锂离子电池基本知识

锂离子二次电池简介

概述：

锂离子二次电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池，正极采用锂化合

物LiCoO

2、LiMn

2

O

4

,负极采用锂—碳层间化合物Li

x

C

6

，电解质为溶解有锂盐LiPF

6

、

LiAsF

6

等的有机溶液。在充、放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象地称为“摇椅电池”（Rocking Chair Batteries,缩写为RCB）。锂离子二次电池由于工作电压高（3.6V）、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，在移动电话、摄相机、笔记本电脑、便携式电器上得到大量应用。

一、工作原理

1、化学反应方程式

锂离子电池正极主要成分为LiCoO

2

，负极主要为C，充电时

正极反应：LiCoO

2 Li

( 1-x)

CoO

2

+ xLi+ + xe-

负极反应：C + xLi+ + xe- CLi

x

电池总反应：LiCoO

2 + C Li

( 1-x)

CoO

2

+ CLix

放电时发生上述反应的逆反应。

2、化学反应原理图

二、命名

根据IEC61960标准二次锂电池的标识如下:

1. 电池标识组成3个字母后跟5个数字（圆柱形）或6个（方形数字）；

2. 第一个字母表示电池的负极材料：I表示有内臵电池的锂离子，L表示锂金属电

极或锂合金电极;

3. 第二个字母表示电池的正极材料：C基于钴的电极，N基于镍的电极，M基于锰

的电极V基于钒的电极;

4. 第三个字母表示电池的形状：R表示圆柱形电池，P表示方形电池;

5. 数字:圆柱形电池5个数字分别表示电池的直径和高度,直径的单位为毫米,高度

的单位为十分之一毫米，直径或高度任一尺寸大于或等100mm时两个尺寸之间应加

一条斜线。方型电池6个数字分别表示电池的厚度、宽度和高度，单位均为毫米，

三个尺寸任一个大于或等于100mm时尺寸之间应加斜线，三个尺寸中若有任一小于

1mm,则在此尺寸前加字母t，此尺寸单位为十分之一毫米。

例如：

ICR18650：表示一个圆柱形二次锂离子电池正极材料为钴其直径约为18mm高约为

65mm。

ICR20/1050

ICP083448：表示一个方形二次锂离子电池正极材料为钴，其厚度约为8mm,宽度约

为34mm，高约为48mm。

ICP08/34/150：表示一个方形二次锂离子电池正极材料为钴其厚度约为8mm,宽度约

为34mm，高约为150mm。

ICPt73448：表示一个方形二次锂离子电池正极材料为钴其厚度约为0.7mm,宽度约

为34mm，高约为48mm。

三、组成结构

1、正极

正极材料一般由钴酸锂、导电石墨、碳黑、粘接剂、溶剂等组成。

2、负极

负极材料一般由碳黑、粘接剂、溶剂等组成。

3、隔膜纸

隔膜纸由PP、PE复合膜组成，厚度一般为25微米，国内有些厂家也有用16

微米的，著名的生产厂家有日本UBE。

4、电解液

电解液为溶解有锂盐LiPF

6、LiAsF

6

等的有机溶液，常用的有机溶液有EC（碳

酸乙烯酯）、DEC（二乙基碳酸）、DMC（二甲基碳酸）等。

5、绝缘垫片

6、外壳

有钢壳和铝壳。

四、制造工艺

五、性能指标

1、充电模式

A恒流充电，当电池端电

①标准充电：在环境温度20±5℃的条件下，以0.2C

5

A，停止压达到充电限制电压4.20V时，改为恒压充电，直到充电电流小于0.01C

5

充电。

②快速充电：在环境温度20±5℃的条件下，以1C

5

A恒流充电，当电池端电压达到充电限制电压4.2V时，改为恒压充电，直到充电电流小于10mA，停止充

电。

2、电压

①标称电压：指的是在正常工作过程中表现出来的电压,二次锂电池标称电压

为3.6V。

②开路电压：指在外电路断开时，电池两个极端间的电位差；

③终点电压：指电池放电实验中，规定的结束放电的截止电压；

④中点电压：指放到50%容量时，电池的电压主要用来衡量大电流放电系列电

池高倍率放电能力，是电池的一个重要指标。

3、内阻

电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,一般分为交流内阻和直流内阻,由于充电电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容量极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值,而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值.

交流内阻测试方法为:利用电池等效于一个有源电阻的特点,给电池一个1000HZ,50mA的恒定电流,对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值.

充电态内阻指电池100%充满电时的内阻,放电态内阻指电池充分放电时后的内阻.

一般说来,放电态内阻不太稳定,且偏大,充电态内阻较小,阻值也较为稳定.

在电池的使用过程中,只有充电态内阻具有实际意义,在电池使用的后期,由于电解液的枯竭以及内部化学物质活性的降低,电池内阻会有不同程度的升高.

4、容量

指在一定放电条件下,电池放电至截止电压时放出的电量。IEC标准规定电池在20±5℃环境下,恒流(1C)恒压(4.2V)控制的充电条件下,充电3 h再以

0.2C放电至2.75V时,所放出的电量为其额定容量（电池容量）,电池容量的

单位有Ah,mAh(1Ah=1000mAh).

5、平台

指电池充满电（即4.2V）后，以恒定电流放电至3.60V时的放电时间，

放电平台有0.2C

5放电平台和0.5C

5

放电平台。

6、温度特性

高温性能

电池充电结束后，将电池放入55±2℃的高温箱中恒温2h，然后以1C

5

A 电流恒流放电至2.75V。放电时间不小于51分钟。后将电池取出在环境温度20±5℃的条件下搁置2h,电池外观无变形、无爆裂。