锂电池基础知识

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什么叫锂离子电池？
锂离子电池是指Li+ 嵌入化合物为正、负极的二次电池。 正极采用锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2 、 LiXMnO2 或LiFeO4 负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。 电解质为溶解有锂盐LiPF6 、 LiAsF6等有机溶液。 在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象
方法，恒流充电器通常使用慢速充电电流。 快速自动充电方式：通常所使用的是余弦法充电，也就是说
并非用恒定的大电流充电，而是像余弦波那样电流强度随之 变化，这样能缓解热量的积聚，从而将温度控制在一定范围 内。 脉冲式充电法：脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电， 然后让电池停充一段时间，如此循环。
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。
根据不同的电池类型及不同的放电条件， 对电池的容量和寿命的要求也不同，因 此规定的电池放电的终止电压也不相同。
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开路电压(Open circuit voltage OCV)
电池不放电时，电池两极之间的电位差 被称为开路电压。
电池的开路电压，会依电池正、负极与 电解液的材料而异，如果电池正、负极 的材料完全一样，那么不管电池的体积 有多大，几何结构如何变化，其开路电 压都一样的。
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放电平台
锂离子电池完全充电后，放电至3.6V时 的容量记为C1，放电至3.0V时的容量记 为C0，C1/C0称为该电池之放电平台
行业标准1C放电平台为70%以上
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放电倍率
电池放电电流的大小常用"放电倍率"表示，即 电池的放电倍率用放电时间表示或者说以一 定的放电电流放完额定容量所需的小时数来 表示，由此可见，放电倍率表示的放电时间 越短，即放电倍率越高，则放电电流越大。 （放电倍率=额定容量/放电电流）
量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理 论电量，单位为Ah/kg（mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。
实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它
等于放电电流与放电时间的乘积，单位为 Ah，其值 小于理论容量。
额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的
标准，保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低
锂离子动力电池基本知识
主讲： 时间： 地点：
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大纲
电池分类 电池术语与及使用基本常识 磷酸铁锂动力电池之结构 磷酸铁锂动力电池之应用领域 磷酸铁锂动力电池之工艺流程 磷酸铁锂动力电池之生产设备 锂离子电池之性能指标
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电池种类划分
一次电池 小型二次电池：镍镉、镍氢、锂离子 铅酸电池 动力电池 燃料电池 太阳能电池-地面光伏发电 其他新型电池
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圆柱形锂离子电池结构图
密封圈
圆柱型 正极极 耳
限流开 关
隔膜
绝缘垫
正—正极
正极物质：钴酸锂+碳黑+PVDF
正极基体：铝箔（约0.020mm厚)
正极集流体：铝带（约0.1mm厚）
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锂离子电池结构——负极
负极集流体：镍带（约0.07mm厚）
负极基体：铜箔（约0.015mm厚)
限度的容量。
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内阻
电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低， 此阻力称为电池的内阻。
电池的内阻不是常数，在放电过程中随时间不断变化， 因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地 改变。
电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括 电化学极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时 的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压 高于电动势和开路电压。
的称为“摇椅电池”。 充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富 锂状态。 放电时则相反。
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锂离子电池电化学反应机理
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
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工作电压
工作电压指电池接通负载后在放电过程 中显示的电压，又称放电电压。在电池 放电初始的工作电压称为初始电压。
电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极 化过电位的存在，电池的工作电压低于 开路电压。
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放电深度(Depth of discharge DOD)
在电池使用过程中，电池放出的容量占 其额定容量的百分比，称为放电深度。
放电深度的高低和二次电池的充电寿命 有很深的关系，当二次电池的放电深度 越深，其充电寿命就越短，因此在使用 时应尽量避免深度放电。
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过放电(Over discharge)
电池若是在放电过程中，超过电池放电 的终止电压值，还继续放电时就可能会 造成电池内压升高，正、负极活性物质 的可逆性遭到损坏，使电池的容量产生 明显减少。
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如何计算充电时间
充电时间(小时)=充电电池容量(mAh)/ 充电电流(mA)*1.5的系数
假如你用1600mAh的充电电池，充电 器用400mA的电流充电，则充电时间 为:1600/400*1.5=6小时
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锂离子电池保护线路——过充电保 护
过充电保护: 过充电保护 IC 的原理为： 当外部充电器对锂电池充电时，为防 止因温度上升所导致的内压上升，需 终止充电状态。此时，保护 IC 需检 测电池电压，当到达 4.25V 时（假设 电池过充点为 4.25V）即启动过度充 电保护，将功率 MOS 由开转为切断， 进而截止充电。
放电时发生上述反应的 逆反应。
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锂离子电池结构
正极 活性物质（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2\LiFeO4) 导电剂、溶剂、粘合剂、基体
负极 活性物质（石墨、MCMB) 粘合剂、溶剂、基体
隔膜（PP+PE） 电解液（LiPF6 + DMC EC EMC) 外壳五金件（铝壳、盖板、极耳、绝缘片）
电池在完全充电后完全放电，循环进行， 直到容量衰减为初始容量的75%，此时 循环次数即为该电池之循环寿命
循环寿命与电池充放电条件有关 锂离子电池室温下1C充放电循环寿命可
达300-500次（行业标准），最高可达 800-1000次。
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记忆效应(Memory effect)
记忆效应是针对镍镉电池而言的，由于传统工艺中 负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它们 被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块 而使电池放电时形成次级放电平台。电池会储存这 一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点， 尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台 上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。 同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将 加深这一效应，使电池的容量变得更低。
欧姆电阻遵守欧姆定律；极化电阻随电流密度增加而 增大，但不是线性关系，常随电流密度的对数增大而 线性增大。
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负载能力
当电池的正负极两端连接在用电器上 时，带动用电器工作时的输出功率， 即为电池的负载能力。
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内压
指电池的内部气压，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。其产生原因主要是由于电池 内部水分及有机溶液分解产生的气体 于电池内聚集所致 。
放电功率大：放电功率分别为铅酸、镍氢电池的 6.6、2.5 倍， 极适用在需要高功率的工具电池，大型动力电池，特别是车 用电池部分。
充电时间短：充电时间不到 2 小时，仅需铅酸电池的1/4、 镍镉的1/2。
转换效率佳：转换效率达95%，优于铅酸的60 %、镍镉的 70%。
轻薄短小：体积重量仅为铅酸的50%，镍镉的70%。 无污染，不含任何对人体有害的重金属元素；
规格：
溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比）
LiPF6浓度 1mol/l
质量指标：
密度（25℃）g/cm3 1.23±0.03
水分（卡尔费休法） ≤20ppm
游离酸（以HF计） ≤50ppm
电导率（25℃）
10.4±0.5 ms／cm
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以磷酸铁锂为正级材料的动力电池 特点
循环寿命长：循环寿命高达 2,000 次以上，为铅酸的 5倍、 镍镉的4倍以上。
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电池术语与及使用基本常识
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容量
电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容
量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安 时（Ah）或毫安时（mAh）。
电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。
理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得 的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容
根据放电倍率的大小，可分为低倍率 （<0.5C）、中倍率（0.5-3.5C）、高倍率 （3.5-7.0C）、超高倍率（>7.0C）
如：某电池的额定容量为20Ah，若用4A电流 放电，则放完20Ah的额定容量需用5h，也就 是说以5倍率放电，用符号C/5或0.2C表示，为 低倍率。
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充电循环寿命(Cycle life)
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过充电(Over charge)
电池在充电时，在达到充满状态后，若 还继续充电，可能导致电池内压升高、 电池变形、漏夜等情况发生，电池的性 能也会显著降低和损坏。
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能量密度(Energy density)
电池的平均单位体积或质量所释放出的 电能。
一般在相同体积下，锂离子电池的能量 密度是镍镉电池的2.5倍，是镍氢电池的 1.8倍，因此在电池容量相等的情况下， 锂离子电池就会比镍镉、镍氢电池的体 积更小，重量更轻。
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充电率(C-rate)
C是Capacity的第一个字母，用来表示电 池充放电时电流的大小数值。