电池的分类及锂电池的基本特性.ppt

电池基本常识及锂电池的保护基本 特性,随着便携式移动电子产品的出现，如随身听，MP3，手机，摄像机，电脑等，人们更多地使用到能随身携带的电源，目前此种电源的最好形式是电池。,1：电池发展史,1600年Gilbert（美国）建立对电池的研究基础。 1791年Gavani（意大利）提出“动物电”学说。 1800年Volta（意大利）制成了闻名当且沿袭至今的“伏打电堆”并介绍锌银电池堆。 1859年Plante（英国）发明铅酸电池 1870年采用西门子发电机将铅酸电池改为二次电池。 1898年Jungner（瑞典）发明Cd-Ni碱性蓄电池。 1900年Jungner（瑞典）碱性Z-MnO2电池研制成功。 1901年Jungner（瑞典）与Edison（美国）合作发明Fe-Ni碱性蓄电池。 1901年Michaelowski（俄罗斯）发明Z-Ni电池。 1930年Drumm（爱尔兰）首先制备出实用的Z-Ni电池。 1932年Ackermann（德国）发明了烧结式电极板。 1939年1941年前苏联科学院院士A.H.PYMKUH研制成第一只实用型“氢氧燃料电池”。 1947年Neumann（法国）成功研制成密封式Cd-Ni电池。 1950年前苏联、法、德 烧结式开口Cd-Ni电池开始生产、碱性MnO2电池商品化。 1960S美、前苏联 研制成氢-镍电池。 1970S（美国）Li-SOCL2、Li-SO2在美国军事及宇宙飞船上应用。 1984年（荷兰）飞立浦公司解决了LaNi5合金在充放电过程中的容量衰减问题，拉开了MH-Ni电池开发热潮。 1990年（日本）日本索尼公司宣布制成了锂离子蓄电池并于1992年商品化。 1994年（美国）美国Bellcore公司宣布研制成功聚合物锂离子电池。,2：电池分类,化学电池：将物质的化学能通过电化学氧化还原反应直接转化成电能的一种装置。 物理电源：在一定条件下实现能量直接转化的物理器件。包括太阳能电池、光-化学-电、光-热-电及温差发电机等能量转化器件。 燃料电池：将燃料（和氧化剂）的化学能连续性转化为电能的电化学装置。 化学电池的分类： 按被充电能力分：一次电池、氧化银，锌锰电池，AAA，AA，2号电池等；手表，计算器中钮扣， 碘化锂电池等，二次电池（可再生电池）NI-MH，NI-Cd ，LI-ION Li-polymer 按电解质分：酸性电池：Pb-Acid 铅酸电池等电动自行车，汽车，摩托蓄电池 碱性电池：Zn-Ag、Zn-Hg、Zn-Ni、Cd-Ni、MH-Ni常见有AA，AAA，2号等 固体电解质电池：Li-I2、Li-AgRbI2 非水电解质电池：锂一次电池、锂二次电池、锂离子电池 贮备电池：电池活化之前，其关键组份与其他部分隔开：Mg电池系列，热电池，Li/SoCl2 燃料电池：质子交换膜，固体氧化物，熔融硫酸盐，甲醇等,5，传说的核动力电池 链式裂变反应释放的核能叫做核裂变能。这种20世纪出现的新能源，目前已占人类总能源消费量的6%。核能的和平利用，对于缓解能源短缺、减轻环境污染都具有重要意义。常用作原子电池中的放射性物质有钚238、钷147、锶90等。这种电池的突出特点是：寿命长、重量轻、不受外界环境影响、运行可靠。主要用于人造卫星、宇宙飞船、海上的航标与游动气象浮标，以及无人灯塔之中。现在也把原子电池作为人工心脏起搏器的电源，在医疗方面得到了应用。1978年原苏联的带有核装置的宇宙-954卫星掉在了加拿大北部的土地上；1996年11月俄罗斯发射的火星-96探测器失败，由于探测器上载有的4块核电池共含200g放射性元素钚，所以在其坠落位置尚未确定前，曾一度使澳大利亚处于全国高度戒备状态。超微型核电池，待机时间可以长达10年，虽然现在没有人可以验证是否属实，但是我们相信在目前没有任何手机可以媲美。铀（uranium）239核弹材料,3：电池的常用标准,电池的常用标准 IEC标准即国际电工委员会（International Electrical Commission），是由各国电工委员会组成的世界性标准化组织，其目的是为了促进世界电工电子领域的标准化。其中关于镍镉电池的标准为IEC285，关于镍氢电池的标准是IEC61436，锂离子电池目前IEC标准，一般电池行业依据的是SANYO或Panasonic的标准。 电池常用IEC标准有镍镉电池的标准为IEC602851999; 镍氢电池的标准为IEC614361998.1; 锂电池的标准为IEC619602000.11。 电池常用国家标准有镍镉电池的标准为GB/T11013_1996GB/T18289_2000;镍氢电池的标准为GB/T15100_1994GB/T18288_2000; 锂电池的标准为GB/T10077_1998YD/T998_1999,GB/T18287_2000。 另外电池常用标准也有日本工业标准JIS C 关于电池的标准及SANYOPANASONIC公司制定的关于电池企业标准。,电池有正负极之分 通常采用电池或电池组在不同条件下得实际充放电曲线来描述，并可派生出： 电池输出总能量： 电池平均输出功率： 电池的质量比能量：E/m 电池的体积比能量：E/V 电池的平均质量比功率： 电池的平均体积比功率： 应该指出，表征电池特性的放电曲线是随着电池本身状态及外部放电条件的变化而变化的 电池本身状态： 体系选择,4：电池的特性,5：锂离子电池原理及工艺流程,一、 原理 1.0 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 2.0 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 3.0工作原理 3.1 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 3.2 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。,6： 电池不良项目及成因：,1.容量低 2.内阻高 3.电压低 4.超厚 5.成因有以下几点 6.爆炸 7.短路 8.断路,锂离子电池对使用条件的要求也比较特殊，它要求将电压控制在2.54.2V/单体。如果使用时电压太低，会降低电池的使用寿命，充电时电压过高可能会引起爆裂。所以锂离子电池不能单独使用，必须配上电子保护线路以保证它工作在允许的范围之内，这样才能保证锂离子电池的安全性并有效的延长使用寿命。 由于锂离子电池的特殊性，它对充电器的要求也相当高，锂离子电池最理想的充电方式为恒流恒压方式，先以恒流充电至4.2V/单体，然后转为恒压充电。当电流小到一定程度后充电结束。锂离子电池对充电器的电压精度要求较高。电压少于额定（4.2V）0.1V就会导致充电不足，约少充15%左右的电量。电压超过额定（4.2V）0.1V又会引起过充，影响电池的安全性能。 根据锂电池的特点，要大量应用在各个不同的地方。又要保证使用者的人身和设备安全。因此必须采用保护电路以达到两者之间要求。,7：锂电池保护的重要性：,8：锂电池保护板原理,下图为采用S8261保护IC典型应用线路：,S8261 IC内部框图：,1.分析过充电保护过程：当检测到电池电压高于设定值时如4.30V时，过充电监测比较起输出高电平，经过振荡控制线路到逻辑控制分配器，通过0V充电禁止线路输出高电平，使上一个MOSFET截止，下一个导通，使得CO与VM 等电位，CO电平变低，充电控制MOSFET截止。停止充电，从而保护电池，防止过充损坏电池及发热爆炸。 2 2. 分析过放电保护过程：分析原理同上略 3.分析过放电电流保护过程：分析原理同上略,9：锂电池串并联特性,1）电池粒的串并联特性 电池粒串联时，电池电压不相等时，会出现电池使用时间缩短。因为电池会提前进入过充和过放电保护。 电压相等，但电池粒的容量不同，经过充放电循环也会出现电压不一致，因为充放电的曲线不一致导致。因而是严禁的。 2）当电池包容量的计算 容量的单位：毫安时（mAh） 串联