锂电池基础知识

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(一)锂电池的构成电芯BMS),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

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

板等构成。MOS管、电阻、电容和PCB管理芯片)、锂电池的产业链结构如下图:

: 电芯的构成如下面两图所示

:

的构成如下图所示锂电池的PACK

(二)锂电池优缺点电压平台高,能量密度大(重量轻、体积小),使用寿命长,环保。锂电池的优点很多,。有一定的安全隐患(需加保护系统)锂电池

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)、锰酸锂(LiMnO)、三元锂(LiNiCoMnO)、磷酸铁24y22xz锂(LiFePO);44.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。)Charge-Rate/Discharge-Rate充放电倍率( 2.

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。.

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