电池培训资料

1、电池知识的培训资料销售工程师入职培训什么叫电池什么叫电池 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。铅酸电池铅酸电池 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

2、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。锂离子电池锂离子电池 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：LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ +xe- 负极反应：C + xLi+ + xe- CLix 电池总反应：LiCoO2 + C Li1-xCoO2 + CLix 放电时发生上述反应的逆反应。早期的锂电池早期的锂电池锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。所以在

3、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。 Li+Li+Li+Li+Li+Li+放电充电正电极负电极氧钴锂离子Positive ElectrodeNegative ElectrodeO(Oxygen)Co(Metal atom)Li(Li-ion)C(Carbon)LiCoO2C锂电池种类和组成部分锂电池种类和组成部分 钢壳/铝壳/圆柱/软包装

4、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

5、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 LiCoO3.7 V140 mAh/g LiMnO3.7 V100 mAh/g LiFePO3.2 V115 mAh/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 + 6C LixC6 放电时：LixC6 xLi + xe + 6C 电解质溶液电解质溶液锂电池主要优点锂电池主要优点： 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

6、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； 铅酸电池镍镉电池镍氢电池钴酸锂电池磷酸铁锂电池使用电压(V)2.01.21.23.73.2质量比能量(Wh/Kg)304565140105循环寿命(100%DOD)200次400次400次500次2000次自放电率（每月）5%25%30%5%3%充电时间

7、12h8h8h3h0.5h环境友好度差差一般良好优秀其它记忆效应记忆效应安全性佳外包装方式l钢壳l铝壳l软包电解液l液态-常规l固态-聚合物外形l方形l圆柱电池特性/使用领域l常规型：最大可持续2C以内放电l倍率型：分为电流倍率型和容量倍率型 钴酸锂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、

8、电子字典、等产品都用锂离子电池；锰酸锂锰酸锂具有尖晶石结构。其理论容量为148 mAh/g，实际容量为90120 mAh/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、太阳能路灯、小型的UPS。镍钴锰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，

9、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、太阳能路灯、小型的UPS。等移动电源。磷酸铁锂磷酸铁锂材料具

10、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170 mAh/g，在没有掺杂改性时其实际容量已高达110 mAh/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

11、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镍镉全面退出市场)类别安全 性能比容量mAh/g循环寿命/次电压 平台材料成本所占成本比重适合领域钴酸锂差差 1455003.6高高40%小型移动电池小型移动电池锰酸锂较好较好105 5003.7低低25%对体积不敏感的对体积不敏感的中型动力电池中型动力电池三元锂较好较好160 8003.6中中33%中小型动力电池中小型动力电池磷酸铁锂很好很好 150 15003.2低廉低廉25%对体积不敏感的对体积不敏感的大型动力电源大型动力

12、电源 锂离子电池常用正极材料对比锂离子电池常用正极材料对比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

13、聚合物锂电池应当是固态的，如索尼、三星、LG、ATL等国外大厂。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 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。有欧姆内阻与极化极

14、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。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202055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。讲，电池容量应指明充放电条件

15、。 容量的计算方法 C C(mAh)=I I(mA)*T 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（Open Circuit Voltage ，OCVOCV） 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电势差。终止电压（Cut-off discharge voltage） 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

16、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3.6V3.6V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。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%（Depth of discharg

17、e， DOD ，放电深度 ）以上。 影响因素1.正负极材料本身性能2.正负极敷料量搭配比率3.电解液加入量4.制造环境5.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

18、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。 不同电流条件下的充电特性曲线2.52.07.57.06.05.04.0Charge voltageCharge capacityCharge currentCharge: CC/CV, 4.2V, 20 CCharging Characteristics at Various Current4.2Charge capacity (mAh)Charge voltage (V)Charge time (hours

19、)04.54.03.53.02.53.02.01.008mA20304040mA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。不 同 电 流 条 件 下 的 放 电 特 性 曲 线0 .2 C m A0 .5 C m A1 .0 C m A2 .7 502 04 06 08 01 0 01 2 02 .53 .03 .54 .04 .5D is c h a rg e C a p a c ity (% )Battery voltage

20、 (V)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 tsC h a rg e : C C /C V , 2 0 C ,4 .2 V , 4 0 m A x 2 .5 h rs .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

21、下搁置2h，放电时间不低于1.8h，电池外观无变形、无爆裂.不 同 温 度 条 件 下 的 放 电 特 性 曲 线-10C0C60C20CDischarge: Constant current 8mADischarging Characteristics at Various Temp.Battery voltage (V)Discharge Capacity (%)4.54.03.53.02.51201008060402002.75Charge: CC/CV, 20C,4.2V, 40mA x 2.5hrs.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

22、进行恒流放电，放电时间不低于1.8h。1000123020406080Storage Period (months)Capacity Retention (%)Storage Characteristics1030507090Capacity retention:(residual capacity after storage/intial discharge capacity) x 100%60C20C40C不同温度条件下的自放电曲线在环境温度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

23、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。循环寿命特性曲线Temp: 20 C1000100200300400500020406080Number of CyclesDischarge Capacity (%)Cycle LifeCharge: CC/CV, 20 C,4.2V, 40mA x 2.5hrs.Discharge: 20mA, End Voltage=2.75V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