锂离子电池基本知识一.docx

1、锂离子电池基本知识一一电池常规知识1.什么是电池？ 2.一次电池和二次电池有什么区别?3、充电电池是怎样实现它的能量转换？4、什么是Li-ion电池？5、Li-ion电池的工作原理？6、Li-ion电池的主要结构。7、 Li-ion电池的优缺点。8、 Li-ion电池安全特性是如何实现的？9、什么是充电限制电压？额定容量？额定电压？终止电压？10、Li-ion铝壳和钢壳电池比较它的区别有哪些？ 11、目前常见的各种可充电电池之间有什么区别？1、什么是电池？电池是一种能源。当它正负极连接在用电器上时，因为正负极之间存在电势之差，电流从正极流向负极，储存在电池中的化学能直接转化成电能释放出来，一只

2、电池必然由两种不同电化学活性的物质组成正负两极，正负极活性物质之间的电动势差形成电池的电压，根据其电化学系统的不同，各种类型的电池电压各有不同。2、一次电池和充电电池有什么区别?电池部的电化学设计决定了该类型的电池是否可充。根据它们的电化学成分和电极的结构可知，可充电电池的部结构之间所发生的反应是可逆的。理论上，这种可逆性是不会受循环次数的影响，既然充放电会在电极的体积和结构上引起可逆的变化，那么可充电电池的部设计就支持这种变化。而一次电池在给定的电池环境中两个电极之间的电化学反应是不可逆的，因此，不可以将一次电池拿来充电，这种做法很危险也很不经济。如果需要反复使用，应选择真正的循环次数在10

3、00次左右的充电电池，这种电池又称为二次电池。另一明显的区别就是它们具有较高的比能量和负载能力，以及自放电率。一次电池能量密度远比一次电池高。然而他们的负载能力相对要小。二次电池具有相对较高的负载能力，可充电电池Li-ion，随着近几年的发展，具有高能量容量。不管何种一次电池的电化学系统属于哪种，所有的一次电池的自放电率都很小。3、充电电池是怎样实现它的能量转换？每种电池都具有电化学转换的能力，即将储存的化学能直接转换成电能。就二次电池而言(另一术语也称可充电便携式电池)，在放电过程中，是将化学能转换成电能；而在充电过程中，又将电能重新转换成化学能。这样的过程根据电化学系统不同，一般可充放电5

4、00次以上。Li-ion是一种新型的可充电便携式电池。它的额定电压为3.63.8V。他的放电电压会随放电的深度而逐渐下降。4、什么是Li-ion电池？Li-ion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锂金属。负极材料是碳材。按照大家习惯上的命名规律，我们称这种电池为锂电池。Li-ion的正极材料是氧化锂钴，负极材料是碳材。电池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程，所以人们称之为Li-ion。5、Li-ion电池的工作原理是什么？ 工作原理即充放电原理。Li-ion的正极材料是氧

5、化钴锂，负极是碳。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。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-ion就象一把摇椅，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两端来回奔跑。所以，Li-ion又叫摇椅式电池。6、公司Li-ion电池的主要结构

6、是怎样的？Li-ion电池主要有以下几部分组成:1）钢壳电池： 电池上下钢质盖板，直通钢质壳身，铝质铆钉； 铝壳：铝质顶板，铝质壳身，钢质铆钉。2）正极钴酸锂的活性物质及铝质基体；3）隔膜一种特殊的复合有机膜；4）负极活性物质为碳，铜质基体；5）一定比例有机物组成的电解液体系。7、Li-ion电池有哪些优点？哪些缺点？Li-ion电池具有以下优点：1）单体电池的工作电压高达3.6-3.8V；2）比能量大。目前邦凯钢壳电池能达到的实际比能量为100-115W.h/kg和240-253W.h/L（2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH），随着技术发展，比能量可高达150W.h/kg和400W.h/

7、L3）循环寿命长。一般均可达到500次以上，甚至1000次。4）安全性能好，无公害，无记忆效应。作为Li-ion前身的锂电池，因金属锂易形成枝晶发生短路，缩减了其应用领域；Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素；部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion不存在这方面的问题。5）自放电小室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。Li-ion也存在着一定的缺点，如：1） 电池成本较高。主要表现在LiCoO2的价格高（Co的资源较少），电解质体系提纯困难

8、。2） 不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因，电池阻相对其他类电池大，故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在0.5C以下，只适合于中小电流的电器使用。3） 需要保护线路控制。A、 过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命；同时过充电使电解液分解，部压力过高而导致漏液等问题；因电池在充电过程中电压会不断上升，故必须在4.1V-4.2V的恒压下充电；B、 过放保护：过放会导致大量活性物质容量不可逆而大量衰减，故也需要有保护线路控制。8、锂离子安全特性是如何实现的？为了确保Li-ion安全可靠的使用，人们进行了非常严格、周密的电池安全性能设计，以达到电池安全考核指标。1） 各种环境滥用

9、测试进行各项滥用实验，如外部短路、过充、针刺、冲击、焚烧等，考察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击实验和振动、跌落、冲击等力学性能实验，考察电池在实际使用环境下的性能情况。隔膜135自动关断保护2）采用国际先进的Celgard2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120的情况下，PE复合膜两侧的膜孔闭合，电池阻增大，电池部升温减缓，电池升温达到135时，PP膜孔闭合，电池部断路，电池不再升温，确保电池安全可靠。3）向电解液中加入添加剂在电池过充，电池电压高于4.2V的条件下，电解液添加剂与电解液中其他物质聚合，电池阻大幅增加，电池部形成大面积断路，电池不再升温。9、什么是充电限

10、制电压？额定电压？终止电压？a)充电限制电压按生产厂家规定，电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值。我公司的充电限制电压为4.2V。b)标称电压用以表示电池电压的近似值。c) 终止电压规定放电终止时电池的负载电压，其值为n*2.75V（锂离子单体电池的串联只数用“n”表示）。10、Li-ion电池铝壳和钢壳电池比较它们的区别有哪些？同型号的铝壳电池重量较钢壳轻。铝壳电池的容量稍高。由于钢壳和铝壳的部结构不同，所以壳体表现出来的正负极也存在着差别，钢壳电池的外壳为负极，顶部为正极；铝壳电池的正好相反，外壳为正极，顶部为负极。两种型号电池在阻和电压方面没有很大分别。11、目前常见的各种可充电电池之间

11、有什么区别？目前镍镉、镍氢、锂离子充电电池大量应用于各种便携式用电设备（如笔记本电脑、摄像机和移动等）中，每种充电电池都具有自己独特的化学性质。镍镉和镍氢电池之间主要差别在于：镍氢电池能量密度比较高。与相同型号电池对比，镍氢电池容量是镍镉容量的二倍，这意味着在不为用电设备增加额外重量时，使用镍氢电池能大延长设备工作时间。镍氢电池另一优点是：大大减少了镍镉电池中存在的“记忆效应”问题，从而使得镍氢电池可更方便地使用。镍氢电池比镍镉电池更环保，因为它部没有有毒重金属元素。Li-ion也已经快速成为便携设备的标准电源，Li-ion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

12、像机和笔记本电脑之类的用电设备来说是至关重要的。Li-ion完全没有“记忆效应”和不含有毒物质的优点也是使它成为标准电源的重要因素。二电池性能术语（一）1、为什么恒压充电电流会逐渐减少？2、什么是电池阻? 3、什么是电池的容量？4、什么是开路电压？什么是工作电压？5、什么是（充放电）倍率？什么是时率？6、什么是自放电率？ 7、什么是放电平台？1、为什么恒压充电电流会逐渐减少？因为恒流过程终止时，电池部的电化学极化仍然保持再整个恒流中相同的水平，恒压过程中，在恒定电场作用下，部Li+的浓差极化在逐步消除，离子的迁移数和速度表观为电流的逐渐减少。 2、什么是电池阻？是指电池在工作时，电流流过电池部

13、所受到的阻力。有欧姆阻与极化阻两部分组成。电池阻值大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。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。是衡量电池性能的一个重要参数。注：一般以充电态阻为标准。测量电池的阻需用专用阻仪测量，才能确保所得到的值的精确度。3、什么是电池的容量?怎样计算？影响电池容量的有哪些因素？ 电池的容量有额定容量和实际容量之分。电池的额定容量是指电池在环境温度为205条件下，以5h率放电至终止电压时所应提供的电量，用C5表示。电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。容量常见单位

14、有：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。影响电池容量的因素主要有两个方面：一是活性物质的重量；二是活性物质的利用率。活性物质的利用率包括A、活性物质的活性：残余电化学反应的能力，与其晶形结构、制造方法和含杂质多少有关；B、电极和电池的结构：成型方法、极板孔径、厚度、真实表面积大小；C、电解液的组成；D、制造工艺；E、放电制度（T放、I放、V终）4、什么是开路电压？什么是工作电压？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。一般情况下，Li-ion电池充满电后开路电压为4.14.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右。通过对电池的开路电压的检测，可以判断电池的

15、荷电状态。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。在电池放电工作状态下，当电流流过电池部时，不需克服电池的阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。Li-ion的放电工作电压在3.6V左右。5、什么是放电平台？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。因一般使用锂离子电池的用电器的工作电压都要求在3.6V以上，如果低于这个值，则会出现无法工作的情况。所以放电平台是衡量电池性能好坏的重要标准之一。6、什么

16、是（充放电）倍率？时率？是指电池在规定的时间放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。如电池的标称额定容量为600mAh，则600mAh为1C（1倍率），300mA则为0.5C，6A（6000mA）为10C，以此类推。时率又称小时率，是指电池以一定的电流放完其额定容量所需的小时数。如电池的额定容量为600mAh，以600mA的电流放完其额定容量需1小时，故称600mA的电流为1小时率，以此类推。7、什么是自放电率？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。主要受电池的制造工艺、材料、储存条件等因素的影响。是衡量电池

17、性能的重要参数。注：电池100%充满电开路搁置后，一定程度的自放电正常现象。在GB标准规定Li-ion后在202条件下开路搁置28天，可允许电池有的容量损失。三电池性能术语（二）1、什么是压？2、为什么要储存电池后才能包装出货？3、什么是化成,为什么要化成？4、什么是分容？5、什么是Li-ion充/放电的仲裁制式制度？6、什么是充电效率？什么是放电效率？7、 如何计算Li-ion电池的放电容量？8、手机电池的待机时间是如何衡定的? 9、锂离子电池的主要制造过程是怎样的？1、什么是压？指电池的部气压，是密封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。其产生原因

18、主要是由于电池部水分及有机溶剂分解产生的气体于电池聚集所致。高倍率的连续过充，会导致电池温度升高、压增大，严重时对电池的性能及外观产生破坏性影响，如漏液、鼓底；电池阻增大，放电时间及循环寿命变短等。Li-ion任何形式的过充都会导致电池性能受到严重破坏，甚至爆炸。故Li-ion在充电过程中需采用恒流恒压充电方式，避免对电池产生过充。2、为什么电池要储存一段时间后才能包装出货？电池的储存性能是衡量电池综合性能稳定程度的一个重要参数。电池经过一定时间的储存后，允许电池的容量及阻有一定程度的变化。经过了一段时间的储存，可以让部各成分的电化学性能稳定下来，可以了解该电池的自放电性能的大小，以便保证电池

19、的品质。3、什么是化成，为什么要化成？组装后的电池，被给予一定的电流，使得电池正负极活性物质被激发，最后使电池具有放电能力的电化学过程称为化成；因为电池只有经过化成后才能够用来作为电源使用，所以需要化成。4、什么是分容？电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电池按容量分类的过程称为分容。5、什么是锂离子的检验仲裁充/放电制式?仲裁充电制式 在给Li-ion充电的各种方法中，检验的仲裁充电制式是指在环境温度205的条件下以0.2C充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01C，最长时间不大于8h停止充电。

20、仲裁放电制式 仲裁放电制式是指在环境温度205的条件下以0.2C放电，直至电池端电压达到放电限制电压。6、什么是充电效率？什么是放电效率？充电效率是指电池在充电过程中所消耗的电能转化成电池所能储存的化学能程度的量度。主要受电池工艺，配方及电池的工作环境温度影响，一般环境温度越高，则充电效率要低。放电效率是指在一定的放电条件下放电至终点电压所放出的实际电量与电池的额定容量之比，主要受放电倍率，环境温度，阻等因素影响，一般情况下，放电倍率越高，则放电效率越低。温度越低，放电效率越低。7、如何计算Li-ion电池的放电容量？在没有特别指明的情况下，电池放电容量均是指在一定倍率的恒流下放电至2.75V

21、时所持续的时间。电池在不同温度下的放电容量均可根据该电池的放电时间(T)和放电电流(I)来计算的公式位： C(mAh)=I(mA)*T(h)。以公司的产品为例如，一只BK033555额定容量为550mAh的电池在常温下用恒流0.5C5A(275mA)放电，由4.2V放电至2.75V时所持续的时间为125min，利用以上的公式计算它的放电容量(C)应是：放电电流I(275mA)*放电时间125/60(h)=572mAh， 由此得出该电池的放电容量为572mAh。8、手机电池的待机时间是如何衡定的?厂家在测试电池的充放电性能时，电池处于连续放电的状态，如0.5C放电至2.75V时，放电时间为120

22、min，当消费者在使用手机的过程中，只有在播出或接进时，才会有较大电流(电流的大小随厂家的电路设计而各有不同)消耗电池中储存的化学能。在开机但没有使用的情况下，虽然电路中也有对电池能量的消耗，但电流相对很小，所以0.5C下120min的放电时间分批分期的使用，品质较好的电池可能会出现待机3天，甚至5天时间的情况。9锂离子电池的主要制造过程是怎样的？Li-ion电池的工艺技术非常严格、复杂，这里只能简单介绍一下其中的几个主要工序。1）配料用专门的溶剂和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。2）涂膜将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极

23、极片。3）装配按正极片隔膜负极片隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，在经注入电解液、封口等工艺过程，即完成电池的装配过程，制成成品电池。4）化成用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试，对每一只电池都进行检测，筛选出合格的成品电池。四其他参考资料（电池块部分1、电池块的阻受哪些因素影响？2、PCB有哪几种？3、什么是Li-ion电池保护IC？4、IC有哪些主要技术指标？5、Li-ion的PCB能互换吗？6、什么是NTC热敏电阻？7、什么是PTC热敏电阻？8、为什么Li-ion需保护电路？9、什么是NTC热敏电阻？10、手机电池块保护线路板原理。1、电池块的阻受哪些因素影响？电池块

24、的阻总是小一些好。因为阻小，意味着使用过程中电池块本身消耗的能量小，也意味着可向外输出的电能就多，反之亦然。电池块的阻主要由四部分组成，举例如下：A、Li-ion的阻。该值随电池型号而异，一般在3050m之间，且随着电池容量的饱和度而略有差异。B、PCB板上的MOS FET的阻。由于板上两只MOS FET是串联使用的，所以，计算时应把两只管子的阻都算上。一般的是20m/只。C、可恢复保险丝的电阻。该值随所用的型号及电流而异，一般为3050m之间。D、接线电阻。这部分包括弹簧片接触电阻、电池与PCB板连接的Ni带的电阻、PCB板印制电路的电阻。三部分加起来约有30m左右。现以公司063048为例

25、说明如下：A、电池：06304830-50 m，以40 m计B、MOSFET：uPA1870两管40 mC、可恢复保险丝VIP21030 mD、接线30 m则该电池块总阻约为：40+40+30+30=140 m2、PCB有哪几种？根据所适用的电池数量来分，有适合一节Li-ion使用的PCB板，当然也就有适合两节、三节、四节Li-ion使用的不同的PCB板。值得注意的是，由于不同的制造商生产的Li-ion特性各不相同，各公司按各自电池的特性设计出的单节Li-ion电池PCB板是不能互换使用的。也就是说对不同的公司生产的Li-ion产品，PCB板是没有通用性的。按照PCB板的材料划分，则有两种。一

26、种是普通的玻璃纤板也称硬板，另一种是柔性电路板。硬板的板基材料是玻璃纤维，其绝缘性、高频电特性都很好，但较脆，不能弯曲。在电池保护电路中常用的是0.40.8mm厚的玻纤板。另一种是柔性板。它的板基材料是聚脂或聚酰亚胺，其特点是柔性好、可弯曲成90安装，其厚度一般为0.1mm左右，所以占的体积小，适合小型电池块使用，但成本高，是玻纤板的35倍。3、什么是Li-ion电池保护IC？在Li-ion使用过程中，过充电、过放电对Li-ion的电性能都会造成一定的影响，为了避免使用中出现这种现象，专门设计了一套电路，并用微电子技术把它小型化，成为一个芯片，该芯片俗称Li-ion保护 ic。它是电池块保护电

27、路中最重要的元器件，主要功能是时刻采样电池电压与回路中电流来判断是否应关断对应的场效应管来将充放电回路断开。现有单节、两串、三串、四串等。4、IC 有哪些主要技术指标？有12种：1） 过充电检测电压：VCU：4.27525 mv（4.25 4.275 4.30）2） 过充电恢复电压：VCL：4.17530mv（4.145 4.175 4.205）3） 过放电检测电压：VDL：2.380mv（2.22 2.3 2.38）4） 过放电恢复电压：VDU：2.40.1mv（2.3 2.4 2.5）5） 过电流检测电压：VIOV1：0.130mv（0.07V 0.1 0.13V） VIOV2：0.50.

28、1mv（0.4 0.5 0.6）6） 短路检测电压：Vshort：-1.3V（-1.7 -1.3 -0.6）7） 过充电检测延时：tcu： 1s（0.5 1 2）8） 过放电检测延时：tdl： 125ms（62.5 125 250）9） 过流延时：TioV1： 8ms（4 8 16） TioV2： 2ms（1 2 4）10）短路延时：Tshort： 10us（10 50us）11）正常功耗：10PE： 3uA（1 3 6 uA）12）静电功耗：1PDN： 0.1uA5、Li-ion的PCB能互换吗？不能。主要原因是：1）不同的Li-ion生产厂家生产的Li-ion的性能不一，从而所选用的IC也

29、不一样，主要指过充电检测电压。2）采用不同的MOS管由于其阻不一，所以根据工作电流应选用不同的IC；3）识别电阻不一样。6、什么是NTC热敏电阻？NTC热敏电阻，即负温度系数（negative temperature coefficient）热敏电阻的英文首字母缩写，其阻值随温度升高而减小。主要作用是感应电池组的表面温度变化，通过阻值的变化转化成电性信号输出。基本参数有阻值、封装、精度，B常数。B常数定义为：现用在保护电路中起温度保护作用。7、什么是PTC热敏电阻？PTC热敏电阻，即正温度系数（position temperature coefficient）热敏电阻的英文首字母缩写，其电阻值

30、随温度升高而增大，基要参数有阻值、封装、精度。现用在保护电路中起阻断回路中电流用。现用的是两端带有镍带，需点焊的，叫过流保护器，英文名为“polyswitch”，阻有30m左右。现也有贴片式的但封装体积较大。阻仍不能减少。反应速度慢。常见型号B705C(数字705表示开关的工作温度为705)。能迅速感应电路中电池组温度的变化，当电池过充使开关双金属片的温度达到开关的额定值，金属片跳脱，电路断开，从而保护电池不受破坏。当电池组温度恢复后，则开关又可回复到正常状态。热敏开关一般故障为金属片跳脱后不复位，导致电池组零电压，不能工作。正常的热敏开关相当于导体通路，电阻很小，故障态开关相当于开路。用万用

31、表欧姆档测量开关之电阻，即可判断开关是否正常，可更换开关，排除故障。8、为什么Li-ion需保护电路？比较镍氢、镍镉、Li-ion充电特性曲线可知：镍氢、镍镉电池充满电时，其电压会有一点下降，故可以根据回落电压来判断电池是否充满。而Li-ion充满时电压并不下降。只能根据电压来判断电池是否充满，而镍氢、镍镉电池过充过放时不会发生危险，而Li-ion过充电时，将会着火或爆炸，故需要加保护电路来保护电池以及免于发生危险。9、什么是NTC热敏电阻？NTC热敏电阻，即负温度系数（negative temperature coefficient）热敏电阻的英文首字母缩写，其阻值随温度升高而减小。主要作用是感应电池组的表面温度变化，通过阻值的变化转化成电性信号输出。基本参数有阻值、封装、精度，B常数。B常数定义为：现用在保护电路中起温度保