锂电池的一些基本知识

一、电池的化学知识

物质发生化学反应的种类有多种，其中一种是氧化还原反应，在这种反应中，实际是电子在反应物中的转移过程。通常把提供电子的物质叫还原剂，接受电子的物质叫氧化剂。在电池体系里，一般把这些还原剂或氧化剂统一称作活性物质，活性物质在电池体系中发生的氧化还原反应就是电池反应。原剂或氧化剂和导电骨架加工在一起，便成了电极，其中，还原剂电极发生电池反应时是失去电子，叫负极，而由氧化剂组成的电极在反应中则得到电子，叫正极，对于可充电的电池，正极又叫阴极，负极又叫阳极。当电极插入到相关的溶液时，便获得了一电势，一般称为电极电位.正极，负极处于一相同溶液体系之下是否有电位差，是能否发生电池反应的必要条件。

1.1. 电池的工作原理和分类

电池是将物质的化学能转变成电能的一种装置。电池工作时，负极（阳极）发生化学反应，给出电子，电子通过外部电子通道传到正极（阴极）并被其消耗，就这样，电池工作时，电子会源源不断的从负极（阳极）跑出来，通过外部电路到达正极（阴极），直到两电极中某一方被消耗完，电子才会停止转移。电子的定向流动便成为电流，最终获得电能。

1.2. 电池的组成

要使电池能连续工作，必需包含以下部分：电极，电解质，隔离物以及电池外壳。

1.2.1 电极一般由活性物质和导电骨架组成，如前所述，又分为正（阴）极和负（阳）极，是电池的核心部分，是电池产生电能的源泉，通过两极上活性物质和化学变化使化学能转变为电能，导电骨架主要起着传导电子和支撑活性物质的作用，又叫集流体。

1.2.2 电解质的一般作用是完成电池放电时的离子导电过程。电池工作时，负极提供的电子通过电池体系的外部电路到达正极从而提供电能，要实现这个能量转换过程，还必需要有一个内部离子导电过程以完成电流回路。离子的正向移动产生电流，电解质的导电就是通过其内部体系的离子迁移从而实施离子导电。

1.2.3 隔离物能常是指置于电池正负极之间的材料，其作用是阻止正、负极活性材料的直接接触，防止电池的内部短路，并能阻挡两极粉状物质的透过。对隔离物的要求必需是电子的良好绝缘体，并具足够过高的化学稳定性，但对离子的迁移阻力应尽可能的小。

1.2.4 电池的外壳是贮存电池其他组成部分的容器，起到保护和容纳其他组成部分的作用（有的电池是用电池活性材料做成，还参加电池反应）。所以一般要求壳体有足够的机械性能，且壳体材料不影响电池的其他组成部分，为防止壳体免受其他组成部分的影响，一般要求壳体材料有足够高的化学稳定性。

1.2.5聚合物电池的工作原理

锂离子电池用两种不同的锂离子嵌入化合物组成，充电时，锂离子从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极，保证负极的电荷平衡。放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极。在充放电过程中，就是锂离子不断在阴、阳极之间穿行过程（嵌入和脱嵌），就象摇椅在摇一样，因此被形象称为“摇椅电池”。

二、基本术语

2.1一次电池(Primary battery): 电池仅能放电，当电池电力用尽时，无法再充电的电池.市售的碱性电池，锰干电池，水银电池等，皆属一次电池。

2.2二次电池(Rechargeable battery): 电池电力用完后，可经由充电重复使用之电池，如:铅酸，镍氢，锂离子电池等。

2.3额定容量(Nominal Capacity): 一般电池的蓄电量，会以mAH-毫安小时或AH-安培小时来表示，二次电池当电池充饱电后，按指定的电流放电至截止电压时，所能取出之电量，就是此电池的容量。

2.4额定电压(Nominal Voltage): 电池正负极材料，因化学反应，所造成之电位差高低，利用呕鳒Y，所产生的电压，称为额定电压.不同的正负极材料，产生的电压不同，如: 铅酸电池-2V/cell，镍氢电池1.2V/cell，锂离子电池

3.6V/cell。

2.5内阻: 电池为许多化学材料组成，其都有一定的阻抗，电池的高低内阻往往影响充放电的特性。

2.6正极(Positive Electrode): 符号为＋，电位较负极高。

2.7负极(Negative Electrode): 符号为- ，电位较正极低。

2.8电解质(Electrolyte): 当正负极间引起化学反应时，可使离子移动之离子导电体，而不是电子导电体，主要在传递整个电化学反应离子的传导工作。

2.9隔离膜(Separator): 置于正负极板中，为一微孔性及多孔性之薄膜，材质以PP，PE为主，主要在隔离正负极板，防电子短路，可使离子通过，并具保持电解液的功能。

2.10 C-rate: 用来表示电池充放电时电流大小的比率单位. 如: 容量1600mAh的电池，0.2C 代表以320mA的电流来进行充电或放电，1C代表以1600mA. 此比率单位C-rate 对于二次电池是重要的观念。

2.11放电截止电压(Cut-off discharge voltage): 电池在放电试验时，到达终点的电压。一般Ni-MH电池设定为1.0V，Li-ion电池设定在

3.0V或2.75V.

2.12开路电压(Open circuit voltage，OCV): 指电池在无负载的情况下，电池正负极之间的电压。

2.13过放电(Over discharge): 超过电池放电截止电压值，若继续放电则可能造成电池漏液或劣化。

2.14放电深度(Depth of discharge，DOD): 与电池额定容量比较，放电电量的比率。

2.15过充电(Over charge): 电池到达饱充状态后，再继续充电的程度大小，过度充电可能会使电池劣化。

2.16能量密度(Energy density): 表示方法有两种，一为体积能量密度(Wh/l)，另一为重量能量密度(Wh/kg)，用以表示单位体积或单位重量能取出的能量.常用于表示各种化学材料所能提供能量的参考。

2.17自我放电(Self discharge): 电池在储存过程中，电池蓄电容量会逐渐减少的现象，所以一般储存电池时都有一储存温度范围，过高的温度会加速电池的自我放电。

2.18循环寿命(Cycle life): 二次电池在反复充放电的使用下，电池容量会逐渐下降，通常以该电池的额定容量作标准，电池容量降至其80%或60%时的充放电次数，称为循环寿命。

2.19记忆效应(Memory effect): 电池在没有放完电的情况下，若施以充电，则电池容量可能无法回到原有的水准，但若施以强制深度放电后在充电，容量可能就能回复，通常此种现象常发生于镍镉电池上。