博大电池培训资料

电池知识的培训资料深圳市博大电源电池科技有限公司销售工程师入职培训,什么叫电池电池是一种能量转化与储存的装置。它通过反应将化学能或物理能转化为电能电池的组成部分电池即一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极,电池的分类实用的化学电池可以分成两个基本类型：原电池与蓄电池。原电池制成后即可以产生电流，但在放电完毕即被废弃。蓄电池又称为二次电池，使用前须先进行充电，充电后可放电使用，放电完毕后还可以充电再用。蓄电池充电时，电能转换成化学能；放电时，化学能转换成电能。,原电池和蓄电池有哪些？按电池分类，可分两大类，原电池即一次性电池和蓄电池可充电式锂电池一次性的电池有碱锰电池、锌锰电池、锂电池、锌电池、锌空电池、锌汞电池、水银电池、氢氧电池和镁锰电池。我们常用的是碱锰电池、锌锰电池、锂电池可充电的电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池,锌锰电池：由锌筒、电糊层、二氧化锰正极、炭棒、铜帽等组成，最外面的一层是锌筒，它既是电池的负极又兼作容器，在放电过程中它要被逐渐溶解；中央是一根起集流作用的碳棒；紧紧环绕着这根碳棒的是一种由深褐色的或黑色的二氧化锰粉与一种导电材料（石墨或乙炔黑）所构成的混合物，它与碳棒一起构成了电池的正极体，也叫炭包。为避免水分的蒸发，干电池的上部用石蜡或沥青密封,碱锰电池以碱性电解质代替中性电解质的锌锰电池。有圆柱型和钮扣型两种。这种电池的优点是容量大，电压平稳，能大电流连续放电，可在低温(-40)下工作。这种电池可在规定条件下充放电数十次。,一次性锂锰金属锂或含锂物质作为负极材料，以二氧化锰为正极，并采用有机电解液的一次性电池的化学电源的一种锂电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压3V(是一般碱性电池的2倍)；终止放电电压为2V；比能量大(金属锂的理论克容量为3074mAh)；放电电压稳定可靠；工作温度范围2060。因此许多高科技产品如主机板都使用它来当记忆体的备用电池。此外，被设计成圆柱型的锂电池则具有高容量，低内阻，可以瞬间放出大电流，是照相机电池市场的极佳选择。,铅酸电池最为常用，其极板是用铅合金制成的格栅，电解液为稀硫酸。两极板均覆盖有硫酸铅。但充电后，正极处极板上硫酸铅转变成二氧化铅，负极处硫酸铅转变成金属铅。放电时，则发生反方向的化学反应。铅蓄电池的电动势约为2伏，常用串联方式组成6伏或12伏的蓄电池组。电池放电时硫酸浓度减小，可用测电解液比重的方法来判断蓄。,镍镉电池镍镉电池采用Ni(OH)2作为正极，CdO作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液，镍镉电池充电时，正极发生如下反应Ni(OH)2+OH-NiOOH+H2O+e负极发生的反应：Cd(OH)2+2eCd+2OH-总反应为：2Ni(OH)2+Cd(OH)22NiOOH+Cd+2H2O放电时，反应逆向进行NiOOH+H2O+CdNi(OH)2+Cd(OH)2Cd+2OH-+2eCd(OH)2充电时，随着NiOOH的增大，Ni(OH)2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。,镍氢电池镍氢电池采用与镍镉电池相同的Ni的氢氧化物作为正极，储氢合金粉作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液，镍氢电池充电时，正极发生反应如下：Ni(OH)2e+OH-NiOOH+H2O负极反应：M+2H2OMH+2OH总反应为：Ni(OH)2+MNiOOH+MH放电时，正极：NiOOH+H2O+eNi(OH)2+OH-负极：MH+2OH-M+2H2O+2e,锂离子电池锂离子电池正极主要成分为LiCoO2，负极主要为C。充电时正极反应：LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe-负极反应：C+xLi+xe-CLix电池总反应：LiCoO2+CLi1-xCoO2+CLix放电时发生上述反应的逆反应。,早期的锂电池锂离子电池(Li-ionBatteries)是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压,不需充电.这种电池也可以充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。,离子电池：炭材料锂电池后来，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。Li-ionBatteries：摇椅式电池我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极负极正极的运动状态。Li-ionBatteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ionBatteries又叫摇椅式电池。,锂电池种类和组成部分钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列：（1）正极活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，现在又出现了镍钴锰酸锂材料，电动自行车则用磷酸铁锂，导电集流体使用厚度10-20微米的电解铝箔（2）隔膜一种特殊的复合膜，可以让离子通过，但却是电子的绝缘体（3）负极活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔（4）有机电解液溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液（5）电池外壳分为钢壳（现在方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端,锂电池的正负极材料正极材料：如上文所述，可选的正极材料很多，目前主流产品多采用钴酸锂、锰酸锂、三元材料（镍、钴锰酸锂）、磷酸铁锂。不同的正极材料对照：正极材料平均输出电压能量密度LiCoO3.7V140mAh/gLiMnO3.7V100mAh/gLiFePO3.2V115mAh/g负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可是更好的材料。负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。充电时：xLi+xe+6CLixC6放电时：LixC6xLi+xe+6C电解质溶液,锂电池主要优点：1.能量比比较高。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；2.使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池1C（100%DOD）充放电，有可以使用10,000次的记录3.额定电压高（单体工作电压为3.7V3.2V），约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；4.具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速；,汞的毒性汞即我们俗称的“水银”，是一种常温下为液体的物质，可以阻止电池中阴极金属锌的氧化，这一作法提高了电池的贮存寿命。因此，早在以前采用的锌做阴极度的电池几乎都有一定量的汞做防腐剂。但是汞和汞的化合都具有神经毒性，对内分泌系统，免疫系统等也有不良影响，它会引发人的口齿不清、步态不稳、四肢麻痹，最后导致全身痉挛，精神失常而死。长期以来，我国在生产干电池时，要加入一种有毒物质汞或汞的化合物。我国的碱性干电池的汞含量达1%5%，中性干电池为0.025%，全国每年用于生产干电池的汞就达几十吨之多。随着科技的进步，电池开始逐渐实行低汞化和无汞化，汞的代替品表面活性剂Forafac氟化聚合物，在防止锌的腐蚀上取得了良好的效果。废弃在自然界电池中的汞会慢慢从电池中溢出来，进入土壤或水源，再在微生物的作用下，无机汞可以转化成甲基汞，聚集在鱼类的身体里，人食用了这种鱼后，甲基汞会进入人的大脑细胞，使人的神经系统受到严重破坏，重者会发疯致死。著名的日本水俣病就是甲基汞所致,外包装方式钢壳铝壳软包电解液液态-常规固态-聚合物外形方形圆柱电池特性/使用领域常规型：最大可持续2C以内放电倍率型：分为电流倍率型和容量倍率型,钴酸锂体系作为锂离子电池正极材料取得了很大发展，但由于全球钴储量有限，价格昂贵，毒性大，作为正极材料电池成本较高；另外，过充时LiCoO2所产生的CoO2对电解质氧化的催化活性很强，且放出大量热量而导致严重的安全隐患，因此该类材料主要应用在小容量、低倍率充放电电池，如:手机、笔记本、MP3、摄像机、单反相相机、学习机、便携式DV、移动电源、游戏机、电子字典、等产品都用锂离子电池；,锰酸锂具有尖晶石结构。其理论容量为148mAh/g，实际容量为90120mAh/g。工作电压范围为34V。该正极材料的主要优点为：锰资源丰富、价格便宜，安全性高，比较容易制备。缺点是理论容量不高；材料在电解质中会缓慢溶解，即与电解质的相容性不太好；在深度充放电的过程中，材料容易发生晶格畸变，造成电池容量迅速衰减，特别是在高温下使用时更是如此；主要应用：电动工具、小家电、电动玩具、矿灯、电动自行车、小型的UPS。,镍钴锰三元材料是一种高容量的正极材料，比容量可以达到180mAh/g以上，是非常有前途的正极材料。此材料不仅有比容量高的优势，而且安全性也相对较好，价格相对较低，与电解液的相容性好，循环性能优异，是最有可能在小型通讯和小型动力领域同时应用的电池正极材料，甚至有在大型动力领域应用的可能。但是材料也有自身的缺点，第一就是合成困难、合成条件苛刻、合成材料的稳定性差，第二是材料的电压平台相对较低，只有3.55v左右，第三是材料的密度和钴酸锂相比，相对较低，第四是材料的充电电压较高，达到了4.5v左右，与钴酸锂有较大的差别。但是此材料的高容量和高安全性是其他材料无法比拟的，必将最近的几年内推向市场。应用于便携电子设备上，如手机、笔记本电脑、数码相机、摄像机、电动工具等移动电源。,磷酸铁锂材料具有橄榄石晶体结构，是近年来研究的热门锂离子电池正极材料之一。其理论容量为170mAh/g，在没有掺杂改性时其实际容量已高达110mAh/g，LiFePO4具有高稳定性、更安全可靠、更环保并且价格低廉，理论循环寿命长单体2000次。LiFePO4在大型锂离子电池方面有非常好的应用前景；LiFePO4的主要缺点是理论容量不高，导率低、低温性能差、组合一致性差、电压低3.2V单体。,电动工具类：高功率电动工具（无线）；电锤、电钻、除草机等；电动自行车(Ebike)市场电动玩具市场太阳能LED路灯储能市场小型设备医疗设备：电动轮椅车，电动代步车固定型电源：主要用于通讯、移动基站、电信、铁路运输、电力、金融、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源其它小型电器：矿灯、替代铅酸,镍氢,镍镉,锂钴,锂锰类电池在小型电器上的应用(2009镍镉将全面退出市场),铝壳电芯是目前手机和通讯行业用得最多的电芯，起初国内都是钢壳电芯做手机电池，后来觉得不安全，伸缩性能差，才选择用铝壳作外壳，由于近些年手机的迅速发展，铝壳电芯成为目前的主流，钢壳的电芯慢慢淡出市场，只有一些低端的换机电池、便携式小音箱或出口到印度和中东市场才用到钢壳的电芯。,聚合物锂电池，由于质量较轻、容量比大、形状可任意化、爆炸的危险性小，被广泛的应用，如：苹果、智能手机、MP3、平板电脑、数码相机、PDVD、学习机、导航仪、航模飞机、蓝牙、数码产品等等，但目前国内所谓的聚合物锂电池，其它就叫软包锂离子电池，里面的电解液是液态的，真正的聚合物锂电池应当是固态的，如索尼、三星、LG、ATL等国外大厂。,聚合物电池简介,圆柱型电芯是最早批量生产、应用行业最多的电池，如：笔记本、单反相机、摄像机、电动工具、电动汽车、电动自行车、手电筒、模块电源等。圆柱型电芯因一致性好过于方型电芯，常用于组合单元，世界知名的电芯厂家如：LG、三星、三洋、索尼、松下、东芝、A123等这些厂家最早都是从生产圆柱型电芯开始的。,锂离子电池专业术语,定义倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，在数值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C（Capacity）表示。,电池内阻指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。电池内阻是衡量电池性能的一个重要参数。,1C循环电池内阻,容量分为额定容量和实际容量。额定容量电池充满电后，在环境温度为205条件下，以0.2C5A放电至厂家规定的终止电压时所应提供的电量，用C5表示。,实际容量电池在一定的条件下所放出的实际电量。电池的容量主要受放电倍率和温度的影响严格来讲，电池容量应指明充放电条件。,容量的计算方法C(mAh)=I(mA)*T(h),不同倍率下电池容量,不同温度下电池容量,电池电压分为开路电压和工作电压开路电压（OpenCircuitVoltage，OCV）开路电压是指电池在非工作状态下即电路中无电流流过时，电池正负极之间的电势差。,工作电压又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差。终止电压（Cut-offdischargevoltage）指电池放电时，电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。,定义放电平台是指在电池任何倍率的电流下恒压充到电压为4.2V，并且充电电流小于0.01C时停止充电即充满电后，然后搁置10分钟，在任何倍率的放电电流下放电至3.6V时的放电时间。,1C平台,定义自放电又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。主要受材料，制造工艺，储存条件影响。,常温28D电池自放电,定义内压指电池的内部气压。是电池在充放电过程中产生的气体所致，主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。,定义电池容量下降到某一规定的值时，电池在某一充放电制度下所经历的充放电次数。锂离子电池GB规定，1C条件下电池循环500次后容量保持率在60%（Depthofdischarge，DOD，放电深度）以上。,影响因素正负极材料本身性能正负极敷料量搭配比率电解液加入量制造环境正负极配方,1C循环寿命,除非特别注明外，所有测试均在试验的标准大气压条件下进行：温度：205相对湿度：6520大气压力：86kPa106kPa,必要时（例如：贮存时间超过3个月），可对电池进行预循环。在环境温度205的条件下，以0.2CmA恒流充电，当电池端电压达到充电限制电压4.20V后，放置不超过1小时，再以0.2CmA电流恒流放电到2.75V。,标准充电：在环境温度205的条件下，以0.2CmA恒流充电，当电池端电压达到充电限制电压4.20V时，改为恒压充电，直到充电电流小于0.01CmA，停止充电。快速充电：在环境温度205的条件下，以0.5CmA恒流充电，当电池端电压达到充电限制电压4.2V时，改为恒压充电，直到充电电流小于0.01CmA，停止充电。,额定容量电池充电后放置不超过1小时，再以0.5CmA电流恒流放电到2.75V，放电容量不低于电池标称容量。快速放电容量电池充电后放置不超过1小时，再以1CmA电流恒流放电到2.75V。放电时间不低于54分钟。,电池充电结束后，将电池放入602的高温箱中恒温2h，然后以1CmA电流恒流放电至2.75V。后将电池取出在环境温度205的条件下搁置2h,放电时间不低于54分钟，电池外观无变形、无爆裂。,电池充电结束后，将电池放入-102的低温箱中恒温2h后，以0.5CmA电流恒流放电至终止电压2.75V。后将电池取出在环境温度205的条件下搁置2h，放电时间不低于1.8h，电池外观无变形、无爆裂.,电池充电结束后，在环境温度为205条件下，将电池开路放置30天，再以0.5CmA电流进行恒流放电，放电时间不低于1.8h。,在环境温度205的条件下，以1CmA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0.01CmA，停止充电；然后以0.5CmA电流恒流放电至终止电压2.75V。直至连续两次放电容量小于70%的0.5CmA放电容量，则认为寿命终止，循环寿命不小于500次。,电池充电结束后，将电池放入402，相对湿度为90%-95%的恒温恒湿箱中搁置48h后，将电池取出在环境温度205的条件下搁置2h，目测电池外观，电池外表面色泽均匀清洁，无划痕及机械损伤。再以1CmA电流恒流放电至终止电压2.75V。然后进行不少于3次的充放电循环，放电时间不低于54分钟。,电池充电结束后，将电池固定在振动台上，让电池在三个方向经受频率为1055Hz，振幅为0.35mm的振动，X、Y、Z每个方向扫频循环次数为10次,扫频速率为每分钟一个倍频程。振动结束后，目测电池外观，电池外表面色泽均匀清洁，无划痕及机械损伤。以1CmA电流恒流放电至终止电压2.75V。然后进行不少于3次的充放电循环，放电时间不低于54分钟。,电池充电结束后，将电池样品由高度为1000mm的位置自由自由跌落到水泥地面上，X，Y，Z每个方向自由跌落2次。自由跌落结束后将电池取出，以1CmA电流恒流放电至终止电压2.75V，然后进行不少于3次的充放电循环。电池外表面色泽均匀清洁，无划痕及机械损伤；放电时间不低于54分钟。,电池充电结束后，用电压为2倍标称电压，可输出电流为2C的外接电源持续给电池加载8h。断开过充回路后，在环境温度205的条件下，以0.5CmA电流放电至终止电压2.75V，然后