小型充电电池知识讲座 1.ppt

第1页 化学电源 电池 基本知识 第2页 七 镍镉电池 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 十 铅酸蓄电池 八 镍氢电池 九 锂电池 十 成品电池 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 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 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 名词术语 第5页 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 电池的组成 MCNAIR 电池的结构 第7页 电池的结构 第8页 电池的结构 第9页 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 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 活性材料正极是羟基氧化镍 负极是金属氢化物 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 第12页 电池反应及原理 第13页 电池制造工艺流程 1 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 在一定放电条件下电池的放电容量 一般用Ah mAh作为计量单位 不同的放电条件容量有所差别 如电流 终止电压 环境温度等 第14页 电池的性能参数 额定容量 在规定的放电条件下电池应该具有的最低容量 一般是指20 5 下 0 2C5A放电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 电池的性能参数 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 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16页 电池的性能参数 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 外形结构分类 圆柱电池 扣式电池 小矩形电池 一 一般结构 镍镉蓄电池 第17页 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 镍镉蓄电池 第18页 镍镉蓄电池 第19页 四 镍镉电池的充放电特性 温度对充电的影响 电流对放电的影响 镍镉蓄电池 第20页 镍镉蓄电池 第21页 五 影响电池性能的因素 镍镉蓄电池 第22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 镍镉蓄电池 第23页 六 电池规格 种类NI CDNI H 高度2 31 2 直径AAAAA ASC C D 容量400mAh800mAh1000mAh2000mAh NI CD2 3AA400 七 重要特性无维护工作快速充电快充型 1 5 2 5h普通型 7 14h高倍率放电内阻小 放电电压平稳 适用于大电流或脉冲放电适用温度范围广 40 至 50 高温型工作温度可达 70 工作寿命长500次 1000次循环 镍镉蓄电池 第24页 八 优缺点 优点 电池可在任何环境下使用 无须维护携带方便 高 低温和高倍率放电特性良好 自放电小 使用寿命长 优良的耐过充过放性能 镍镉蓄电池 第25页 缺点 有记忆效应 成本比铅酸蓄电池高 氢镍电池概述 主要部件 正负极板 电解液 隔膜 壳体 其他零件 盖帽 密封圈 一 一般结构 氢镍蓄电池 第26页 二 优缺点 优点 比能量高 大约是镉镍电池的1 5 2倍优良好的耐过充 过放的保护性能 无污染和 记忆 效应 无大电流使用情况下可于镉镍电池互换 缺点 成本高于镍镉电池 充电时电池内压高 自放电损失高于镍镉电池 高 低温性能没有镍镉电池好 锂电池概述 锂电池 第27页 主要部件 正 负极板 电解液 隔膜 其他零件 保护电路板 外壳 二 分类 一 锂电池的组成 锂电池是用金属锂作为负极活性物质的电池的总称 可否充电分类 一次锂电和二次锂电 电解质分类 有机电解质锂电和无几电解质锂电 锂电池 第28页 三 锂电池的命名方法 GB10077标准 单体锂电池型号命名由四部分组成第一部分为体系字母代号 如下 第二部分为形状字母代号 R表示细长圆柱形 S表示方形 F表示扁方形代号BCDEIWK体系Li CFX nLi MnO2Li Bi2O3Li SOCl2Li I2Li SO2Li CuS第三部分用阿拉伯数字表示电池尺寸 第四部分电池工作特性代号 如下 A代表蓄电池M代表中倍率放电H代表高倍率放电S代表高温环境 100 150 例 CF241406表示Li MnO2扁方形电池 电池尺寸为24mm 14mm 6mm 锂电池 第29页 三 锂离子电池的性能 电压 3 3 3 8V工作温度 20 55 循环寿命500 1000次 四 锂离子电池的优缺点 比能量高工作电压高放电电压平稳贮存寿命长 钴资源少 价格昂贵电性能受温度影响较大安全性能差不适于高倍率充 放电 优点 缺点 铅蓄电池概述 一 一般结构 主要部件 正负极板 电解液 隔板 电解槽 其他零件 端子 连接条 排气栓等 二 分类 用途分类 启动用 牵引用 铁路客车用 航空用等 极板结构分类 涂膏式 管式 形成式 电解液和充电维护分类 干放电态 干荷电态 带液充电态 湿荷电态 免维护蓄电池和少维护蓄电池 其他分类方法 按电池盖和排气栓结构分类 使用条件分类 铅酸蓄电池 第30页 第31页 铅酸蓄电池 三 优缺点 优点 1 比较廉价2 容量及外观尺寸范围广 1Ah 几千Ah 3 电压在实用蓄电池中最高 2 2V4 易于浮充 没有记忆效应5 易于识别荷电状态 缺点 1 使用寿命较镉镍和铁镍蓄电池短2 比能量低 一般为30Wh Kg 40Wh Kg3 不适合制作低容量 小尺寸电池4 放电态长期保存会导致电极的不可逆硫酸盐化5 在某些结构电池中由于氢的析出 有爆炸危险6 在某些结构和用途中 由于氢化锑和氢化砷析出而引起公害 D 10 0 10 5mmH 44 0 45 0mm 第32页 成品电池 NI MHAAA NI MHAA D 14 0 14 5mmH 49 5 50 5mm 第33页 成品电池 NI CDAA T 14 4 14 8mmW 42 3 43 3mmH 49 9 50 9mm 第34页 成品电池 T 14 2 14 6mmW 42 3 43 3mmH 29 9 30 9mm 第35页 成品电池 NI CD2 3AA 第36页 成品电池 NI CDSC组合电池 镍氢电池 镍镉电池 锂离子电池 铅酸电池 第36页 成品电池 1 电池使用完后或长期不使用是否可以保存在用电器内 如果用电器长时期内不再使用 最好将电池取出并放于低温 干燥的地方 如果不这样 即使用电器被关掉 系统仍会使电池有一个低电流输出 这会缩短电池的使用寿命 2 每次使用完后无绳电话都应放回机座吗 按照惯例及无绳电话的设计 每次使用后都应放回机座上 这样可以激活电池 补充放掉的容量及有于自放电的容量损失 建议间或将电池完全放电 以便恢复电池的初始容量及放电性能 如果长期不使用电话 最好还是要将无绳电话取下来 避免电池长期被过充电 另外 由于无绳电话即使在关机后 系统仍有一小电流在放电 因此 长期不用时应拆下电池 使其置于开路 使用时再充电 3 不同容量的电池组合在一起使用会出现什么问题 如果将不同容量或新旧电池混在一起使用 有可能出现漏液 零电压等现象 这是由于充电过程中 容量差异导致充电时有些电池被过充 有些电池未充满电 放电时有容量高电池未放完电 而容量低的则被过放 如此恶性循环 电池受损害而漏液或低 零 电压 4 什么是记忆效应 怎样消除记忆效应 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 5 电池出现零电压或低电压的可能原因是什么 电池遭受外部短路或过充 反充 强制过放 电池受高倍率大电流连续过充 导致电池极芯膨胀 正极直接接触短路 电池内部短路 或微短路 如 正负极片有毛刺穿透隔膜纸接触短路 正负极片放置不当 造成极片接触短路 或正极片接触钢壳短路 负极掉料进隔膜纸 隔膜纸本身有缺陷 正极极耳接触负极片短路 6 电池组零电压或低电压的可能原因有哪些 是否单支电池零电压插头短路 断路 与插头连接不好引线与电池脱焊 虚焊电池内部连接错误 连接片与电池之间漏焊 虚焊 脱焊等电池内部电子组件连接不正确 损坏 7 电池产品有哪些类型分别适合哪些应用领域 镍镉电池应用范围 无绳电话 电动玩具 电动工具 应急灯 家用电器 仪表器械 电动自行车 镍氢电池应用范围 无绳电话 电动玩具 电动工具 应急灯 家用电器 仪表器械 电动自行车 锂离子电池应用范围 移动电话 笔记本电脑 多种移动设备 小光碟播放机 小型摄像机 数码相机 8 温度对电池的性能有何影响 在所有的环境因素中 温度对电池的充放电性能影响最大 在电极 电解液界面上的电化学反应与环境温度有关 电极 电解液界面被视为电池的心脏 如果温度下降 电极的反应率也会下降 假设电池电压保持恒定 放电电流降低 电池的功率输出也会下降 如果温度上升则相反 即电池输出功率会上升 温度也影响电解液的传送速度 温度上升则加快传送 温度下降传送减慢 电池充放电性能也会受到影响 但温度太高 超过45 会破坏电池内的化学平衡 导致副反应的 9 电池充满电时温度为什么会急升 电压为什么会突降 当电池充满电后再继续充电属于过充 由于正极Ni OH 2已基本全部转化为NiOOH 电池电位在此一温度达到平衡值 最大值 此时外部的恒定电流过充使OH 氧化而产生氧气 化学反应 4OH e O2 2H2O 热量 生产的氧气透过隔膜纸与负极产生的镉复合 2Cd O2 2CdO 热量 该化合反应产生的热量很多 只是电池整个体系温度升高 故此时温度存在急剧上升的现象 而由于温度越高 电池平衡电位越低 故温升必然导致电池平衡电位下降 故此时电池电压存在突降现象 10 电池产品有哪些类型分别适合哪些应用领域 在所有的环境因素中 温度对电池的充放电性能影响最大 在电极 电解液界面上的电化学反应与环境温度有关 电极 电解液界面被视为电池的心脏 如果温度下降 电极的反应率也会下降 假设电池电压保持恒定 放电电流降低 电池的功率输出也会下降 如果温度上升则相反 即电池输出功率会上升 温度也影响电解液的传送速度 温度上升则加快传送 温度下降传送减慢 电池充放电性能也会受到影响 但温度太高 超过45 会破坏电池内的化学平衡 导致副反应的 11 充电态内阻与放电态内阻有何不同 充电态内阻指电池100 充满电时的内阻 放电态内阻指电池充分放电后的内阻 一般说来 放电态内阻不太稳定 且偏大 充电态内阻较小 阻值也较为稳定 在电池的使用过程中 只有充电态内阻具有实际意义 在电池使用的后期 由于电解液的枯竭以及内部化学物质活性的降低 电池内阻会有不同程度的升高 12 电池的内阻是怎样测量 电池的内阻是指电池在工作时 电流流过电池内部所受到的阻力 一般分为交流内阻和直流内阻 由于充电电池内阻很小 测直流内阻时由于电极容量极化 产生极化内阻 故无法测出其真实值 而测其交流内阻可免除极化内阻的影响 得出真实的内值 交流内阻测试方法为 利用电池等效于一个有源电阻的特点 给电池一个1000HZ 50mA的恒定电流 对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值 11 什么是自放电 影响因素有那些 是指电池在搁置过程中电压和容量自行减少的现象 也是电池电性能考核内容之一 主要由电极 电解液 隔膜 搁置条件等因素决定 自放电率用在单位时间里 电池容量降低的百分率表示 x C1 C2 C1 T 100 式中 C1 C2分别为电池搁置前 后的容量 T为搁置的时间 常用天来计算 12 电池漏液和爬碱 电解液是强碱溶液 有很高的腐蚀性和一定的表面张力 所以电池需要密封才能使用 即电解液不能外漏 但是如果电池的生产工艺设计不合理 生产过程操作不当 便会引起电池碱液从封口处析出和内压升高 造成盖帽的防爆孔或封口处无法