(完整版)锂离子电池总结报告

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锂离子电池总结报告

工作原理

锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。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。电池副反应

1.过充问题，当充电器对锂电池过度充电时，锂电池会因温度上升而导致内压上升，需终止当前充电的状态。此时，集成保护电路IC 需检测电池电压，当到达4.25V 时（假设电池过充电压临界点为4.25 V ） 即激活过度充电保护，将功率MOS 由开转为切断，进而截止充电。另外，为防止由于噪音所产生的过度充电而误判为过充保护，因此需要设定延迟时间，并且延迟时间不能短于噪音的持续时间以免误判。过充电保护延时时间tvdet1计算公式为：t vdet1 = { C3 ×（ Vdd - 0. 7） }/ （0. 48 ×10 - 6 ） （1）式中：Vdd 为保护N1 的过充电检测电压值。简便计算延时时间： t = C3/ 0. 01 ×77 （ms ） （2）如若C3 容值为0.22 F ，则延时值为：0. 22 /0. 01 ×77 = 1694 （ms ）

2.锂电池内部存储电能是靠电化学一种可逆的化学变化实现的，过度的放电会导致这种化学变化有不可逆的反应发生，因此锂电池最怕过放电，一旦放电电压低于2.7V ，将可

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能导致电池报废。在过度放电的情况下，电解液因分解而导致电池特性劣化，并造成充电次数的降低。过度放电保护IC 原理：为了防止锂电池的过度放电状态，假设锂电池接上负载，当锂电池电压低于其过度放电电压检测点（假定为2.3 V ） 时将激活过度放电保护，使功率MOS FET 由开转变为切断而截止放电，以避免电池过度放电现象产生，并将电池保持在低静态电流的待机模式，此时的电流仅0.1μA 。当锂电池接上充电器，且此时锂电池电压高于过度放电电压时，过度放电保护功能方可解除。另外，考虑到脉冲放电的情况，过放电检测电路设有延迟时间以避免产生误动作。解决方案：电池内部都安装保护电路，电压还没低到损坏电池的程度，保护电路就会起作用，停止放电。电池的正负极材料和所有化学电池一样，锂离子电池也由三个部分组成：正极、负极和电解质。1.正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。主流产品多采用锂铁磷酸盐。不同的正极材料对照：2.隔膜——一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。3.负极——多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。大体分为以下几种：

①第一种是碳负极材料：实际用于锂离子电池的负极材料基本上都是碳素材料，如人

工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等。[3]

②第二种是锡基负极材料：锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种。

氧化物是指各种价态金属锡的氧化物。没有商业化产品。

③第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料，没有商业化产品。

④第四种是合金类负极材料：包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基

合金、镁基合金和其它合金，没有商业化产品。

⑤第五种是纳米级负极材料：纳米碳管、纳米合金材料。

⑥第六种纳米材料是纳米氧化物材料：目前合肥翔正化学科技有限公司根据2009年锂

电池新能源行业的市场发展最新动向，诸多公司已经开始使用纳米氧化钛和纳米氧化硅添

加在以前传统的石墨，锡氧化物，纳米碳管里面，极大的提高锂电池的充放电量和充放电

次数。

使用寿命

一般而言，锂电池可以正常工作2~4年，循环充放电次数大约在300次。这两个是理

想值。其实寿命主要取决于以下几点：

正常使用中影响寿命的因素：

1、充电和放电最终将减少电池的活性材料，并引起其它化学材料的变化，从而引起内

部电阻提高和永久性容量损失。但是，即使电池未使用时也会发生永久性容量损失。

2、在温度升高、电池电压保持在 4.2V(满充电)时，永久性容量损失最大。

为了最大限度延长储存寿命，电池应该以 40% 的充电量(3.6V)在 40oF 的温度下(冰

箱中)储存。

不正常使用带来的寿命影响：

1、电池不能过放电。如果电池过长时间储存而不使用，由于电池内部有保护电路，会

不断消耗电能，且电池也存在一定的自放电，当电池电压低于一定值时，会发生不可逆的

损坏。

2、过充电。锂电池充电对电压精度要求很高，一般充电终止电压为4.2V，如果电压

到4.25V，都会较为严重的影响寿命。哪种山寨的电池充电器一般都是简单的TL431做的，

不能很好的保证精度，会严重影响电池寿命，比较典型的现象就是电池中间鼓起来了，一

般是由于过度充电引起。

3、不恰当的使用温度和过大的放电电流，都会影响寿命。

电池的经济因素评价

锂离子电池需求情况重点考察手机和笔记本两大下游的情况。2014年前5个月国内的

手机总产量为5.58亿部，同比增长22.02%，其中5月产量为1.23亿部，同比增长32.80%。手机市场的需求情况较好。同期，国内笔记本计算机的总产量为9526.38万台，同比增长

3.86%，其中5月产量为1756.34万台，同比减少8.12%。笔记本市场的总体表现比较一

般。鉴于手机市场的较好表现，我们认为2015年全年锂电池行业的需求有望总体维持稳

定增长。