锂离子电池原理及基本参数、技术规范

1、锂离子电池原理及基本参数、技术规范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 （也有其他锂盐可作为正极材料），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。

2、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

3、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。 锂离了电池的充放电原理（以石墨为负极、LiCoQ2为正极为例）简示如图下。 电极反应如下：正极： （1-6）负极： （1-7）总的反应： （1-8） 极中（以LiCoQ2为例），和各自位于立方紧密堆积氧层中交替的八面体位置。充电时，锂

4、离子从八面体位置发生脱嵌，释放一个电子，氧化为；放电时，锂离子嵌入到八面体位置，得到一个电子，还原为。而在负极中，当锂插入到石墨结构中后，石墨结构与此同时得到一定的静电作用，因此锂的实际大小比在正极中要大。在多种有关锂离子电池工作原理示意图中，我们选择图1-1作为说明，在一定程序上更科学些。在“锂离子电池”的命名以前，也有人将该种类型的锂二次电池称为“摇椅电池”，因为锂在正极和负极之间来回摆动。 可充电的锂离子电池具有输出电压高、比能量高、放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应等优点，应用越来越广泛，特别是手机的小型化及普及，使锂离子电池用量猛增。为了适应各种不同的便

5、携式电子产品的需要，除单节锂离子电池外，还有24节锂离子电池组成的电池组。锂离子电池较为“娇气”，若在充电过程中充电电压高于规定电压，充电电流超过规定电流；或在放电过程中有过大的放电电流；放电到终止放电电压还继续放电，就会损坏电池或使之报废。由于目前锂离子电池价格较贵，因此开发出各种保护元件、保护器及监控器，它们可有效地保护锂离子电池在充电或使用不当而损坏，监控电池能量的信号输出。PTC聚合物保护元件是最简单的保护器，它可保护锂离子电池在充电或放电过程中不因过大充、放电流或短路而造成电池损害。但它解决不了在充电过程中的充电电压过高（过充电）或放电过程中的电池电压过低（低于终止放电电压，称过放电

6、），所以开发出功能完善的保护器集成电路。锂离子电池的基本参数及技术规范1、描述和定义11电池连接端的描述和定义1.1.1 P+ 电池的输出正极1.1.2 T 热敏电阻的信号端1.1.3 P- 电池的输出负极1.2 充电方式标准充电方式（0.2C5A） I恒=130mA， V恒=4.2V（环境温度范围：045）快速充电方式（1C5A） I恒=650mA， V恒=4.2V（环境温度范围：1045）1.3 放电电流快速放电电流（1C5A） 650mA最大放电电流（2C5A） 1.3A 1.4 重量 g2g1.5 环境温度充电温度 045放电温度 -2050存储 3个月内（温度-2045,相对湿度：4

7、5%75%,大气压强：70106Kpa;）3个月以上（温度：535,相对湿度：45%75%,大气压强：70106Kpa）1.6 保用期限 1年2、标准条件下的电气特性、试验及判定2.1 标准测试环境条件温度 205相对湿度 6015%大气压强 86106Kpa2.2 测量仪表要求电压表要求：测量电压的仪表的准确度应不低于0.5级，内阻应不小于10K/V。电流表要求：测量电流的仪表准确度应不低于0.5级。温度计要求：测量温度的仪表准确度应不低于0.5。恒流源的电流恒定可调，其电流变化应在1%范围内。恒压源的电压恒定可调，其电压变化应在0.5%范围内。2.3 充电、放电方法项目方 法标准放电充电电

8、源以0.2C5A电流恒流充电，直至电池电压达到4.20V,然后改为恒压充电方式充电直至电流低于0.01C5A终止。快速充电充电电源以1C5A电流恒流充电，直至电池电压达到4.20V，然后改为恒压充电方式充电直至电流低于0.01C5A终止。标准充电标准充电后，搁置0.5h-1h，再以0.2C5A电流恒流放电至3.0V。快速放电标准充电后，搁置0.5h-1h，再以1C5A电流恒流放电至3.0V。2.4 电气性能、试验方法和判定规则2.4.1 0.2C5A放电容量试验方法：电池按规定充电方式标准充电后，搁置一段时间（0.5h-1h），在205以0.2C5A电流放电到终止电压。判定规则：上述试验可以重

9、复循环5次，当循环过程中有一次电池放电时间不小于300分钟，试验时取该次放电容量。2.4.2 1C5A放电容量试验方法：在环境温度为（205）的条件下，电池标准充电后，将电池放入（552）的高温箱中恒温2h,然后以1C5A电流恒流放电至2.75V，将电池取出放在（205）环境温度下搁置2h后目视外观。判定规则：放电时间不少于51分钟，外观应无变形、无漏液、无爆裂。2.4.3.2 低温放电试验试验方法：在环境温度为（205)的条件下，电池标准充电后，将电池放入-202的低温箱中恒温1624h,以0.2C5A电流放电至2.75V，将电池取出在环境（205）的条件下搁置2小时，然后目视电池外观。判定

10、规则：放电时间应不小于60%(180)分钟，外观应无变形、无漏液。2.4.4 荷电保持能力电池标准充电结束后，在环境温度为（205）的条件下搁置2小时，将电池开路搁置28d，再以0.2C5A电流进行放电，其放电时间应不低于255分钟。2.4.5 循环寿命试验方法：在环境温度为（205)的条件下，以1C5A恒流充电，当电池端电压达到4.2V时，改为恒电压充电，直到充电电流小于或等于20mA，停止充电，搁置0.5h-1h，然后以1C5A电流恒流放电至终止电压2.75V。放电结束后，搁置0.5h-1h，再进行下一个充放电循环，电池按上述方法进行充放电循环,直到连续两次放电时间小于48分钟,则认为寿命

11、终止.判定规则：循环寿命超过400次。2.4.6 内阻值试验方法：使用AC 1KHZ检测方法及准确度不低于0.5级的仪表，测量电池接口处正负极之间的内阻值，若检测仪表在检测过程中使用附加的电池固定夹具和引线，可以视情况减去固定引线的电阻值，且记录最大与最小之差值。判定规则：电池内阻值小于150m，同批次电池的内阻最大值与最小值的差值不得大于30m。3、电池安全性能：所有测试均在标准试验条件下进行3.1 过充电电压保护用最高电压通过DC15V的电源给电池充电，当电池电压高于（4.2750.1)V时，充电应被禁止，保护启动延迟时间应在0.5S-1S。当电池电压回落于（4.1750.1)V以下时，充

12、电过程应可重新开始。3.2 过放电电压保护当电池电压低于（2.300.1）V时，放电应禁止，保护启动延迟时间应小于1.2S。3.3 过电流（短路）保护给电池正负极之间连接一只固定负载电阻，当电池放电电流超过(3.5A1A)时，放电应被禁止，保护启动延迟时间应小于20ms。3.4 保护功能电源电压适应范围当电池电压大于等于（2.700.05)V时，有短路线连接正负极，过流保护应能启动，放电过程应被禁止。3.5 工作电流消耗当电池正常工作状态下，保护板电流消耗应小于10A。3.6 静态电流消耗电池处在欠压，过流保护状态下，保护板电流消耗应小于1A。3.7 静电ESD保护ESD电压为15KV时，电池

13、各项保护功能工作正常。4、 安全性能试验方法及判定4.1 过充电保护性能试验方法：电池快速充电结束后，用电压为2倍标称电压，可输出电流为2C5A的电流的外接电源持续给电池加载8h，电池应启动过充电保护功能。试验后，检查电池外观，测量电池开路电压。判定规则：电池外观应不变形、不爆裂、不起火、不冒烟或不漏液。4.2 过放电保护性能试验方法：在环境温度（205）的条件下，以0.2C5A恒流放电至过放电保护电压后，外接30负载放电24h，然后检查电池外观，测量开路电压。判定规则：电池应不变形、不爆裂、不起火、不冒烟或不漏液。4.3 内阻值试验方法：使用AC 1KHZ检测方法及准确度不低于0.5级的仪表

14、，测量电池接口处正负极之间的内阻值，若检测仪表在检测过程中使用附加的电池固定夹具和引线，可以视情况减去固定引线的电阻值，且记录最大与最小之差值。判定规则：电池内阻值小于150m，同批次电池的内阻最大值与最小值的差值不得大于30m。5、电池安全性能：所有测试均在标准试验条件下进行。5.1 过充电电压保护用最高电压通过DC15V的电源给电池充电，当电池电压高于（4.2750.1)V时，充电应被禁止，保护启动延迟时间应在0.5S-1S。当电池电压回落于（4.1750.1)V以下时，充电过程应可重新开始。5.2 过放电电压保护当电池电压低于（2.300.1）V时，放电应禁止，保护启动延迟时间应小于1.

15、2S。5.3 过电流（短路）保护给电池正负极之间连接一只固定负载电阻，当电池放电电流超过(3.5A1A时，放电应被禁止，保护启动延迟时间应小于20ms。5.4 保护功能电源电压适应范围当电池电压大于等于（2.700.05)V时，有短路线连接正负极，过流保护应能启动，放电过程应被禁止。5.5 工作电流消耗当电池正常工作状态下，保护板电流消耗应小于10A。5.6 静态电流消耗电池处在欠压，过流保护状态下，保护板电流消耗应小于1A。5.7 静电ESD保护ESD电压为15KV时，电池各项保护功能工作正常。6、安全性能试验方法及判定6.1 过充电保护性能试验方法：电池快速充电结束后，用电压为2倍标称电压

16、，可输出电流为2C5A的电流的外接电源持续给电池加载8h，电池应启动过充电保护功能。试验后，检查电池外观，测量电池开路电压。判定规则：电池外观应不变形、不爆裂、不起火、不冒烟或不漏液。6.2 过放电保护性能试验方法：在环境温度（205）的条件下，以0.2C5A恒流放电至过放电保护电压后，外接30负载放电24h，然后检查电池外观，测量开路电压。判定规则：电池应不变形、不爆裂、不起火、不冒烟或不漏液。6.3 短路保护性能试验方法：电池按规定充电结束后，将正负极用0.1电阻短路连接1h后,目测电池外观.将正负极连接电阻断开,电池以1C5A恒流瞬时充电5S后用电压表测量电池开路电压.判定规则：电池外观

17、应不变形、不爆裂、不起火、不冒烟或不漏液；电池电压应不小于3.6V。7、环境适应性、试验及判定7.1 恒定湿热性能试验方法：电池按恒流、恒压方式快速充电结束后，将电池放入（402)，相对湿度为90%-95%的恒温恒湿箱搁置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，再以1C5A电流放电至终止电压2.75V，测量放电时间。判定规则：电池外观应不变形、不爆裂、不起火、不冒烟或不漏液，其放电时间不应低于36分钟。7.2 振动试验方法：完全充电结束后，将电池固定在振动台上，按下面的振动频率和对应的振幅调整好试验设备,X、Y、Z三个方向每个方向上从10HZ-55HZ循环扫频振

18、动30min,扫频速度为10CT/min。振动频率：10HZ-30HZ 位移幅值（单振幅）：0.38mm；振动频率：30HZ-55HZ 位移幅值（单振幅）：0.19mm判定规则：电池外观应不变形、不爆裂、不起火、不冒烟或不漏液，内部结构应无松动，电池开路电压应大于3.6V。7.3 碰撞试验方法：电池按8.2规定试验结束后，将电池平均按X、Y、Z三个互相垂直轴向直接或通过夹具固定在台面上，按下述要求调好加速度、脉冲持续时间，进行碰撞实验。脉冲峰值加速度 100m/s2每分钟碰撞次数 40-80脉冲持续时间 16ms碰撞次数 100010判定规则：电池外观应不变形、不爆裂、不起火、不冒烟或不漏液，

19、内部结构应无松动，电池开路电压应大于3.6V。7.4 自由跌落试验方法：电池按8.3规定试验结束后，将电池样品由高度（最低点高度）为1000mm的位置自由跌落到置于水泥地面上的18mm-20mm厚的硬木板上,从X、Y、Z正负方向（六个方向）每个方向自由跌落1次。自由跌落结束后,将电池经1C5A电流放电至终止电压。然后按快速充放电进行充放循环，至放电时间不低于51min，即可终止循环。判定规则：电池外观应不变形、不爆裂、不起火、不冒烟或不漏液，内部结构应无松动，充放电循环次数应不多于3次。8.外观新电池外表面应清洁，无机械损伤，触点无锈蚀；电池表面应有必须的产品标识；与蜂窝电话配合良好，开机应工

20、作正常，锁扣可靠。电池外部结构尺寸应在相应结构图纸标注的公差范围内。9. 运输电池应在半荷电状态20-50%充电状态下包装成箱进行运输，在运输过程中应防止剧烈振动、冲击或挤压，防止日晒雨淋，应适用汽车、火车、轮船、飞机等交通运输工具.10.贮存电池应贮存在环境温度-5-35的清洁、干燥通风的室内，应避免与腐蚀性物质接触，应远离火源及热源。电池贮存过程中每六个月充电一次。电池的加工过程中使用库存电芯和电池交货出库时，均应该遵循“先进先出”的原则；电池从入库之日起，保存期限为12个月，超过贮存期限的产品必须重新进行逐批检查，合格后才能交付订货方，逐批检查不合格的按再提交检查的批处理，若仍然不合格，

21、将由订货方决定处置。11. 标志和包装每个电池上应有下列中文标志：产品名称、型号、标称电压、额定容量、正负极性商标和警示说明、以及制造日期、批号、制造厂名、（或包括以上数据的串号）。12. 使用说明和安全规程12.1 推荐使用事项12.1.1 使用电池前，请仔细阅读使用说明书和电池表面标识。12.1.2 请在正常的室内环境中使用电池，温度：（205)，相对湿度：6520%。12.1.3 在使用过程中，应远离热源、高压，避免儿童玩弄电池，切勿摔打电池。12.1.4 本电池只能使用配套充电器充电，不要将电池放在充电器超过24小时。12.1.5 切勿将电池正负极短路,切勿自己拆装电池，也勿让电池放在

22、受潮处,以免发生危险.12.1.6 长期不用时，请将电池储存完好，让电池处于半荷电状态。请用不导电材料包裹电池，以避免金属直接接触充电，造成电池损坏，将电池保存阴凉干燥处。12.1.7 废弃电池请安全妥当处理，不要投入火中或水中。12.2 危险警告12.2.1 禁止拆装电池电池内部具有保护机构和保护电路可以避免发生危险。不合适的拆装会损坏保护功能，将会造成让电池发热、冒烟、变形或燃烧。12.2.2 禁止让电池短路不要将电池的正负极用金属连接，也不要将电池与金属片放在一起存储和移动。如果电池被短路，将会有超大电流流过，将会损坏电池，造成电池发热、冒烟、变形或燃烧。12.2.3 严禁加热和焚烧电池

23、加热和焚烧电池将会造成电池隔离物的溶化、安全功能丧失或电解质燃烧，过热就会使电池发热、冒烟、变形或燃烧。12.2.4 避免在热源附近使用电池不要在火源、烤炉附近或超过80的环境中使用电池，过热将会导致电池内部短路，使电池发热、冒烟、变形或燃烧。12.2.5 禁止弄湿电池不要弄湿电池，更不要将电池投入水中，否则会造成电池内部保护电路和功能丧失及发生不正常的化学反应，电池有可能发热、冒烟、变形或燃烧。12.2.6 避免在火源附近或阳光直射下充电否则会造成电池内部保护电路和功能丧失和发生不正常的化学反应，电池有可能发热、冒烟、变形或燃烧。12.2.7 使用非专用充电器给电池充电，会发生危险在非正常的

24、条件下充电会造成电池内部保护电路功能丧失和发生不正常的化学反应，电池有可能发热、冒烟、变形或燃烧。12.2.8 禁止破坏电池禁止用金属凿入电池、锤打或摔打电池或其它方法破坏电池，否则会造成电池发热、冒烟、变形或燃烧，甚至会发生危险。12.2.9 禁止在电池上直接焊过热将会造成电池隔离物溶化,安全保护功能丧失,使电池发热、冒烟、变形或燃烧.12.2.10 严禁将电池直接在电源插座上或车载点烟器上充电高压、大电流将会过电池而使其损坏，或使电池发热、冒烟、变形或燃烧。12.2.11 不可将电池用于其它设备不恰当使用会损坏电池的性能、降低寿命，甚至会使电池发热、冒烟、变形或燃烧。12.2.12 不要直

25、接触及漏液电池渗漏的电解液会造成皮肤不适，万一电解液进入眼睛，尽快用清水冲洗，不可揉眼，并迅速送医院处理。12.3 安全警告12.3.1 不可与其它电池混用电池不可与其它类型的一次或二次电池混用，否则因为不正常的充、放电造成电池发热、冒烟、变形或燃烧。12.3.2 将电池远离孩童不能得到的地方，以避免孩童噬咬或吞咽电池，如果吞咽了电池，应迅速送医院处理。12.3.3 不可长期置放充电器上如果超过正常充电时间很长时间充电器仍在充电，应停止充电，不正常的充电有可能会使电池发热、冒烟、变形或燃烧。12.3.4 不可置于微波炉或其它压力容器中瞬间加热或结构漏液（或有异味），应让电池离开手机或充电器并弃用。使用不正常的电池会发热、冒烟、变形或燃烧。12.4 注意事项12.4.1 注意避免在强光爆晒环境下使用电池，以免发热、冒烟