《锂离子电池纳米材料》解读

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，内阻等因素影响， 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。
循环寿命
电池循环寿命是指电池容量下降到某 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。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%以上。
容量单位：mAh、 Ah(1Ah=1000mAh)。
开路电压和工作电压 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，锂离子电池充满 电后开路电压为4.1—4.2V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，可以判断电池的荷电 状态。
电池的容量
电池的容量有额定容量和实际容量 之分。锂离子电池规定在常温、恒流 (1C)、恒压(4.2V)控制的充电条件下， 充电3h、再以0.2C放电至2.75V时，所 放出的电量为其额定容量。 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）。
锂离子电池特点
与镍镉（Ni/Cd）、镍氢（Ni/MH）电池相比，锂离子电池的主要特点如 下：
重量能量密度 （Wh/kg）
循环寿命 （至初始容量
80%） 单体额定电压(V)
过充承受能力 月自放电率 （室温）
镍镉电池 45-80 1500
1.25 中等 20%
镍氢电池 60-120
铅酸电池 30-50
摇椅式电池
20世纪80年代初，M.B.Armond首次提出用嵌锂化合物代替二次锂电池 中金属锂负极的构想。在新的系统中，正极和负极材料均采用锂离子嵌入/脱 嵌材料。
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。这就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就在摇椅两端来回 运动。人们把这种电化学储能体系形象地称为“摇椅式电池” （Rockingchair Cell）。
锂离子电池纳米材料
内容
锂离子电池基本概念 正极材料 负极材料 电解质材料 隔膜材料
锂离子电池的产生
20世纪80年代末，日本Sony公司 提出者
层状结构的石墨 负极
锂离子电池
正极
锂与过渡金属的 复合氧化物
120-150Wh/kg 比能量 是普通镍镉电池
的2-3倍
电压 高达3.6V
锂离子电池区别于锂电池
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
介绍之前，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 ,容易形成锂结晶，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。
锂离子电池工作原理图 schematic representation and operation principle of rechargeable
lithium ion battery
锂离子电池性能参数指标
电池内阻
电池内阻是指电池在工作时，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。
锂离子电池正极材料的要求
比能量高 比功率大 自放电少 价格低廉 使用寿命长 安全性好
锂离子 聚合物锂 电池 离子电池
110-160 100130
300-500 200-300 5002000
300500
1.25 低
30%
2
3.6
3.6
高
非常低
低
5%
Hale Waihona Puke Baidu
10% ～10%
输出电压高
能量密度高
安全，循环性好
锂离子电池 优点
自放电率小 快速充放电 充电效率高
无环境污染，绿色电池
锂离子电池工作原理
自放电率
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。是衡量电池性能的重要 参数。
充电效率和放电效率
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。
因某些使用锂离子电池的用电器的工作电压都有电压要求， 如果低于要求值，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。
充放电倍率
充放电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， 1C在数值上等于电池额定容量，通常 以字母C表示。如电池的标称额定容 量为10Ah，则10A为1C（1倍率）， 5A则为0.5C，100A为10C，以此类 推。
锂离子电池 的主要组成部分
正极材料 负极材料
隔膜
电解液
外壳
锂离子电池主要组分常见材料
二次锂电池正负极材料电压-容量分布图
Voltage versus capacity for positive- and negative-electrode materials presently used or under serious considerations for the next generation of rechargeable Li-based cells.
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，当电流流过电池内部时，不需克服 电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。 锂离子电池的放电工作电压在3.6V左右。
放电平台时间
放电平台时间是指在电池满电情况下放电至某电压的放电 时间。例对某三元电池测量其3.6V的放电平台时间，以恒压 充到电压为4.2V，并且充电电流小于0.02C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时的放电时间即为该电流下的放电平台时间。