锂电池基础知识

锂电池基本知识锂电池基本知识 锂是一种金属元素 其化学符号为 Li 其英文名为 lithium 是一种银白色 十分柔软 化学性能活泼 的金属 在金属中是最轻的 它除了应用于原子能工业外 可制造特种合金 特种玻璃 电视机上用的荧光 屏玻璃 及锂电池 在锂电池中它用作电池的阳极 锂电池也分成两大类 不可充电的及可充电的两类 不可充电的电池称为一次性电池 它只能将化学能 一次性地转化为电能 不能将电能还原回化学能 或者还原性能极差 而可充电的电池称为二次性电池 也 称为蓄电池 它能将电能转变成化学能储存起来 在使用时 再将化学能转换成电能 它是可逆的 如电 能化学能锂电池的主要特点 灵巧型便携式电子产品要求尺寸小重量轻 但电池的尺寸及重量与其它电子 元器件相比往往是最大的最重的 例如 想当年的 大哥大 是相当 粗大 笨重 而今天的手机是如此 的轻巧 其中电池的改进是起了重要作用的 过去是镍镉电池 现在是锂离子电池 锂电池的最大特点是比能量高 什么是比能量呢 比能量指的是单位重量或单位体积的能量比能量指的是单位重量或单位体积的能量 比能量用 Wh kg 或 Wh L 来表示 Wh 是能量的单位 W 是瓦 h 是小时 kg 是千克 重量单位 L 是升 体积单位 这里举一个例来说明 5 号镍镉电池的额定电压为 1 2V 其容量为 800mAh 则其能量为 0 96Wh 1 2V 0 8Ah 同样尺寸的 5 号锂 二氧化锰电池的额定电压为 3V 其容量为 1200mAh 则其能 量为 3 6Wh 这两种电池的体积是相同的 则锂 二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的 375 倍 一节 5 号 镍镉电池约重 23g 而一节 5 号锂 二氧化锰电池约重 18g 一节锂 二氧化锰电池为 3V 而两节镍镉电池 才 2 4V 所以采用锂电池时电池数量少 使便携式电子产品体积减孝重量减轻 并且电池的工作寿命长 另外 锂电池具有放电电压稳定 工作温度范围宽 自放电率低 储存寿命长 无记忆效应及无公害等 优点 锂电池的缺点是价格昂贵 所以目前尚不能普遍应用 主要应用于掌上计算机 PDA 通信设备 照相 机 卫星 导弹 鱼雷 仪器等 随着技术的发展 工艺的改进及生产量的增加 锂电池的价格将会不断地 下降 应用上也会更普遍 不可充电的锂电池不可充电的锂电池有多种 目前常用的有锂 二氧化锰电池 锂 亚硫酰氯电池及锂和其它化合物电池 本文仅介绍前两种最常用的 1 锂 二氧化锰电池 Li MnO2 锂 二氧化锰电池是一种以锂为阳极 以二氧化锰为阴极 并采用 有机电解液的一次性电池 该电池的主要特点是电池电压高 额定电压为 3V 是一般碱性电池的 2 倍 终 止放电电压为 2V 比能量大 见上面举的例子 放电电压稳定可靠 有较好的储存性能 储存时间 3 年以上 自放电率低 年自放电率 2 工作温度范围 20 60 该电池可以做成不同的外形以满足不同要 求 它有长方形 圆柱形及纽扣形 扣式 圆柱形的也有不同的直径及高度尺寸 这里列举大家较熟悉的 1 尺寸代码 D 2 尺寸代码 C 及 5 尺寸代码 AA 电池的主要参数 CR 表示为圆柱形锂 二氧化锰 电池 五位数字中 前两位表示电池的直径 后三位表示带一位小数的高度 例如 CR14505 其直径为 14mm 高度为 50 5mm 这种型号是通用的 这里要指出的是不同工厂生产的同型号的电池其参数可能有 些差别 另外 标准放电电流值是较小的 实际放电电流可以大于标准放电电流 并且连续放电及脉冲放电的允 许放电电流也不同 由电池厂提供有关数据 例如 力兴电源公司生产的 CR14505 给出最大连续放电电流为 1000mA 最大脉冲放电电流可达 2500mA 照相机中用的锂电池多半是锂 二氧化锰电池 这里将照相机中 常用的锂 二氧化锰电池列入表 2 供参考 纽扣式 扣式 电池尺寸较小 其直径为 12 5 24 5mm 高 度为 1 6 5 0mm 几种较常用的扣式电池如表 3 所示 CR 为圆柱形锂 二氧化锰电池 后四位数字中前 两位为电池的直径尺寸 后两位为带小数点的高度尺寸 例如 CR1220 的直径为 12 5mm 不包括小数点后 的数 其高度为 2 0mm 这种型号表示方法是国际通用的 这种扣式电池常用于时钟 计算器 电子记 事本 照相机 助听器 电子游戏机 IC 卡 备用电源等 2 锂 亚硫酰氯电池 Li SOCl2 锂 亚硫酰氯电池是比能量最高的一种 目前可达到 500Wh kg 或 1000Wh L 的水平 它的额定电压是 3 6V 以中等电流放电时具有极其平坦的 3 4V 放电特性 可在 90 容 量范围内平坦地放电 保持不大的变化 电池可以在 40 85 范围内工作 但在 40 时的容量约 为常温容量的 50 自放电率低 年自放电率 1 储存寿命长达 10 年以上 以 1 尺寸代码 D 镍镉 电池与 1 锂 亚硫酰氯电池的比能量作一个比较 1 镍镉电池的额定电压为 1 2V 容量为 5000mAh 1 锂 亚硫酰氯的额定电压为 3 6V 容量为 10000mAh 则后者的比能量比前者大 6 倍 应用注 意事项 上述两种锂电池是一次性电池 不可充电 充电时有危险 电池正负极之间不可短路 不可以过大 电流放电 超过最大放电电流放电 电池使用至终止放电电压时 应从电子产品中及时取出 用完的电池不 可挤压 焚烧及拆卸 不可超过规定温度范围使用 由于锂电池的电压高于普通电池或镍镉电池 使用时 不要搞错以免损坏电路 通过熟悉型号中的 CR ER 就可以知道它的种类及额定电压 在购买新电池时 一 定要按原来的型号来买 否则会影响电子产品性能 可充电锂离子电池可充电锂离子电池 可充电锂离子电池是目前手机中应用最广泛的电池 但它较为 娇气 在使用中不可过充 过放 会 损坏电池或使之报废 因此 在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏 锂离子电池充电 要求很高 要保证终止电压精度在 1 之内 目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的 IC 以 保证安全 可靠 快速地充电 现在手机已十分普遍 手机中一部分是镍氢电池 但灵巧型的手机则是锂离子电池 正确地使用锂离子 电池对延长电池寿命是十分重要的 锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池 它根据不同的电子产品的要 求可以做成扁平长方形 圆柱形 长方形及扣式 并且有由几个电池串联在一起组成的电池组 锂离子电 池的额定电压为 3 6V 有的产品为 3 7V 充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关 阳极材料为石墨 的 4 2V 阳极材料为焦炭的 4 1V 不同阳极材料的内阻也不同 焦炭阳极的内阻略大 其放电曲线也略有 差别 如图 1 所示 一般称为 4 1V 锂离子电池及 4 2V 锂离子电池 现在使用的大部分是 4 2V 的 锂离子 电池的终止放电电压为 2 5V 2 75V 电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压 各参数略有不同 低 于终止放电电压继续放电称为过放 过放对电池会有损害 锂离子电池不适合用作大电流放电 过大电流放电时会降低放电时间 内部会产生较高的温度而损耗能 量 因此电池生产工厂给出最大放电电流 在使用中应小于最大放电电流 锂离子电池对温度有一定要求 工厂给出了充电温度范围 放电温度范围及保存温度范围 锂离子电池对充电的要求是很高的 它要求精 密的充电电路以保证充电的安全 终止充电电压精度允差为额定值的1 例如 充 4 2V 的锂离子电池 其允差为0 042V 过压充电会造成锂离子电池永久性损坏 锂离子电池充电电流应根据电池生产厂 的建议 并要求有限流电路以免发生过流 过热 一般常用的充电率为 0 25C 1C C 是电池的容量 如 C 800mAh 1C 充电率即充电电流为 800mA 在大电流充电时往往要检测电池温度 以防止过热损坏电池或 产生爆炸 锂离子电池充电分为两个阶段 先恒流充电 到接近终止电压时改为恒压充电 其充电特性如图 2 所示 这是一种 800mAh 容量的电池 其终止充电电压为 4 2V 电池以 800mA 充电率为 1C 恒流充电 开始时电池 电压以较大的斜率升压 当电池电压接近 4 2V 时 改成 4 2V 恒压充电 电流渐降 电压变化不大 到充电 电流降为 1 10C 约 80mA 时 认为接近充满 可以终止充电 有的充电器到 1 10C 后启动定时器 过一定时 间后结束充电 锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充 过放或过流时 会造成电池的损坏或降低使 用寿命 应用注意事项应用注意事项 锂离子电池应用注意事项除与上述不可充电的锂电池相同外 在充电方面还应注意以下几点 1 锂离子电池有 4 1V 及 4 2V 终止充电的不同品种 因此在充电时注意的是 4 1V 的电池不能用 4 2V 的充电器充电 否则会有过充的危险 4 1V 与 4 2V 的充电器用的充电器 IC 是不同的 2 对电池充电时 其环境温度不能超过产品特性表中所列的温度范围 3 不能反向充电 4 不能用充镍镉电池的充电器 充三节镍镉电池的 来充锂离子电池 虽然额定电压一样 都是 3 6V 但充电方式不同 容易造成过充 在放电方面应注意以下几点 1 锂离子电池放电电流不能超过产品特性表中给出最大放电电流 放电电流较大时 会产生较高的温 度 损耗能量 减少放电时间 若电池中无保护元件会产生过热而损坏电池 2 不同温度下放电曲线是不同的 如图 5 所示 从图中可以看出 在不同的温度下 其放电电压及放 电时间也不同 在 20 放电时情况最差 在贮存方面 1 电池若长期贮存 要保持在 50 放电态 2 电池应保存在低温 干燥坏境中 3 要远离热源 也不要置于阳光直射的地方 Li MnO2Li MnO2 电池的检验电池的检验 15 15 检验程序可根据用户而变化 但一般包括 a 外观检验 b 尺寸检验 c 开路电压检验 检出异常 零电压 低电压 高电压 电压表 阻抗 100k V 精度 0 5 级 d 负载电压检验 检查电池的良好工作和钝化状态 e 放电检验 评价电池的容量 C It mAh 二次锂电池的优势是什幺二次锂电池的优势是什幺 1 高的能量密度 2 高的工作电压 3 无记忆效应 4 循环寿命长 5 无污染 6 重量轻 7 自放电 小 锂聚合物电池具有哪些优点锂聚合物电池具有哪些优点 1 无电池漏液问题 其电池内部不含液态电解液 使用胶态的固体 2 可制成薄型电池 以 3 6V400mAh 的容量 其厚度可薄至 0 5mm 3 电池可设计成多种形状 4 电池可弯曲变形 高分子电池最 大可弯曲 900 左右 5 可制成单颗高电压 液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压 高分子电池 由于本身无液体 可在单颗内做成多层组合来达到高电压 7 容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍 IECIEC 规定锂电池标准循环寿命测试为规定锂电池标准循环寿命测试为 电池以 0 2C 放至 3 0V 支后 1 1C 恒流恒压充电到 4 2V 截止电 流 20mA 搁置 1 小时再以 0 2C 放电至 3 0V 一个循环 反复循环 500 次后容量应在初容量的 60 以上 国家标 准规定锂电池的标准荷电保持测试为 IEC 无相关标准 电池在 25 摄氏度条件下以 0 2C 放至 3 0 支后 以 1C 恒流恒压充电到 4 2V 截止电流 10mA 在温度为 20 5 下储存 28 天后 再以 0 2C 放电至 2 75V 计算放电 容量 什么是二次电池的自放电 不同类型电池的自放电率是多少 什么是二次电池的自放电 不同类型电池的自放电率是多少 自放电又称荷电保持能力 它是指在开路状态下 电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力 一般 而言 自放电主要受制造工艺 材料 储存条件的影响自放电是衡量电池性能的主要参数之一 一般而言 电池储存温度越低 自放电率也越低 但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用 BYD 常 规电池要求储存温度范围为 20 45 电池充满电开路搁置一段时间后 一定程度的自放电属于正常现象 IEC 标准规定镍镉及镍氢电池充满 电后 在温度为 20 度湿度为 65 条件下 开路搁置 28 天 0 2C 放电时间分别大于 3 小时和 3 小时 15 分即 为达标 与其它充电电池系统相比 含液体电解液太阳能电池的自放电率明显要低 在 25 下大约为 10 月 什么是电池的内阻怎样测量什么是电池的内阻怎样测量 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 什么是电池的内压 电池正常内压一般为多少什么是电池的内压 电池正常内压一般为多少 电池的内压是由于充放电过程中产生的气体所形成的压力 主要受电池材料制造工艺 结构等使用过程因 素影响 一般电池内压均维持在正常水平 在过充或过放情况下 电池内压有可能会升高 如果复合反应的速 度低于分解反应的速度 产生的气体来不及被消耗掉 就会造成电池内压升高 什么是内压测试什么是内压测试 锂电池内压测试为 UL 标准 模拟电池在海拔高度为 15240m 的高空 低气压 11 6kPa 下 检验电池是否 漏液或发鼓 具体步骤 将电池 1C 充电恒流恒压充电到 4 2V 截止电流 10mA 然后将其放在气压为 11 6Kpa 温 度为 20 3 的低压箱中储存 6 小时 电池不会爆炸 起火 裂口 漏液 环境温度对电池性能有何影响 环境温度对电池性能有何影响 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 过充电的控制方法有哪些 过充电的控制方法有哪些 为了防止电池过充 需要对充电终点进行控制 当电池充满时 会有一些特别的信息可利用来判断充电 是否达到终点 一般有以下六种方法来防止电池被过充 1 峰值电压控制 通过检测电池的峰值电压来判断充电的终点 2 dT dt 控制 通过检测电池峰值温度变化率来判断充电的终点 3 T 控制 电池充满电时温度与环境温度之差会达到最大 4 V 控制 当电池充满电达到一峰值电压后 电压会下降一定的值 5 计时控制 通过设置一定的充电时间来控制充电终点 一般设定要充进 130 标称容量所需的时间来控 制 6 TCO 控制 考虑电池的安全和特性应当避免高温 高温电池除外 充电 因此当电池温度升高 60 时应当 停止充电 什么是过充电 对电池性能有何影响 什么是过充电 对电池性能有何影响 过充电是指电池经一定充电过程充满电后 再继续充电的行为 由于在设计时 负极容量比正极容量 要高 因此 正极产生的气体透过隔膜纸与负极产生的镉复合 故一般情况下 电池的内压不会有明显升高 但如果充电电流过大 或充电时间过长 产生的氧气来不及被消耗 就可能造成内压升高 电池变形 漏液 等不良现象 同时 其电性能也会显着降低 什么是过放电 对电池性能有何影响 什么是过放电 对电池性能有何影响 电池放完内部储存的电量 电压达到一定值后 继续放电就会造成过放电 通常根据放电电流来确定放 电截止电压 0 2C 2C 放电一般设定 1 0V 支 3C 以上如 5C 或 10C 放电设定为 0 8V 支 电池过放可能会给 电池带来灾难性的后果 特别是大电流过放 或反复过放对电池影响更大 一般而言 过放电会使电池内压 升高 正负极活性物质可逆性受到破坏 即使充电也只能部分恢复 容量也会有明显衰减 不同容量的电池组合在一起使用会出现什幺问题不同容量的电池组合在一起使用会出现什幺问题 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 放电时有容量高的电池未放完电 而容量低的则被过 放 如此恶性循环 电池受到损害而漏液或低 零 电压 什么是电池的爆炸 怎样预防电池爆炸什么是电池的爆炸 怎样预防电池爆炸 电池内的任何部分的固态物质瞬间排出 被推至离电池 25cm 以上的距离 称为爆炸 判别电池爆炸与 否 采用下述条件实验 将一网罩住实验电池 电池居于正中 距网罩任何一边为 25cm 网的密度为 6 7 根 cm 网线采用直径为 0 25mm 的软铝线 如果实验无固体部分通过网罩 证明该电池未发生爆炸 锂电池 串联问题 由于电池在生产过程中 从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序 即使经过严格的检测程序 使每组电源的电压 电阻 容量一致 但使用一段时间 也会产生这样或那样的差异 如同一位母亲生的双 胞胎 刚生下时可能长得一模一样 做为母亲都很难分辨 然而 在两个孩子不断成长时 就会产生这样或 那样的差异锂动力电池也是这样 使用一段时间产生差异后 采用整体电压控制的方式是