锂电池相关概述

锂电池相关概述

1.1锂电池的定义及分类

1.1.1锂电池的定义

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水

电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家

爱迪生，使用以下反应：

Li+MnO2=LiMnO2

该反应为氧化还原反应，放电。

由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、

保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得

到应用。

但现在锂电池已经成为了主流。

1.1.2锂电池的分类

锂电池分成两大类：不可充电的和可充电的两类。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。如锂二氧化锦一次电池、

锂一亚硫酰氯一次电池。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，如市面上常见的锂离

子手机电池。

1.锂电池外型分：有方型锂电（如常用的手机电池电芯）

和柱形（如18650）；

2.锂电池外包材料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包

电池；

3.锂电池从正负极材料（添加剂）分：沽酸锂（LiCoO2）

电池或锯酸锂（LiMn2O4）,磷酸铁锂电池，一次性二氧化

锦锂电池；另一分：锂离子LIB,聚合物PLB

4.不同的性能用途方面分：

♦次性-----锂锦电池——扣式3伏电池

高容量（高平台）一一用在手机数码产品上

高倍率；-----用在电动车和电动工具上及飞机模型

高温；-----矿灯，室上灯饰，机器内置后备电源;

低温；-----室外环境，北方（冬天）南极；

1.1.3锂电池的主要特点

1、具有更高的重量能量比、体积能量比；

2、电压高，单节锂电池电压为3.6V,等于3只银镉或

银氢充电电池的串联电压；

3、自放电小可长时间存放，这是该电池最突出的优越

性；

4、无记忆效应。锂电池不存在银镉电池的所谓记忆效

应，所以锂电池充电前无需放电；

5、寿命长。正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数

远大于500次；

6、可以快速充电。锂电池通常可以采用0.5〜1倍容量

的电流充电，使充电时间缩短至1〜2小时；

7、可以随意并联使用；

8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境

无污染，是当代最先进的绿色电池；

9、成本高。与其它可充电池相比，锂电池价格较贵。

1.2锂离子蓄电池的结构与特性

1.2.1锂离子蓄电池工作原理

电池分一次电池和二次电池两大类，前者是一次性的，

如干电池。后者是可再充电的，也称可充电池。目前二次电

池主要有：铅酸电池、银镉电池、银氢电池和锂离子电池。

锂离子电池，俗称“锂电。是目前综合性能最好的电池体

系。锂离子电池负极是碳素材料，如石墨。正极是含锂的过

渡金属氧化物，如LiMn2O4。电解质是含锂盐的有机溶液。

通常锂离子电池并不含金属锂。充电时，在电场的驱动下锂

离子从正极晶格中脱出，经过电解质，嵌入到负极晶格中。

放电时，过程正好相反，锂离子返回正极，电子则通过了用

电器，由外电路到达正极与锂离子复合。由于锂离子电池不

含任何贵重金属，原材料都很便宜，降价空间很大，应该是

最便宜的电池。目前媒体经常报道聚合物锂电池或固态锂电

池，实际上它的主要部件：正极、负极和电解质以及工作原

理都和使用液体电解质的锂离子电池一样，只是隔膜和包装

材料不同，因此，仍属于锂离子电池。与传统的二次电池相

比，锂离子电池有突出的优点：工作电压高锂离子电池的工

作电压在3.6V,是银镉和银氢电池工作电压的三倍。在许

多小型电子产品上，一节电池即可满足使用要求。这也是与

其它二次电池的重大区别，因此只能用锂离子电池专用充电

器来充电，以免发生事故。比能量高锂离子电池比能量目前

已达140Wh/kg,是银镉电池的3倍，银氢电池的1.5倍。

循环寿命长目前锂离子电池循环寿命已达1000次以上，在

低放电深度下可达几万次，超过了其他几种二次电池。自放

电小锂离子电池月自放电率仅为6—8%,远低于银镉电池

(25〜30%)及锲氢电池(30〜40%)。无记忆效应可以根

据要求能够随时充电，而不会降低电池性能。对环境无污染

锂离子电池中不存在有害物质，是名副其实的“绿色电池”。

1.2.2锂离子蓄电池的构造

锂电池通常有两种外型：圆柱型和长方型。

电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性

很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包

括由锂和二氧化钻组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的

电流收集极。负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄

膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另

外还装有安全阀和PTC元件，以便电池在不正常状态及输出

短路时保护电池不受损坏。

单节锂电池的电压为3.6V,容量也不可能无限大，因此,

常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要

求。

1.2.3锂离子蓄电池的特性

锂离子电池与锂聚合物电池两种，其每个单体的标称电

压为3.7伏。由于内含液体，锂离子电池都是用金属壳密封

的；而锂聚合物电池则由于其基质为聚合物形态，不含流质，

不会流失与蒸发，所以只需要外加1〜2层绝缘物包装即可（通

常用铝塑膜和热收缩薄膜）。理论上锂聚合物电池可以做成

任何形状；实用上都做成K方形薄板状。

锂电池的主要特点是比能量特别大。上述两种锂电池在

问世之后，都先被人们用于通讯、摄影等设备上；然后再被

一些航模爱好者引用到模型飞机上……至今世界上已有不

少厂家在竞相开发专门适用于航模的锂电池。我国的南方就

有多家这样的电池厂。其技术上发展速度很快；但优胜劣汰,

竞争也相当残酷锂离子电池目前的安全放电倍率大约公为

4〜5；而国外优秀的锂聚合物电池已能做到20C以上。国内

也已有几家工厂宣称能做到10C；有的明确介绍说用10C放

电可持续放到70%的容量，而用8c放电可持续放出80%容

量，短时间可经受15c放电；也有在近期宣称已做到20C放

电的传闻。可见，锂聚合物电池的放电倍率要明显高于锂离

子电池。此外它在比能量与安全性方面都要优于锂离子电

池，价格相差也不大；看来，锂离子电池在航模上尚未站稳

脚跟就已注定即将被锂聚合物电池挤出舞台。

锂聚合物电池优点

1.安全性能好

聚合物锂电池在结构上采用铝塑软包装，有别于液态电

芯的金属外壳，一旦发生安全隐患，液态电芯容易爆炸，而

聚合物电芯最多只会气鼓。

2.厚度小，能做得更薄

普通液态锂电采用先定制外壳，后塞正负极村料的方

法,厚度做到3.6mm以下存在技术瓶颈，聚合物电芯则不存

在这一问题，厚度可做到1mm以下，符合时下手机需求方

向。

3.重量轻

聚合物电池重量较同等容量规格的钢壳锂电轻40%,较

铝壳电池轻20%o

4.容量大

聚合物电池较同等尺寸规格的钢壳电池容量高10~

15%,较铝壳电池高5〜10%,成为彩屏手机及彩信手机的首

选，现在市面上新出的彩屏和彩信手机也大多采用聚合物电

芯。

5.内阻小

聚合物电芯的内阻较♦般液态电芯小，目前国产聚合物

电芯的内阻甚至可以做到35mQ以下，极大的减低了电池的

自耗电，延长手机的待机时间，完全可以达到与国际接轨的

水平。这种支持大放电电流的聚合物锂电更是遥控模型的理

想选择，成为最有希望替代锲氢电池的产品。

6.形状可定制

聚合物电池可根据客户的需求增加或减少电芯厚度，开

发新的电芯型号，价格便宜，开模周期短，有的甚至可以根

据手机形状量身定做，以充分利用电池外壳空间，提升电池

容量。

7.放电特性佳

聚合物电池采用胶体电解质，相比液态电解质，胶体电

解质具有平稳的放电特性和更高的放电平台。

8.保护板设计简单

由于采用聚合物材料，电芯不起火、不爆炸，电芯本身

具有足够的安全性，因此聚合物电池的保护线路设计可考虑

省略PTC和保险丝，从而节约电池成本。聚合物锂电池在安

全性、体积、重量、容量、放电性能方面均具有极大优势，

但由于目前产能较低，制造成本高，因此价格居高不下，价

格已成为影响聚合物锂电池普及的瓶颈。据业内人士分析，

到2005年，聚合物锂电池将占据世界手机

1.2.4锂离子蓄电池的控制

锂离子电池是一种应用广泛的可充电电池，它具有单体

工作电压高、体积小、重量轻、能量密度高、循环使用寿命

长，可在较短时间内快速充足电以及允许放电温度范围宽等

优点。此外，锂离子电池还有自放电电流小、无记忆效应和

无环境污染等优点。其全球供货量正在持续增加。根据市场

调研公司的报告，07全年锂离子可充电电池的全球供货量比

上年增加了17%。而随着锂离子电池的使用面的扩大，对锂

离子电池的充放电保护就显得愈发重要。

锂离子电池的保护

锂离子电池供电设备的安全性是人们目前最为关注的

问题，所以对其的保护就非常重要。锂离子电池的保护主要

包括过充电保护、过放电保护、过电流及短路保护等。

1、过充电保护

当充电器对锂离子电池过充电时，为防止因温度上升所

导致的内压上升，需终止充电状态。为此，保护器件需监测

电池电压，当其到达电池过充电压时，即激活过充电保护功

能，中止充电。

2、过放电保护

为了防止锂离子电池的过放电状态，当锂离子电池电压

低于其过放电电压检测点时，即激活过放电保护，中止放电，

并将电池保持在低静态电流的待机模式。

3、过电流及短路保护

当锂离子电池的放电电流过大或短路情况产生时，保护

器件将激活过电流保护功能。

多节锂离子电路的保护

单体锂离子电池的额定电压为3.6V,不能满足高电压供

电场合的需要，因此就需要多节锂离子电池串联使用。为此,

各有关电源管理控制集成电路生产厂商纷纷推出了自己的

多节锂离子电池(电池组)保护集成电路芯片，如精工技术

有限公司(SII)的S-8204B(S-8204B隶属于的8204系列,

该系列的另一个产品是S-8204Ao两者的区别是S-8204A配

合P沟道MOSFET工作，S-8204B则配合N沟道MOSFET

工作)。这类产品的特点是监控3、4节锂离子电池的充放电

状态，可实现过充、过放和过电流保护。

以S-8204B为例，它能对各节锂离子电池的电压进行高

精度检测，具有3段过电流检测功能，通过外接电容可设置

过充电检测延迟时间、过放电检测延迟时间、放电过电流检

测延迟时间1和放电过电流检测延迟时间2,还能通过SEL

端子切换3/4节锂离子电池串联使用。不过，它最大的特点

是可以级联使用，下节将对S-8204B的这一功能进行详细说

明。

4、充放电时的温度控制

另外，对充放电过程的温度控制也