锂电池基础知识

（一）锂电池的构成

锂电池主要由两大块构成，电芯和保护板PCM（动力电池一般称为电池管理系统BMS），电芯相当于锂电池的心脏，管理系统相当于锂电池的大脑。

电芯主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜和外壳构成，而保护板主要由保护芯片（或管理芯片）、MOS管、电阻、电容和PCB板等构成。

锂电池的产业链结构如下图：

电芯的构成如下面两图所示:

锂电池的PACK的构成如下图所示:

（二）锂电池优缺点

锂电池的优点很多，电压平台高，能量密度大（重量轻、体积小），使用寿命长，环保。

锂电池的缺点就是，价格相对高，温度范围相对窄，有一定的安全隐患（需加保护系统）。

（三）锂电池分类

锂电池可以分成两个大类：一次性不可充电电池和二次充电电池（又称为蓄电池）。

不可充电电池如锂二氧化锰电池、锂-亚硫酰胺电池。

二次充电电池又可以分为下面根据不同的情况分类。

1．按外型分：方形锂电池（如普通手机电池）和圆柱形锂电池（如电动工具的18650）；2．按外包材料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；

3．按正极材料分：钴酸锂（LiCoO

2）、锰酸锂（LiMn

2

O

4

）、三元锂（LiNi

x

Co

y

Mn

z

O

2

）、

磷酸铁锂（LiFePO

4

）；

4．按电解液状态分：锂离子电池（LIB）和聚合物电池（PLB）；

5．按用途分：普通电池和动力电池。

6．按性能特性分：高容量电池、高倍率电池、高温电池、低温电池等。

（四）常用术语解释

1.容量(Capacity)

指一定的放电条件下可以从电池锂获得的电量。

我们在高中学物理是知道，电量的公式为Q=I*t，单位为库伦，电池的容量单位规定为Ah（安时）或mAh（毫安时）。意思是1AH的电池在充满电的情况下用1A的电流放电可以放1个小时。

以前的NOKIA的老手机的电池（像BL-5C）一般是500mAh，现在的智能手机电池800~1900mAh，电动自行车一般都是10~20Ah，电动汽车一般都是20~200Ah等。

2.充放电倍率（Charge-Rate/Discharge-Rate）

表示以多大的电流充电、放电，一般以电池的标称容量的倍数为计算，一般称为几C。

像容量1500mAh的电池，规定1C=1500mAh，如果以2C放电也就是以3000mA的电流放电，0.1C充放电就是以150mA的电流充放电。

3.电压（OCV: Open Circuit Voltage）

电池的电压一般指锂电池的标称电压（也叫额定电压）。普通锂电池的标称电压一般为3.7V，我们也称其电压平台为3.7V。我们说的电压一般指的是电池的开路电压。

当电池20~80%的容量时，电压集中在3.7V左右（3.6~3.9V左右），容量太高或太低，电压变化较大。

4.能量（Energy）/功率（Power）

电池以一定的标准放电，电池所能放出的能量（E），单位为Wh（瓦时）或KWh（千瓦时），另外1KWh=1度电。

物理书上有基本概念，E=U*I*t，也等于电池电压乘以电池的容量。

而功率的公式为，P=U*I=E/t，表示单位时间能够释放的能量。单位为W（瓦）或KW（千瓦）。

像容量为1500mAh的电池，标称的电压一般为3.7V，故对应的能量为5.55Wh。

5.内阻（Resistance）

由于充放电时不能等效为一个理想的电源，有一定的内阻。内阻是要消耗能量的，当然内阻越小越好。

电池内阻单位用毫欧（mΩ）。

一般电池的内阻由欧姆内阻和极化内阻组成，内阻的大小受电池的材料、制造工艺，还有电池的结构的影响。

6.循环寿命（Cycle Life）

电池充电和放电一次就称为一个循环，循环使用寿命是衡量电池寿命性能的一个重要指标。

IEC标准规定手机锂电池，0.2C放电至3.0V，1C充电至4.2 V，反复循环 500次后电池容量应保持为初始容量的60%以上。也就是说锂电池的循环寿命为500次。

国标规定，循环寿命300次后，容量应保持初始容量的70%。

电池容量低于初始容量的60%一般要考虑报废处理了。

7.放电深度（DOD: Depth of Discharger）

定义为电池放出的容量占额定容量的百分比。

锂电池一般放电深度越深，电池寿命越短。

8.终止电压（Cut-Off Voltage）

终止电压分为充电终止电压和放电终止电压，也就是说电池不能继续充电或放电的电压，在终止电压下再继续充电或放电对电池的寿命影响很大。

锂电池的充电终止电压一般为4.2V，放电终止电压为3.0V。

锂电池超过终止电压的深充或深放是严格禁止的。

9.自放电率（Self-Discharge）

指电池在存放期间容量的下降率，用单位时间内容量下降的百分比表示。

一般的锂电池的自放电率为2%~9%/月。

10. SOC(State of Charge)

指电池的剩余电量与可以放出总电量的百分比，0~100%。反映电池剩余电量情况。（五）电池命名规则

不同的厂家有不同的命名规则，但通用电池大家都遵循统一的标准，根据电池的名称可以知道电池的尺寸等。

IEC61960规定，圆柱形和方形电池的规则如下：

1.圆柱形电池，3个字母后跟5个数字，

3个字母，第一个字母表示负极材料，I表示有内置的锂离子，L表示锂金属或锂合金电极。第二个字母表示正极材料，C表示钴，N表示镍，M表示锰，V表

示钒。第三个字母为为R表示圆柱形。

5个数字，前2个数字表示直径，后3个数字表示高度，单位都为mm。

2.方形电池，3个字母后更6个数字，

3个字母，前两个字母的意义和圆柱形一样，后一个字母为P表示为方形。

6个数字，前2个数字表示厚度，中间2个表示宽度，后面2个表示高度（长度），单位也为mm。

如：ICR 18650就是直径为18mm，高度为65mm的通用的18650圆柱形电池；

ICP 053353就是厚度为5mm，宽度为33mm，高度（长度）为53mm的方形电池。

（六）锂电池工艺

不同的电池、不通的厂家工艺流程有一定的差异，详细的工艺流程会很复杂，下面列出基本的工艺流程，电芯制作的工艺流程和PACK制作的工艺流程。

电芯生产工艺流程主要为极片制造、电芯制作、电池装配、注液、化成、分选等工序。

从配料到卷绕，是正极、负极分不同的车间同时做的，正负极做好后再一起做后面的工序。中间会插入不同的品质检测QA环节。

（七）电池的成组和串并联

应用在不同的领域中，对电池的要求不一样，系统对电压，容量，内阻等都有一些特殊的要求。往往单节电池不能满足要求，需要电池串并联后才能给外供电。

电池串并联后的性能由最差那一节电池的性能决定，也就是我们常说的“木桶原理”，因此电池成组最重要的一点就是电池性能参数的一致性。

像笔记本，电动自行车，电动汽车，储能系统等都需要考虑电池的串并联组成电池包。

笔记本电池电压一般是11.1V或14.8V，主要采用18650电池，所以一般2串3并或2串4并。

Apple iPAD就是3块聚合物电池并联，容量25Wh左右。