电池基础知识.ppt

1、电池基础知识,目录,锂离子电池基本知识简介 电池分类 镍氢电池 锂离子电池 电池主要测试项目,一.锂离子电池基本知识简介,1.锂离子电池的广泛用途,发展高科技的目的是为了使其更好的服务于人类。锂离子电池自1990年问世以来，因其卓越的性能得到了迅猛的发展，并广泛地应用于社会。锂离子电池以其它电池所不可比拟的优势迅速占领了许多领域，象大家熟知的移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等等，且越来越多的国家将该电池应用于军事用途。应用表明，锂离子电池是一种理想的小型绿色电源。,锂离子电池已经快速成为便携式设备的标准电源；锂离子电池能提供和镍氢电池一样的能量，但在重量方面则可减少大约35%，这对于象摄像机和

2、笔记本电脑之类的用电设备来说是至关重要的。锂离子电池完全没有“记忆效应”和不含有有毒物质的优点也是使它成为标准电源的重要因素。,应用范围：,摄像机 移动电话 笔记本电脑 Personal digital assistants (PDA) 各种便携电子设备,2.什么是锂离子电池?,锂电池的负极材料是锂金属材料，正极是碳元素材料。按照大家习惯上的命名规律，我们称这种电池为锂离子电池。 锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极材料是碳材。,3.锂离子电池是由哪些元件组成的?,组成锂离子电池的构件 （1）电池盖 （2）正极-活性物质为 氧化 钴锂 （3）隔膜-一种特殊的复合膜 （4）负极-活性物质为碳 （

3、5）有机电解液 （6）电池壳,电池是一种把化学能转化为电能的产品,4.锂离子电池的优越性能,（1）工作电压高 （2）能量大 （3）循环寿命长 （4）自放电率低 （5）无记忆效应 （6）无污染, 能量密度高：具有相同容量的锂离子电池重量仅为镍氢、镍镉电池重量的1/2左右；具有相同容量的锂离子电池体积要比镍镉电池体积小4050%，比镍氢电池体积小2030%。 电压高：单片锂离子电池电压为3.6V，等于3支镍镉或镍氢电池的串联电压。 不污染环境：锂离子电池中不会有任何污染环境的物质。如：镉、铅等。 输出容量大：锂离子电池具有1.5C连续放电的能力。 寿命长。正常工作条件下，锂离子电池充/放循环寿命次

4、数500次。 无记忆效应。锂离子不存在镍镉电池中所谓的记忆效应。所以锂离子电池充电前不需放电。 可快速充电：锂离子电池通常可采用0.5C电流快速充电，使充电过程缩短在12h内完成。 成本高：与其它二次性电池相比，锂离子电池成本较高，价格贵。,锂离子电池与镍镉、镍氢电池比较,以下是镍镉、镍氢、锂离子电池性能的对比： 技术参数 镍镉电池镍氢电池锂离子电池工作电压（V） 1.2 1.2 3.6重量比能量(Wh/Kg) 50 65 105-140体积比能量(Wh/l) 150 200 300充放电寿命(次) 500 500 1000自放电率（%/月） 25-3030-356-9有无记忆效应 有 有 无

5、有无污染 有 无 无 注：(充电速率均为1C),5.锂离子电池的工作原理,锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。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，到达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。 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，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。 不难看出，在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极负极正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为

6、电池的两极，而锂离子就象优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。所以，专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。,电池充电、放电化学反应过程为：充电LiCoMO2+Cn Li1-XCoMO2+CnLiX 放电,放电时锂离子不能完全移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证下次充电时的锂离子畅通嵌入通道；否则，电池寿命就相当短，为了保证碳层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压；也就是锂离子电池不能过放电、放电终止最低电压通常为3.0V/节，最低也不能低于2.7V/节；同时，根据锂离子工作原理最高充电终止应为4.2V，不能过充，否则会因正极LiCoO2中的Li离子拿走太多时，

7、造成所谓的晶型瘫塌，而使电池表现出寿命终结状态。由此可见，锂离子充/放电控制精度要求相当高，既不能过充，也不能过放。否则都将影响电池寿命，这是由锂离子电池工作机理所决定的。,锂离子电池分液态锂离子电池和聚合物锂离子电池（Li-ion Polymer）聚合物锂离子根据电解液不同又分固体和胶体状电解液。,新型绿色环保电池是指近年来已投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染的电池。目前已经大量使用的锂离子电池、金属氢化物镍电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰电池以及正在研制开发的锂或锂离子塑料电池、燃料电池、电化学贮能超级电容器都属于新型绿色环保电池的范畴。此外，目前已广泛应用的利用太阳能进行光电转换

8、的太阳电池（又称光伏发电），也属于这一范畴。,电池分类,1原电池系列：锌锰电池、碱性锌锰电池、锌空气电池等； 2酸性蓄电池系列：铅酸蓄电池（其中包括阀控式密封铅酸蓄电池和胶体密封铅酸蓄电池）； 3碱性蓄电池系列：镉镍蓄电池、金属氢化物镍蓄电池、锌银蓄电池、铁镍蓄电池、锌镍蓄电池等； 4锂电池系列：锂蓄电池（锂离子蓄电池、软包锂离子蓄电池、金属锂蓄电池等）、锂原电池（锂亚硫酰氯电池、锂二氧化锰电池、锂二氧化硫电池、锂氟化碳电池等）、锂储备电池（锂亚硫酰（xian）氯储备电池、锂五氧化二钒储备电池等）；,电池分类,5热电池系列：镁热电池系列、钙热电池系列、铝合金热电池系列等； 6一次激活电池系列：

9、锌银一次激活电池、镁氯化银电池、镁氯化亚铜电池、铝氧化银电池等； 7燃料电池系列：碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池（SOFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC，其中包括氢氧、氢空气、甲醇直接氧化和再生式燃料电池）等,什么是一次电池？,什么是二次电池？,一次电池,二次电池,知识库：一次电池：是只能一次性使用的电池，如：碱性电池、碳性电池、钮扣电池。二次电池：是可反复使用的电池。如：镍镉（Nicd）、镍氢（Nimh）、铅酸、锂离子可充电池（Li-ion）,二.锂离子聚合物电池的特性,1.锂离子电池的充电特性： 由于锂离子电池要求，

10、其充放电需精密控制，因此，锂离子电池需采用专门的恒流，恒压充电法进行充电。通常恒流充电到4.2V/节，后转入恒压，定时充电，待恒压充电电流降到100mA左右时，终止充电，恒流充电电率为0.1C1.5C（C：当电池额定容量为1000mAh时，则1.0C充电率表示充电电流为1000mA，1.5C充电电流为1500mA，依此类推），只要进入恒压充电状态，充电电流会慢慢降低到零，并停止充电。,2.锂离子电池的放电特性： 锂离子电池采用恒流连续放电，开始放电时电压均为4.2V/节（单节开路端电压），终止放电电压，通常规定为3.0V（不充许过放电），最低放电压也不能低于2.5V，否则影响电池寿命。对同一电

11、池而言放电电流大小不同，充电时间长短也不同。若用1.0C电流放电到终止电压3.0V约需1h；若用0.2C电流放电，到放电结束约需5 h。可见放电时间长短与电池容量，放电电流大小有关。,3.锂离子电池的存储特性： 锂离子电池的存储特性是指锂离子长期有储后保持容量的特性及恢复容量等特性。锂离子电池剩余容量与存储时间和存储温度有关，在20环境温度下保存半年，容量可保持在额定值的90%以上，而同一电池在60环境温度下保存一个月后，容量保持仅此有额定容量的80%左右。可见锂离子电池宜在低温下保存，一般用户长期不用的电池宜放在冰箱冷冻室内保存。,关键,电池充电 ： (1)充电电压锂离子电池单只电池最高充电

12、电压为4.2V。 (2)充电电流锂离子电池充电电流应为0.7CmA或更低。 3)充电温度锂离子电池应在0C至45C温度范围内进行充电。 (4)反极充电不要对电池进行反极充电。,关键,电池放电： (1)放电电流锂离子电池放电电流应为1CmA或更小 (2)放电温度锂离子电池应在-20C至60C温度范围内进行放电。 (3)放电终止电压应避免单只锂离子电池放电电压低于3.0V，过放电会损坏电池性能。,关键,电池贮存： 锂离子电池应充电30%至50%容量后在室温下贮存。,补充几个锂离子电池知识,锂离子电池具有三层卷绕结构，这三层结构分别是：以钴酸锂为主要活性物质的正极、以碳材料为主要活性物质的负极和正负

13、极之间的隔膜层。 锂离子电池是现在日常用电池中能量密度最高的电池，它的容量是镍镉电池容量的二倍，而且只有很低的自放电率。锂离子电池由于没有采用金属锂做为材料，因此它是一种稳定和安全的电池产品。 通常，锂离子电池应用于电池组时都包括锂离子电蕊和电池保护线路，保护线路可以对锂离子电池过充电、过放电、过电压、低电压和过电流等方面进行保护。 电池性能和寿命指标主要依据电池的使用情况。,镍氢/镍镉电池,镍氢电池 是由贮氢合金负极，镍正极，氢氧化钾电解液以及隔膜等组成的可充电电池，它与镍镉电池的本质区别只是在于负极材料的不同。因此它可以直接用在使用镍镉电池的器件上。 镍氢电池具有记忆效应。 镍氢电池表示符

14、号：Ni-MH 镍镉电池表示符号：Ni-Cd,镍氢/镍镉电池,镍氢电池的优点： 与NiCd电池相比，NiMH电池具有以下显著优点： 能量密度高，同尺寸电池，容量是NiCd电池的1.52倍： 无镉污染，所以NiMH电池又被称为绿色电池： 可大电流快速充放电； 电池工作电压也为1.2 V，与NiCd电池有互换性。,镍氢/镍镉电池,充电方法： 电池的充电过程通常可分为预充电、快速充电、补足充电、涓流充电四个阶段。 预充电：对长期不用的或新电池充电时，一开始就采用快速充电，会影响电池的寿命。因此，这种电池应先用小电流充电，使其满足一定的充电条件，这个阶段称为预充电。,镍氢/镍镉电池,快速充电：就是用大

15、电流充电，迅速恢复电池电能。快速充电速率一般在1C以上，快速充时间由电池容量和充电速率决定。 补足充电：采用某些快速充电止法时，快速充电终止后，电池并未充足电。为了保证充入100%的电量，还应加入补足充电过程。补足充电速率一般不超过0.3C。,镍氢/镍镉电池,涓流充电：也称为维护充电。根据电池的自放电特性，涓流充电速率一般都很低。只要电池接在充电器上并且充电器接通电源，在维护充电状态下，充电器将以某一充电速率给电池补充电荷，这样可使电池总处于充足电状态。,电池主要检测项目,放电性能、荷电保持能力、循环寿命、环 境适应性试验 高度模拟试验、静电放电（ESD）试验、 安全性能试验 电池安全要求（如重物冲击、热冲击、过 充电、过放电、大电流放电、短路、挤压、 强制放电）,移动电源工作原理,移动电源是一个集储电，升压，充电管理于一体的便携式设备。储 电介质