ni-MH：1.2V，Li-ion：3.6V；4.电池的容量和额定容量容量：在一定放电制度下电池的放电容量，一般用Ah、mAh作为计量单位，不同的放电制度容量有所差别（如放电倍率、终止电压、环境温度等）。第14页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR额定容量：在规定的放电制度下电池应该具有的最低容量。一般是指20±2℃下，0.2C5A放电倍率到规定的终止电压时所放出的最低容量。5.内阻：主要是指电池欧姆内阻。包括电极电阻、电解液电阻、隔膜电阻及各部分之间的接触电阻等；6.充电性能：电池在不同条件下充电时所表现出的性能，一般测量充电电压-时间（V-t）曲线，可以描述充电特性；镉镍电池：充电过程电压上升，充电电压与充电制度有关，电流越大，电压越高；充电时的温度越高，充电电压越低。第15页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR氢镍电池：充电时V-t曲线与镉镍相似，但充电后期电压比Ni-Cd低。电池充电蓄电池维护的主要工作是充电；充电好坏不仅关系到电池放出容量的高低，还严重影响到电池的使用寿命。所以，一定要注意正确的充电方法及充电控制方式。第16页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR◎蓄电池有关使用和维护资料中提到的“小时率”和“倍率”是什么意思?“小时率”和“倍率”能常是指放电或充电电流的大小.当放电电流大于或等于额定容量的数值时,即额定容量在1小时内放完电,该放电电流值用“倍率”表示;如若放电电流小于额定容量数值时,即额定容量在大于1小时内放完电,该放电电流值用“小时率”表示.蓄电池的额定容量能常用“C”来表示.则“倍率”或“放电率”在C前加系数表示.例如:2倍率,即2C,其放电电流值为额定容量的两倍,而额定容量约半小时放完;2小时率,即0.5C,其放电电流值为额定容量值的1/2,而额定容量约2小时放完电.第17页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR常用的充电方式有以下几种：1）标准充电:用0.1C的电流充14-16小时.这是最常用的充电方法,一般检验电池容量都以此种充电为标准.2）中速充电:用0.2C的电流充6-7小时,这种方法可在较短的时间内完成充电.但不可充电太久,充入的电量最多不可过140%的额定的容量,时间太长有引起电池漏液的危险.第18页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR3)快速充电:一般用0.5-1C电流充电,在70-150分钟内充满.这种充电速度快,但是由于充电末期负极复合氧的速度小于正极生成氧的速度,快速充电时间必须用特殊的控制方法,以防止过充或漏液.A、-△V控制，用0.5C-1C充电时设置-△V5-10mV。B、温度速度控制，一般取△T/△t≥0.6-0.8C/min。C、充电最高温度控制；在电池组内加温度继电器，当达到设置的充电温度时，自动停止充电，这种控制方法简单，但受环境温充影响大。夏天时会充电不足，冬天太冷时有可能断不开。用温升速度控制时，电池组内需加入温度敏感元件，如：用热敏电阻为温度指示器。第19页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR4)涓流充电:用1/30-1/20C的小电流充电,这只是为了补充自放电的损失,在电池充电后一直维持全充电的状态,用这么小的电流充电基本上不会增加容量;若希望对电池长期充电时,充电电流必须设定在1/30-1/20C的范围内;否则,对电池寿命有害.第20页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR充电的环境条件：温度对充电影响很大，温度最恰当的时候是10-30℃，温度过高，氧析出过电位下降，充电效率降低。除高温电池以外，在超过45℃的环境中很难把电池充满电。最多只能充到50-60%的容量。而当温度很低时，充电效率高，但负极复合氧的速度下降，容易形成高压，造成漏液，在0-10℃之间不可用快速充电，0℃以下用标准充电也很困难。最佳充电温度：20±5℃充电设备：可以是任意的直流电源，也可以用脉冲充电，但电源工作电压不要太低，至少要高于1.7V×单体电池数量;电压太低有时会充电不足.充电不宜用恒压充电，因为电池内阻很低。恒压充电的的初始电流很大,不但易损坏充电设备也对电池组有害,若想用恒压充电,必须加入限流电阻,并电流限定在前面规定的范围之内.鹏辉电池第21页第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR注意：不可并联充电：由于电池的电压，内阻不尽相同，并联充电时各电池的电流分布会很大，会造成某些电池地充而别一些电池充不足的问题；若必须并联充电时，各并联电池间必须加限流电阻调节，将电流限制在规定值内。鹏辉电池第22页第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR7.放电性能：电池在不同条件下放电时所表现出的性能。测量放电电压-时间（V-t）曲线，可以描述放电性能。镉镍电池：放电电压—时间曲线较为平稳，在0.2C放电时，电压约稳定在1.2V左右，放电电流越大，放电电压越低，温度升高，放电性能有所提高。氢镍电池：放电电压与镉镍电池相似，容量是Ni-Cd电池的1.5-2倍。第23页第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR镉镍电池概述主要部件：正负极板、电解液、隔膜、壳体其他零件：盖帽、密封圈二、镍镉密封碱性蓄电池分类用途分类：普通型、高温型、高功率极板结构分类：烧结式、发泡式、粘结式、极板盒式（袋式）外形结构分类：圆柱电池、扣式电池、小矩形电池一、一般结构第24页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR镍镉电池采用Ni（OH）2作为正极，CdO作为负极，碱液（主要为KON）作为电解液，镍镉电池充电时，正极发生如下反应：Ni（OH）2-e+OH-→NiOOH+H2O负极发生的反应：Cd(OH)2+2e→Cd+2OH-总反应为：2Ni(OH)2+Cd(OH)2→2NiOOH+Cd+2H2O放电时，反应逆向进行NiOOH+H2O+e→Ni(OH)2+OH-Cd+2OH-+2e→Cd(OH)2充电时，随着NiOOH浓度的增大，Ni(OH)2浓度的减小，正极的电势逐渐上升，而随着Cd的增多，Cd(OH)2的减小，负极的电势逐渐降低，当电池充满电时，正极、负极电位均达到一个平衡值，二者电势之差即为电池之充电电压。三、镍镉电池的电化学原理第25页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR第26页45℃20℃0℃1.81.71.61.51.41.31.21.145763210充电:0.2C×7hrs电压(V)充电时间(小时)温度对充电的影响鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR3C1C0.2C1.00.90.80204060120140100801.11.21.31.41.55C10C充电:0.2C×7hrs温度:20℃电压(V)容量(%)电流对放电的影响第27页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR第28页鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR五、影响电池性能的因素第29页容量：电极活性物质的量及活化程度内阻：电池结构、隔膜、电解液过充电：电极性能、负极氧复合能力过放电：电极性能自放电：电池结构、隔膜质量、杂质循环寿命：容量衰减、短路鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR第30页六、电池规格种类NI-CDNI-H高度2/31/2直径AAAAA、ASC、C、D容量400mAh800mAh1000mAh2000mAhNI-CD2/3AA400鹏辉电池第一部分基本知识小型充电电池知识讲座MCNAIR七、重要特性无维护工作快速充电快充型：1.5