锂离子电池基础知识

电池基础知识培训资料

一、锂离子电池工作原理与性能简介：

1、电池的定义：电池是一种能量转化与储存的装置，它通过反应将化学能或物理能转化为电能，电池即是一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供能源。

2、锂离子电池的工作原理：即充放电原理。Li-ion的正极材料是氧化钴锂，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。

通俗来说电池在放电过程中，负极发生氧化反应，向外提供电子；在正极上进行还原反应，从外电路接收电子，电子从负极流到正极，而电流方向正好与电子流动方向相反，故电流经外电路从正极流向负极。电解质是离子导体，离子在电池内部的正负极之间定向移动而导电，阳离子流向正极，阴离子流向负极。整个电池形成了一个由外电路的电子体系和电解质的离子体系构成的完整放电体系，从而产生电能。

正极反应：LiCoO2==== Li1-x CoO2 + xLi+ + xe

负极反应：6C + xLi+ + xe- === Li x C6

电池总反应：LiCoO2 + 6C ==== Li1-xCoO2 + LixC6

3、电池的连接：

根据电池的电压与容量的需求，可以把电池做串联、并联及混连连接。

a、串联：电压升高，容量基本不变；

b、并联：电压基本不变，容量升高；

c、混联：电压与容量都会升高；

4、化学电池的种类：

锂离子电池按电池外形来分类，可分为圆柱形、方形、钮扣形和片状形等。

电池型号标识方法如下：

1、圆柱形电池标识由3个字母加5个数字加1个字母加2或3个数字组成。

2、方形电池标识由3个字母加6个数字加1或2个字母加2或3个数字组成组成。

3、第一个字母I表示有内置锂离子电池。

4、第二个字母表示电池的正极材料基于钴的电极。

5、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、S表示软包装电池。

6、圆柱形电池5个数字分别表示电池直径与高度，方形电池6个数字分别表示电池的厚、宽、高；

单位mm。

7、圆柱形电池第四个字母表示电池的级别，有A级、C级；最后2或3个数字表示电池的容量缩

写。

8、方形电池第四个字母表示电池壳体的材料，A表示铝壳，S表示钢壳，第五个字母R表示壳体

边缘的形状。

例如：圆柱形电池ICR18650A180

例如：方形电池ICP533436AR65

二、锂离子电池的主要构成：

1、电池的构成：

电池一般由电芯、Fuse(或PTC）、保护板（或电路板）、五金片、外壳以及一些辅料组成。

一般锂离子电芯由正极片、负极片、隔膜纸、电解液、盖板（盖帽）、绝缘片、壳体（铝塑膜、钢壳、铝壳）等部件组成。

正极片：活性物质为氧化锂钴，锂离子化合物(LiCoO2/LiNiO2/LiMn2O4)、导电剂(Super-P)、溶剂(NMP)、粘接剂(PVDF)和铝箔组成。

负极片：活性物质为碳，碳粉(CMP2)、粘接剂（SBR）、添加剂（CMC）和铜箔组成。

隔膜纸：PP、PE、PP/PE/PP；主要作用是绝缘并传导离子，除此之外，在安全上若电池内中短路温度升高时，隔膜纸亦具有Shut Down功能，造成内部电阻升高，避免Thermal Runway。

电解液：有机电解液

2、保护板：

保护板通常包括控制IC、MOS开关及辅助配件NTC、ID存储器等。其中控制IC，在一切正常的情况下控制MOS开关导通，使电芯与外电路沟通，而当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立刻控制MOS开关关断，保护电芯的安全。

保护板的功能：

1、过充保护：当电芯电压升到一定值时（4.40V以下），保护板会切断充电回路；

2、过放保护：当电芯电压低到一定值时（2.20V以下），保护板会切断放电回路；

3、短路保护：当电池正、负极两端短路时，可迅速切断回路，保护电芯；

4、过流保护：当电池输出电流超过某一个值时（2A左右），保护电路会切断输出回路；

5、其它辅助功能：保护板上一般还有NTC、识别电阻以及解码芯片等，主要作用是保护电池能与主机及原装充电器正常充电与使用；

三、电池基础术语

1、电压（概念：即电位差，是产生电流的力）

开路电压：是指电池在非工作状态下即电路无电流流过时，电池正负极之间的电势差。一般情况下，Li-ion充满电后开路电压为4.1-4.2V左右，放电后开压为3.0V左右，通过电池的开路电压，可以判断电池的荷电状态。

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过时电池正负极之间电势差。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池，充电时则与之相反。Li-ion的放电工作电压在3.6V左右。

平均电压：电池放电时，从开始到放电终止时的电压平均值。

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)。

2、容量：指电池内的活性物质参加电化学反应所能放出的电能称为电池的容量。单位为mAh或Ah。（1Ah=1000mAh）

容量大小是由正负极中活性物质的数量多少来决定的（一是活性物质的重量，二是活性物质的利用率）。

设计容量：根据电池内所含活性物质的量，从电化学理论计算电池的容量称为设计容量。

额定容量：指电池经设计后，经电池制程过程的影响，电池所能达到容量称为额定容量。

实际容量：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）。

3、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。是衡量电池性能的一个重要参数。注：一般以充电态内阻为标准。测量电池的内阻需用专用内阻仪测量，而不能用万用表欧姆档测量。单位为毫欧(mΩ)

静态电阻：即放电时电池内阻

动态电阻：即充电时电池内阻

4、放电平台：放电平台是恒压充到电压为4.2V并且电电流小于0.01C时停充电，然后搁置10分钟，在任何们率的放电电流下下放电至3.6V时的放电时间。是衡量电池好坏的重要标准。

5、（充放电）倍率？时率：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，它在数据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为1C（1倍率），300mAh