锂电池原理.doc

本文由mdzjx贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 锂电池原理 By：叶绿体 所谓锂离子电池实际上是一种锂离子浓度差电池，充放电过程是一个可逆的化学变化。 我们在买手机的时候，售货员常常说，回家后要把手机电池用光，直到没电自动关机，然后 再充满。如此循环。其实这种做法是错误的。经常过充过放，会对锂离子电池的正负极造 。 成永久的损坏。出现这种说法的原因，主要是人们把现在手机电池当成早期使用的的镍氢、 镍镉电池，因为镍氢电池具有记忆性，所以需要完全充放电，以便延长其寿命。锂电池则不 同， 要想发挥锂离子电池的最大效能， 就需要经常用它， 让锂电内的电子始终处于流动状态。 个人建议只要有空就充电，保持电池电量，不要等到手机自动关机再来充电，充电时间不要 过长，电池满了继续充电也是白充。 一块锂电池主要由电芯和电板组成。 传统的电芯厂商有日本三洋， 索尼和中国的比亚迪 （BYD） ，深圳比特等等。电池封装厂（包括电板和外壳）主要有比亚迪、比特、德赛、 。 飞毛腿、邦凯等，而日本三洋，索尼因成本居高而退出中国市场。一块普通原装电池在手 。 机厂商手中的成本至少为 15 元，一块高容量的电池将达到 20-40 元，市面上则要 30-60 元。 以上我说的是正规厂商！没有在吹友吧里买过那些“高容量电池” ，动手能力值得表扬，但 质量、安全性谁来保证！不过说实话，大家也看不出这些山寨电池的好坏，仅仅靠待机时间 长短来判断电池好坏，也就凑合着用了。诺基亚一块原装电池要卖到 100 到 500 元，不否认 其质量标准严格， 并且在研发测试方面投入的资金，例如安规认证，RoHS 证明等。但实 际成本摆在那（近年来诺基亚的电池也开始由国内的比亚迪供货） ，看来诺基亚是最大的 JS 啊。 那么锂电池是怎么工作的呢，看下面的图： 图一 稍微说明下 实线表示充电电流；虚线表示电池电压；横轴表示充电时间 当电池电压低于 Vmin 时（假设 3.3V） ，此时以涓流 Ipre 预充电，一般为正常充电电流 的 1/10。即 Ifull/10。 当电池电压上升到 Vmin 时，以正常电流 Iconst 充电（一般在 500mA 左右） ，直到电池 电压上升到 Vconst （4.2V） 。由图中可以看出，电池电压虽然到了 4.2V（并保持恒定） ， 但还是在充电的，只是充电电流在逐渐减小。直到充电电流小到 Ifull 时（图中可以看出这 个电流小于之前的预充电电流） 。我们才算电池充满电。 因此，电池电压达到 4.2V， 并不能说明电池已经满了。通过 Palm 的电源管理软件 （Power Hero）察看充电电流大小，就可以知道电池是否基本充满电。 上面图表中这么复杂的充电过程，显然不是地摊上随便买个二三十块的万能充能搞定 的。 电芯 保 护 及 监 测 电 路 手机 电源管理 座充 旅充 图二 目前我们使用的充电器一般有两种，座充和旅充。从上图中可以看出俩者的区别，充电 过程是需要程序控制的的，而手机本身是有电源管理芯片的，鉴于市场上良莠不齐的座充， 还是建议大家用旅充直接插手机充电吧。通过手机的内部电源管理系统中的充电管理 IC 控 制充电。 那么我们又是确定锂电池的总容量的呢？ 实验室里测试原理：用满电量的电池以恒定的电流放电，直到电池放光电量，计算放电 率与时间的乘积，就是电池容量了。 什么叫充满电池呢， 之前图一中我们说到 Ifull， 这个电流值的确定是电池容量的重要依 据，太大了充不满，太小了测出的容量会有所夸大，电池厂商当然希望这个值越小越好，因 为要达到较小的 Ifull，就需要更长的充电时间，这样测出的容量就会越大。这个值是要双方 协商确认了，既要保证一定的余量，又要充分利用其电芯的容量。 那么电量用光的定义又是啥呢？这个是要订货方确定的，因为各种电子产品的定义不 同，电子设备开机的最小电压也不同。如果电子产品甲工作电压的范围为 3V4.2V，另一 种电子产品乙的工作电压是 2.5V4.2V，那么对于同一块电池，乙对电池的利用率显然要 大于甲。 相对电池的总容量也大了。 所以这个开机最小电压也就是确定电池容量的另一个重 要参数。 这样电池容量定义的两个重要参数确定了，电池总容量也就确定了。 当然以上只是一个基本测量的原理， 精确的测量还必须考虑温湿度， 电池的自放电等因 素。 原装正规电池出厂之前必须有一个 learning 的过程（专业术语） 。 4.5 4 Voltage, V 3.5 EDV 3 0 1 2 3 Capacity, Ah 4 5 6 Qmax 图三 图三就是一个放电曲线， 他并不是一个线性的过程， 往往我们的软件算法上把它当成一 条直线，根据电压值算电池的容量，这种算法很不准确。 电池电路板上常常会用到 TI 的 BQ27000、 BQ26500 等， 我们称 Gas Gauge IC。 Learning 的过程其实就是电池进行一次完整的充放电， Gauge IC 在此过程中记录下放电曲线及其 Gas 相关数据，存放在内部寄存器中。这大概就是我们为什么称之为“学习“吧。BQ27000 的 自学能力很强，每一次完整的深度充放电过程，它就会自己学习一次，重新记录参数校准， 避免了电池老化等其他因素造成的电池容量偏差不准确。 Gas 是汽油的意思，怎么会用到电池上呢？因为最先是在汽车中提到了耗油量的概念， 所以现在人们沿用了 Gas Guage 来形容电池的容量。 （这里说的容量和之前提到的电池总容 量不同，这里是实时的容量） 。Gas Guage IC 的原理就是，通过电压测量，利用热敏电阻 测量电池温度， 通过很小的精密电阻上的压降及方向， 测量电流以及知道电池是充电还是放 电。如果对这个信号进行积分，就可以准确地测量电量。原装电池和山寨电池最大差别就在 于此，后配的电池不会和原机的软件配合，只能实现一些简单充放电功能。而对电量的监控 只是用简单的算法，大致估算。原装的电池电路板上 Gas Gauge IC 里的寄存器是有数据的。 它可以和外界通信， 可以对他进行编程， 调整电池电量算法。 所以一个真正的电源管理软件， 需要从电池上读取数据，计算出电量值。 （Palm 电池引脚上那么多的接口也不是白留的） 。 一个电池电路板上除了 Gas Gauge IC，还有什么呢？让我们看一个比亚迪的锂电池。 图四 图五 这块电池主要用了 BQ27000 作为 Gas Gauge IC。拆开 Palm 的电池，也是大同小异。这 个电路应该算是常用的标准电路。有 Gas Gauge IC，过流保护，过充，过放保护，还有热敏 电阻，电流检测电阻等。虽然这些保护电路，但实际使用还是建议不要长时间充电，以及手 机用到关机。一两个月左右可以进行一次完整地充放电过程，对电池校准，顺便活动活动筋 骨。 电量的计算实际是一个相当复杂的过程，温度补偿、自放电补偿和放电速率补偿 等等， 都是影响电量值的因素。 软件业内至今也没有一个简便的算法。 =BQ27000 与主控器之间是通过 HDQ 或 I2C 协议通信的。主控器通过读取 BQ27000 内部 各个寄存器记录的数据，并通过一定的算法，就可以知道电量了。 手机的续航能力不仅和电池有关，还和软件有关。也不多说啥了，用 Power Hero 查下待机时的电流，如果超过 6mA，你装的软件就有问题了。 1本文由二木泽贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 聚合物锂电池产品介绍 根据锂离子电池所用电解质材料不同， 锂离子电池可以分为液态锂离子电池 (lithium ion battery, 简称为LIB)和聚合物 锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP)两大类。聚合物锂离子电池所 用的正负极材料与液态锂离子都是相同 的，电池的工作原理也基本一致。它们 的主要区别在于电解质的不同, 锂离子电 池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子 电池则以固体聚合物电解质来代替, 这种 聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶 态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解 质。 聚合物锂离子电池可分为三类： 1.固体聚合物电解质锂离子电池。电解质为聚合物与盐的 混合物，这种电池在常温下的离子电导率低，适于高 温使用。 2.凝胶聚合物电解质锂离子电池。即在固体聚合物电解质 中加入增塑剂等添加剂，从而提高离子电导率，使电 池可在常温下使用。 3. 聚合物正极材料的锂离子电池。采用导电聚合物作为 正极材料，其比能量是现有锂离子电池的3倍，是最新 一代的锂离子电池。由于用固体电解质代替了液体电 解质,与液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池具有 可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也不会 产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝 塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的 比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极 材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提 高50以上。基于以上优点，聚合物锂离子电池被誉 为下一代锂离子电池 聚合物锂电池的基本组成 ? ? ? ? ? ? 正极材料 负极材料 隔膜 电解液 外包铝塑膜 铝镍复合带 ? ? ? 聚合物锂电池的正极材料体系主要分为 三种： 三元材料：Li（NiCoMn）O2 锰酸锂: LiMyO2 钴酸锂:LiCoO2 磷酸铁锂:LiFePO4 锰酸锂材料电池的组成 正极片：LiMyO2、导电剂、粘合剂，铝箔 负极片：C、导电剂、粘合剂、铜箔 微孔隔膜：聚丙稀/聚乙烯复合膜 有机电解液：LiPF6/EC+DEC 外壳及配件: 钢壳、铝壳、铝塑膜，铝镍复 合带。 电化学反应过程 充电过程： 正极反应： LiMO2 xLi+ + Li1-xMO2 + xe? 负极反应： xLi+ + xe- + C6 LixC6 放电过程： 正极反应：xLi+ + Li1-xMO2 + xe- LiMO2 ? 负极反应：LixC6 xLi+ + xe- + C6 ? 电池反应：LiMO2 + C = Li1-xMO2 + LixC6 钴酸锂材料电池的组成 正极片：LiCoO2 、导电剂、粘合剂，铝箔 负极片：C、导电剂、粘合剂、铜箔 微孔隔膜：聚丙稀/聚乙烯复合膜 有机电解液：LiClO4-PC+DME 外壳及配件: 铝壳、铝塑膜，铝镍复合带。 电化学反应过程 充电： LiCoO2Xli+ + Li1-xCoO2 + Xe Xli + + Xe - + C6 LixC6 ? 放电： Xli + + Li1-xCoO2 + Xe - LiCoO2 LixC6 Xli + + Xe - + C6 磷酸铁锂材料电池的组成 正极片：LiFePO4、导电剂、粘合剂，铝箔 负极片：C、导电剂、粘合剂、铜箔 微孔隔膜：聚丙稀/聚乙烯复合膜 有机电解液：EC、DMC、EMC、LiPF6 、 多种添加剂 外壳及配件: 钢壳，壳、铝塑膜，铝镍复合 带。 对各组成部份材料的要求 对正负极物质的要求 1、 正极电位超正，负极电位越负 2、 活性要高（反应快，得胜率高） 3、 活性物质在电解液中要稳定，自溶速 度要小 4、 活性物质要有良好的导电性能，电阻 小 5、 便于生产，资源丰富 对电解液的要求 1、 电导率高，扩散效率好，粘度低 2、 化学成份稳定，挥发性小，易贮存 3、 正负极活性物质在电液中能长期保持稳定 4、 便于使用 ? 对隔膜要求 1、 有良好的稳定性 2、 具有一定的机械强度和抗弯曲能力，有抗 拒枝晶穿透能力 3、 便于使用 4、 吸水性良好，孔径、孔率符合要求 ? 对外壳要求 1、有较高的机械强度，承受一般的冲击 2、具有耐工艺腐蚀的能力 电池工作原理图 充电 负极 + 锂离子 正极 放电 电解液 隔 膜 电池结构 柱形电池结构 锂离子电池安全特性 为了确保锂离子电池安全可*的使用，专家们进行了非 常严格、周密的电池安全设计，以达到电池安全考核 指标。 1. 隔膜135自动关断保护 采用国际先进的Celgard2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到 120的情况下，复合膜两侧的PE膜孔闭合，电池内阻增大，电池内部升 温减缓，电池升温达到135时，PP膜孔闭合，电池内部断路，电池不再 升温，确保电池安全可*。 2. 向电液中加入添加剂 在电池过充，电池电压高于4.2v的条件下，电液添加剂与电液中其他物 质聚合，电池内阻大副增加，电池内部形成大面积断路，电池不再升温。 3. 电池盖复合结构 电池盖采用刻痕防爆结构，电池升温时，电池内部活化过程中所产生的 部分气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。 4. 各种环境滥用试验 进行各项滥用试验，如外部短路、过充、针刺、平板冲击、焚烧等，考 察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击试验和振动、跌落、冲击 等力学性能试验，考察电池在实际使用环境下的性能情况。 电池的安全标准 电性能： 1、额定容量：0.5C放电，单体电池放电时间不 低于2h，电池组放电时间不低于1h54min （95%）； 2、1C放电容量：1C放电，单体电池放电时间不 低于57min（95%），电池组放电时间不低于 57min 95% 54min（90%）； 3、低温放电容量：-20下0.5C放电，单体或电 池组放电时间均不低于1h12min（60%）； 4、高温放电容量：55下0.5C放电，单体电池 放电时间不低于1h54min（95%），电池组放 电时间不低于1h48min（90%）； 5、荷电保持及恢复能力：满电常温下搁置28天，荷电保持放电时间 不低于1h36min（80%），荷电恢复放电时间不低于1h48min （90%）； 6、储存性能：进行贮存试验的单体电池或电池组应选自生产日期不 足3个月的，贮存前充5060的容量，在环境温度405， 相对湿度4575的环境贮存90天。贮存期满后取出电池组， 用0.2C充满电搁置1h后，以0.5C恒流放电至终止电压,上述试验可 重复测试3次，放电时间不低于1h12min（60%）； 7、循环寿命：电池或电池组采用0.2C充电，0.5C放电做循环，当连 续两次放电容量低于72min（60%）时停止测试，单体电池循环寿 命不低于600次，电池组循环寿命不低于500次； 8、高温搁置寿命：应选自生产日期不足三个月的单体电池的进行高 温搁置寿命试验，进行搁置前应充入50%5%的容量，然后在环 境温度为552的条下搁置7天。7天后将电池取出，在环境温 度为205下搁置25h。先以0.5C将电池放电至终止电压， 0.5h后按0.2C进行充电，静置0.5h 后，再以0.5C恒流放电至终止 电压，以此容量作为恢复容量。以上步骤为1周循环，直至某周放 电时间低于72min（60%）,试验结束。搁置寿命不低于56天（8周 循环）。 安全性能 ? 1、持续充电：将单体电池以0.2ItA恒流充电，当单体 电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电并保 持28d，试验结束后，应不泄漏、不泄气、不破裂、不 起火、不爆炸（相当于满电浮充）。 2、过充电：将单体电池用恒流稳压源以3C恒流充电， 电压达到10V后转为恒压充电，直到电池爆炸或起火或 充电时间为90min或电池表面温度稳定（45min内温差 2）时停止充电，电池应不起火、不爆炸 （3C10V）；将电池组用稳压源以0.5ItA恒流充电，电 压达到n5V（n为串联单体电池数）后转为恒压充电， 直到电池组爆炸或起火或充电时间为90min或电池组表 面温度稳定（45min内温差2）时停止充电，电池应 不起火、不爆炸。 3、 强制放电（反向充电）：将单体电池先以 0.2ItA恒流放电至终止电压，然后以1ItA电流 对电池进行反向充电，要求充电时间不低于 90min，电池应不起火、不爆炸；将电池组其 中一只单体电池放电至终止电压，其余均为充 满电态的电池，再以1ItA恒流放电至电池组的 电压为0V时停止放电，电池应不起火、不爆炸。 4、短路测试：将单体电池经外部短路90min， 或电池表面温度稳定（45min内温差2）时 停止短路，外部线路电阻应小于50m ，电池 应不起火、不爆炸；将电池组的正负极用小于 电阻0.1 的铜导线连接直至电池组电压小于 0.2V或电池组表面温度稳定（45min内温差 2），电池应不起火、不爆炸 机械试验 1、挤压：将单体电池放置在两个挤压平面中间，逐渐增 加压力至13kN，圆柱形电池挤压方向垂直于圆柱轴的 纵轴，方形电池挤压电池的宽面和窄面。每只电池只 能接受一次挤压。试验结果应符合4.1.2.1的规定。在电 池组上放一直径为15cm的钢棒对电池组的宽面和窄面 挤压电池组，挤压至电池组原尺寸的85，保持5min， 每个电池组只接受一次挤压。 2、针刺：将单体电池放在一钢制的夹具中，用3mm 8mm的钢钉从垂直于电池极板的方向贯穿（钢针停留 在电池中），持续90min，或电池表面温度稳定 （45min内温差2）时停止试验。 3、重物冲击：将单体电池放置于一钢性平面上，用直径 15.8mm的钢棒平放在电池中心，钢棒的纵轴平行于平 面，让重量9.1kg的重物从610mm高度自由落到电池中 心的钢棒上；单体电池是圆柱形时，撞击方向垂直于 圆柱面的纵轴；单体电池是方形时，要撞击电池的宽 面和窄面，每只电池只能接受一次撞击。 4、机械冲击；将电池或电池组采用刚性固定的方法 （该方法能支撑电池或电池组的所有固定表面）将电 池或电池组固定在试验设备上。在三个互相垂直的方 向上各承受一次等值的冲击。至少要保证一个方向与 电池或电池组的宽面垂直，每次冲击按下述方法进行： 在最初的3ms内，最小平均加速度为735m/s2，峰值加 速度应该在1225 m/s2和1715 m/s2之间。 5、 振动：将电池或电池组直接安装或通过夹具安装在 振动台面上进行振动试验。试验条件为频率10Hz 55Hz，加速度29.4 m/s2，X,Y,Z每个方向扫频循环次数 为10次，扫频速率为1oct/min。 6、自由跌落：将单体电池或电池组由高度（最低点高 度）为600mm的位置自由跌落到水泥地面上的20mm厚 的硬木板上，从X,Y,Z三个方向各一次。自由跌落结束 后。 环境适应性： 1、高温烘烤：将单体电池放入高温防爆箱 中，以（52）/min升温速率升温 至130，在该温度下保温10min。 2、高温储存：将单体电池或电池组放置 在752的烘箱中搁置48h，电池应， 应不泄漏、不泄气、不破裂、不起火、 不爆炸。 以上参数为行业标准，实际参数以各个电 池生产厂商规格沪深为准。 电池的放电特性 不不不不不不不不不不循循循循 D is c h a rg in g C h a ra c te ris tic s a t V a rio u s C u rre n ts 4 .5 4 .0 Battery voltage (V) 0 .5 C m A 0 .2 C m A 3 .5 1 .0 C m A 3 .0 2 .7 5 C h a rg e : C C /C V , 2 0 C ,4 .2 V , 1 C m A x 2 .5 h rs . 2 .5 0 20 40 60 80 100 120 D is c h a rg e C a p a c ity ( % ) 电池的充电特性 不不不不不不不不不不循循循循 C h a rg in g C h a ra c te ris tic s a t V a rio u s C u rre n t 4 .5 C h a rg e v o lta g e 4 .2 4 .0 Charge voltage (V) C h a rg e c a p a c ity 3 .5 1Cm Ah C h a rg e : C C /C V , 4 .2 V , 2 0 C 0 .2 C m A 1C m A 3 .0 2 /3 C m A h C h a rg e c u rre n t 2 .5 1 /3 C m A h 2 .0 0 1 .0 2 .0 2 .5 3 .0 4 .0 5 .0 6 .0 7 .0 7 .5 C h a rg e tim e (h o u rs ) 0 Charge capacity (mAh) 不同材料体系电池的标准电压 三元材料： 3.6V ? 锰酸锂： 3.7V ? 钴酸锂： 3.7V ? 磷酸铁锂： 3.2V 各个材料体系电池的应用 常规的电池正极材料是钴酸锂LiCoO2，三元材 料则是镍钴锰酸锂Li（NiCoMn）O2，里面镍 钴锰的比例可以根据实际需要调整，三元材料 做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高，但 是平台太低。 由于三元材料的价格比钴酸锂材料便宜，目前 在一些低端聚合物电池产品可见使用。目前在 一些山寨手机上已经有在用三元材料的电池了， 特别是容量比较高的电池。 锰酸锂：目前锰酸锂电池成熟一些，已 经进入产业化阶段，丰田、本田、日产 电动车用的是锰酸锂电池。与锰酸锂电 池相比磷酸铁锂电池耐高温性好，一般 人认为相对安全性高一些。但其弱点是 导电性差，内阻大，工作时产生的热量 较多，目前的试验主要也是围绕着解决 这一问题来展开。现阶段主要与钴酸锂 混合使用。 钴酸锂：LiCoO2 是商品化锂离子电池最 早使用的正极材料，因其具有易于合成， 电压平台高，比能量适中，循环性能好 等优点，仍为锂离子电池的主流正极材 料。但由于其结构固有的特点，LiCoO2 在生产加工过程中，很容易被氧化，从 而使其容量急速衰退，存在过充安全隐 患 ，需要附加电路保护板。目前广泛应 用于手机，数码播放器，电子阅读器， 移动DVD，笔记本电脑，手持通讯设备， 医疗设备。 磷酸铁锂：磷酸铁锂电池 现在主要方向是动力电池， 相对钴酸锂电池在大倍率放电是有很大优势。 磷酸铁锂动力电池七大优势: 一、 超长寿命 ，循环寿 命在1000-2000次以上 。二、 使用安全，磷酸铁锂完 全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和 锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安 全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使 在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。三、 可大电 流5C快速充放电，最大峰值电流在45C以上。在专用 充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动 电流可达2C,而钴酸锂电池现在无此性能。四、 耐高温， 磷酸铁锂电热峰值可达350500而锰酸锂和钴酸 锂只在200左右。五、 大容量。六、 无记忆效应。 七、 绿色环保。 磷酸铁锂电池也有其缺点：例如磷酸铁 锂正极材料的振实密度较小，等容量的 磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂 离子电池，因此在微型电池方面不具有 优势。高倍率充放电时，实际比容量低， 这个问题是制约磷酸铁锂产业发展的一 个难点。磷酸铁锂之所以这么晚还没有 大范围的应用，这是一个主要的问题 。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 第一阶段（目前较为广泛）： 1电动工具：电钻、电锯、割草机等； 2遥控汽车、船、飞机等玩具； 3不间断电源（UPS）及应急灯、警示灯及矿灯(安全 性最好)； 4、替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍 氢可充电电池（尺寸完全相同）； 第二阶段（目前正在兴起）： 1轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板 电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等； 2太阳能及风力发电的储能设备； 3小型医疗仪器设备及便携式仪器等。 第三阶段（目前靠政府推动）： 1大型电动车辆：公交车、汽车、景点游览车及混合 动力车等。 电池的温度特性 工作温度范围：-20 60 oC。 不 不 不 不 不 不 不 不 不 不 循 循 循 循 D is c h a r g in g C h a r a c te r is tic s a t V a r io u s T e m p . 4 .5 C h a rg e : C C /C V , 2 0 C ,4 .2 V , 1 C m A x 2 .5 h rs . D is c h a r g e : C o n s ta n t c u r r e n t 0 .2 C m A 4 .0 Battery voltage (V) 60 C 20 C 3 .5 -1 0 3 .0 2 .7 5 2 .5 0 20 40 C 0 C 60 80 100 120 D is c h a r g e C a p a c ity ( % ) 电池的工作温度 锰酸锂电池： -50 45 oC。 ? 钴酸锂电池：-20 55 oC。 ? 磷酸铁锂电池：-20 70 oC 荷电保持能力及自放电率 电池充电结束后，在环境温度为205 oC条件下，将电池开路放置28天，再以 0.5CA电流进行恒流放电，放电时间不小 于1.8h。 ? 60 oC时：容量损失 25%。 ? 40 oC时：容量损失 22%。 ? 20 oC时：容量损失 8%。 电池的循环寿命 在环境温度205 oC的条件下，以1C5A 恒流充电，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 为105mA，停止充电；搁置0.5h1h， 然 后 以 1C5A 电 流 恒 流 放 电 至 终 止 电 压 2.75V；搁置0.5h1h，再进行下一个充 放电循环。直至连续两次放电容量小于 80%的1C5A放电容量，认为寿命终止， 循环寿命不小于300次。 循循循循循循循循 C y c le L ife 100 80 Discharge Capacity (%) 60 40 C h a rg e : C C /C V , 2 0 C ,4 .2 V , 1 C m A x 2 .5 h rs . D is c h a rg e : 0 .5 C m A , E n d V o lta g e = 2 .7 5 V Tem p: 20 C 20 0 0 100 200 300 400 500 N u m b e r o f C y c le s 电池其他一些零件 1. 2. 3. 4. 保护板 PTC 温度开关 外壳 锂离子电池保护板主要技术参数： ? 过充保护电压 ? 过流保护电流值 ? 过放保护电压 ? 过放恢复电压 ? 待机状态自耗电流（静态工作电流） ? 短路保护时间 ? 电池组还应有电压 1. 2. 3. 4. 5. 6. 保护板的主要零件： 底板:底板里覆的铜箔负责连接各个器件的引脚，外 面覆的一层阻焊油，表面喷锡处理。 控制IC（Q）:负责电池或电池组的充放电管理，当 IC检测到电池在充电或放电达到保护板的设定值时， 电路自动切断。 MOSFET（U）：简称MOS管，起的就像是一个开关 一样的作用。控制IC在发出命令后，由MOS来切断 IC MOS 电路。 电容（C）：用来储存多余电量的一个元件。 电阻（R）：电阻在电路中通常起分压分流的作用 NTC（负温度系电阻）：电阻阻值随温度增高而减 小，功能起保护作用，其标准以25摄氏度而定，不 同温度其阻值不同。 电池在长期处于过高（4.3V）或过低（2.0V） 的电压时，会影响电池的使用寿命。 ? 不同材料体系的电池的保护电压： 材料名 三元材 锰酸锂 钴酸锂 磷酸铁 称 料 锂 过充保 护电压 过放保 护电压 4.2V 4.2V 4.2V 3.65V 2.4V 2.4V 2.4V 2.0V ? 电池PACK的注意事项： 1. 外壳设计 电池外壳应有足够的机械强度以确保其内 部电芯免受机械伤害。 外壳内安装电芯的部位不应有锋利的边角。 外壳内空间应足够可以放入电芯，不至使 电芯被挤压变形。 2. 保护电路设计 过充的限制电压应小于4.25V（单节电芯）。 过放的限制电压应大于2.50V（单节电芯）。 保护电路应具有过电流及短路保护功能。 与电芯连接设计，请考虑尽可不要在组装 或使用中过程有让极耳受力，以免损及电芯 极耳。 3. 电芯与外壳组装注意事项 3.1 电芯的连接 建议使用超声波焊接或点焊技术来连接电芯与保护电路模块或 其它部分。 如使用手工锡焊，须注意以下事项，以保证电芯的功能： 烙铁的温度可控且防静电。 烙铁的温度不能超过320。 锡焊时间不能超过3秒； 锡焊次数不能超过5次； 必须在极耳金属片冷却后再进行二次焊接； 禁止直接加热电芯，高于60会导致电芯损坏。 禁止同时进行正负极拉焊（又叫拖焊），以免短路而损坏电芯。 3.2 电芯的安装 应将电芯的宽面安装在外壳内； 装电芯的位置不能有毛刺和尖锐边角； 电芯不能在壳内活动。 正负极连线不可拉得过紧。 组装过程中对电芯极耳不可有往返扭折，如有需要请不要超过 两次。并且不要拉拔。以免电芯极耳被拉断。 组装后要检查外壳内装电芯的位置不可有杂物。 1本文由mdzjx贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 锂电池原理 By：叶绿体 所谓锂离子电池实际上是一种锂离子浓度差电池，充放电过程是一个可逆的化学变化。 我们在买手机的时候，售货员常常说，回家后要把手机电池用光，直到没电自动关机，然后 再充满。如此循环。其实这种做法是错误的。经常过充过放，会对锂离子电池的正负极造 。 成永久的损坏。出现这种说法的原因，主要是人们把现在手机电池当成早期使用的的镍氢、 镍镉电池，因为镍氢电池具有记忆性，所以需要完全充放电，以便延长其寿命。锂电池则不 同， 要想发挥锂离子电池的最大效能， 就需要经常用它， 让锂电内的电子始终处于流动状态。 个人建议只要有空就充电，保持电池电量，不要等到手机自动关机再来充电，充电时间不要 过长，电池满了继续充电也是白充。 一块锂电池主要由电芯和电板组成。 传统的电芯厂商有日本三洋， 索尼和中国的比亚迪 （BYD） ，深圳比特等等。电池封装厂（包括电板和外壳）主要有比亚迪、比特、德赛、 。 飞毛腿、邦凯等，而日本三洋，索尼因成本居高而退出中国市场。一块普通原装电池在手 。 机厂商手中的成本至少为 15 元，一块高容量的电池将达到 20-40 元，市面上则要 30-60 元。 以上我说的是正规厂商！没有在吹友吧里买过那些“高容量电池” ，动手能力值得表扬，但 质量、安全性谁来保证！不过说实话，大家也看不出这些山寨电池的好坏，仅仅靠待机时间 长短来判断电池好坏，也就凑合着用了。诺基亚一块原装电池要卖到 100 到 500 元，不否认 其质量标准严格， 并且在研发测试方面投入的资金，例如安规认证，RoHS 证明等。但实 际成本摆在那（近年来诺基亚的电池也开始由国内的比亚迪供货） ，看来诺基亚是最大的 JS 啊。 那么锂电池是怎么工作的呢，看下面的图： 图一 稍微说明下 实线表示充电电流；虚线表示电池电压；横轴表示充电时间 当电池电压低于 Vmin 时（假设 3.3V） ，此时以涓流 Ipre 预充电，一般为正常充电电流 的 1/10。即 Ifull/10。 当电池电压上升到 Vmin 时，以正常电流 Iconst 充电（一般在 500mA 左右） ，直到电池 电压上升到 Vconst （4.2V） 。由图中可以看出，电池电压虽然到了 4.2V（并保持恒定） ， 但还是在充电的，只是充电电流在逐渐减小。直到充电电流小到 Ifull 时（图中可以看出这 个电流小于之前的预充电电流） 。我们才算电池充满电。 因此，电池电压达到 4.2V， 并不能说明电池已经满了。通过 Palm 的电源管理软件 （Power Hero）察看充电电流大小，就可以知道电池是否基本充满电。 上面图表中这么复杂的充电过程，显然不是地摊上随便买个二三十块的万能充能搞定 的。 电芯 保 护 及 监 测 电 路 手机 电源管理 座充 旅充 图二 目前我们使用的充电器一般有两种，座充和旅充。从上图中可以看出俩者的区别，充电 过程是需要程序控制的的，而手机本身是有电源管理芯片的，鉴于市场上良莠不齐的座充， 还是建议大家用旅充直接插手机充电吧。通过手机的内部电源管理系统中的充电管理 IC 控 制充电。 那么我们又是确定锂电池的总容量的呢？ 实验室里测试原理：用满电量的电池以恒定的电流放电，直到电池放光电量，计算放电 率与时间的乘积，就是电池容量了。 什么叫充满电池呢， 之前图一中我们说到 Ifull， 这个电流值的确定是电池容量的重要依 据，太大了充不满，太小了测出的容量会有所夸大，电池厂商当然希望这个值越小越好，因 为要达到较小的 Ifull，就需要更长的充电时间，这样测出的容量就会越大。这个值是要双方 协商确认了，既要保证一定的余量，又要充分利用其电芯的容量。 那么电量用光的定义又是啥呢？这个是要订货方确定的，因为各种电子产品的定义不 同，电子设备开机的最小电压也不同。如果电子产品甲工作电压的范围为 3V4.2V，另一 种电子产品乙的工作电压是 2.5V4.2V，那么对于同一块电池，乙对电池的利用率显然要 大于甲。 相对电池的总容量也大了。 所以这个开机最小电压也就是确定电池容量的另一个重 要参数。 这样电池容量定义的两个重要参数确定了，电池总容量也就确定了。 当然以上只是一个基本测量的原理， 精确的测量还必须考虑温湿度， 电池的自放电等因 素。 原装正规电池出厂之前必须有一个 learning 的过程（专业术语） 。 4.5 4 Voltage, V 3.5 EDV 3 0 1 2 3 Capacity, Ah 4 5 6 Qmax 图三 图三就是一个放电曲线， 他并不是一个线性的过程， 往往我们的软件算法上把它当成一 条直线，根据电压值算电池的容量，这种算法很不准确。 电池电路板上常常会用到 TI 的 BQ27000、 BQ26500 等， 我们称 Gas Gauge IC。 Learning 的过程其实就是电池进行一次完整的充放电， Gauge IC 在此过程中记录下放电曲线及其 Gas 相关数据，存放在内部寄存器中。这大概就是我们为什么称之为“学习“吧。BQ27000 的 自学能力很强，每一次完整的深度充放电过程，它就会自己学习一次，重新记录参数校准， 避免了电池老化等其他因素造成的电池容量偏差不准确。 Gas 是汽油的意思，怎么会用到电池上呢？因为最先是在汽车中提到了耗油量的概念， 所以现在人们沿用了 Gas Guage 来形容电池的容量。 （这里说的容量和之前提到的电池总容 量不同，这里是实时的容量） 。Gas Guage IC 的原理就是，通过电压测量，利用热敏电阻 测量电池温度， 通过很小的精密电阻上的压降及方向， 测量电流以及知道电池是充电还是放 电。如果对这个信号进行积分，就可以准确地测量电量。原装电池和山寨电池最大差别就在 于此，后配的电池不会和原机的软件配合，只能实现一些简单充放电功能。而对电量的监控 只是用简单的算法，大致估算。原装的电池电路板上 Gas Gauge IC 里的寄存器是有数据的。 它可以和外界通信， 可以对他进行编程， 调整电池电量算法。 所以一个真正的电源管理软件， 需要从电池上读取数据，计算出电量值。 （Palm 电池引脚上那么多的接口也不是白留的） 。 一个电池电路板上除了 Gas Gauge IC，还有什么呢？让我们看一个比亚迪的锂电池。 图四 图五 这块电池主要用了 BQ27000 作为 Gas Gauge IC。拆开 Palm 的电池，也是大同小异。这 个电路应该算是常用的标准电路。有 Gas Gauge IC，过流保护，过充，过放保护，还有热敏 电阻，电流检测电阻等。虽然这些保护电路，但实际使用还是建议不要长时间充电，以及手 机用到关机。一两个月左右可以进行一次完整地充放电过程，对电池校准，顺便活动活动筋 骨。 电量的计算实际是一个相当复杂的过程，温度补偿、自放电补偿和放电速率补偿 等等， 都是影响电量值的因素。 软件业内至今也没有一个简便的算法。 =BQ27000 与主控器之间是通过 HDQ 或 I2C 协议通信的。主控器通过读取 BQ27000 内部 各个寄存器记录的数据，并通过一定的算法，就可以知道电量了。 手机的续航能力不仅和电池有关，还和软件有关。也不多说啥了，用 Power Hero 查下待机时的电流，如果超过 6mA，你装的软件就有问题了。本文由fei445271763贡献 锂电池原理 锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳常见的正极材料主要成分为 LiCoO2 ，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合锂离子的移动产生了电流 化学反应原理虽然很简单，然而在实际的工业生产中，需要考虑的实际问题要多得多：正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性，负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子；填充在正负极之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好导电性，减小电池内阻 虽然锂离子电池很少有镍镉电池的记忆效应，记忆效应的原理是结晶化，在锂电池中几乎不会产生这种反应但是，锂离子电池在多次充放后容量仍然会下降，其原因是复杂而多样的主要是正负极材料本身的变化，从分子层面来看，正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞；从化学角度来看，是正负极材料活性钝化，出现副反应生成稳定的其他化合物物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况，总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目 过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏，从分子层面看，可以直观的理解，过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，而使得其中一些锂离子再也无法释放出来这也是锂离子电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因 不适合的温度，将引发锂离子电池内部其他化学反应生成我们不希望看到的化合物，所以在不少的锂离子电池正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂在电池升温到一定的情况下，复合膜膜孔闭合或电解质变性，电池内阻增大直到断路，电池不再升温，确保电池充电温度正常 而深充放能提升锂离子电池的实际容量吗？专家明确地告诉我，这是没有意义的他们甚至说，所谓使用前三次全充放的“激活”也同样没有什么必要然而为什么很多人深充放以后 Battery Information 里标示容量会发生改变呢 ? 后面将会提到 锂离子电池一般都带有管理芯片和充电控制芯片其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、温度、ID 、充电状态、放电次数等数值这些数值在使用中会逐渐变化我个人认为，使用说明中的“使用一个月左右应该全充放一次”的做法主要的作用应该就是修正这些寄存器里不当的值，使得电池的充电控制和标称容量吻合电池的实际情况 充电控制芯片主要控制电池的充电过程锂离子电池的充电过程分为两个阶段，恒流快充阶段（电池指示灯呈黄色时）和恒压电流递减阶段 ( 电池指示灯呈绿色闪烁恒流快充阶段，电池电压逐步升高到电池的标准电压，随后在控制芯片下转入恒压阶段，电压不再升高以确保不会过充，电流则随着电池电量的上升逐步减弱到 0 ，而最终完成充电 电量统计芯片通过记录放电曲线（电压，电流，时间）可以抽样计算出电池的电量，这就是我们在 Battery Information 里读到的 wh. 值而锂离子电池在多次使用后，放电曲线是会改变的，如果芯片一直没有机会再次读出完整的一个放电曲线，其计算出来的电量也就是不准确的所以我们需要深充放来校准电池的芯片 1本文由linfengmop贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 锂电池原理 锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成， 负极则是特殊分 子结构的碳常见的正极材料主要成分为 LiCoO2 ，充电时，加在 电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子， 嵌入负极分子排列呈 片层结构的碳中放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和 正极的化合物结合锂离子的移动产生了电流 化学反应原理虽然很简单，然而在实际的工业生产中，需要考虑的实 际问题要多得多：正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性，负 极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子； 填充在正负 极之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好导电性，减小电池 内阻 虽然锂离子电池很少有镍镉电池的记忆效应， 记忆效应的原理是结晶 化，在锂电池中几乎不会产生这种反应但是，锂离子电池在多次充 放后容量仍然会下降，其原因是复杂而多样的主要是正负极材料本 身的变化，从分子层面来看，正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐 塌陷、堵塞；从化学角度来看，是正负极材料活性钝化，出现副反应