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锂电池知识

时间:2016-10-10 23:09:19      阅读:183      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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  • 锂电池与锂离子电池
  • 电池组成部分
  • 电池参数
  • 工作原理
  • 充电过程
  • 安全标准
  • 电池衰老

锂电池、锂离子电池、锂聚合物电池


  • 金属锂电池:跟普通干电池的原理一样,它是用金属锂作为负极,通过金属锂的腐蚀或叫氧化来产生电能的,这种电池循环性能不好,在充放电循环过程中容易形成锂结晶,造成内部短路,一般情况下这种电池是禁止充电的。锂是一种高度活跃的金属,它使用时不安全,经常会在充电时出现燃烧、爆裂的情况,后来就有了改进型的锂离子电池,加入了能抑制锂元素活跃的成份(比如钴、锰等等)从而使锂电真正达到了安全、高效、方便,而老的锂电池也随之基本上淘汰了
  • 锂离子电池:1992年日本索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作正极的锂电池,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。中间填充非水液态有机电解质以形成离子游离的通道,用隔膜来分离正负极防止短路
  • 锂离子聚合物电池:用聚合物来凝胶化液态有机溶剂,或者直接用全固态电解质。锂离子电池一般以石墨类碳材料为负极

 钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列组成部分:


  • 正极:活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂镍钴锰酸锂(俗称三元)材料,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。导电极流体使用厚度10--20微米的电解铝箔
  • 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
  • 负极: 活性物质为石墨,或近似石墨结构的,导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔
  • 有机电解液: 溶解有六氟磷酸锂碳酸酯类溶剂,聚合物的则使用凝胶状电解液
  • 电池外壳: 分为钢壳(方型很少使用)、铝壳镀镍铁壳(圆柱电池使用)、铝塑膜(软包装)等,还有电池的盖帽,也是电池的正负极引出端

 锂离子电池参数


  • 额定电压因为材料的变化,一般为3.7V,磷酸铁锂(以下称磷铁)正极的则为3.2V
  • 充电终止电压:  一般是4.2V,磷铁3.65V,终止充电电压精度允差为额定值的±1%(例如,充4.2V的锂离子电池,其允差为±0.042V),过压充电会造成锂离子电池永久性损坏
  • 充电电流:电池充电电流应根据电池生产厂的建议,并要求有限流电路以免发生过流(过热)。一般常用的充电率为0.25~1C,推荐的充电电流为0.5C。在大电流充电时往往要检测电池温度,以防止因过热而损坏电池或产生爆炸
  • 充电温度:对电池充电时,其环境温度不能超过产品特性表中所列的温度范围。电池应在0~45℃温度范围内进行充电,远离高温(高于60℃)和低温(-20℃)环境
  • 终止放电电压:  为2.75V~3.0V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同,一般为3.0V,磷铁为2.5V),低于厂家标注的终止放电电压继续放电称为过放,过放对电池会有损害
  • 放电电流:钴酸锂类型材料为正极的锂离子电池不适合用作大电流放电,过大电流放电时会降低放电时间(内部会产生较高的温度而损耗能量),并可能发生危险;但磷酸铁锂正极材料锂电池,可以以20C甚至更大的大电流进行充放电(C是电池的容量,如C=800mAh,1C充电率即充电电流为800mA),一般常用的充放电倍率为0.25C~1C
  • 放电温度:不同温度下的放电曲线是不同的。在不同温度下,锂离子电池的放电电压及放电时间也不同,电池应在-20℃到+60℃温度范围内进行放电(工作)
  • 额定电压:?

工作原理


  • 锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理,如下图:
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  • 充电时:正电极发生氧化反应,向外电路释放出电子和向内电路释放出锂离子。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,到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极,保持负极的电平衡, 嵌入的锂离子越多,充电容量越高.
  • 放电时: 正电极发生还原反应,从外电路获得电子和从内电路吸取锂离子。电子经过外电路和用电器被输送到正电极,与此同时,锂离子则经过内电路中的电解液和穿过隔膜纸,回到正电极的晶体结构, 回到正极的锂离子越多,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

充电过程


  • 锂离子电池的充电过程可以分为四个阶段:涓流充电(低压预充)、恒流充电恒压充电以及充电终止,如下图
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  1. 涓流充电: 涓流充电用来先对完全放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。在电池电压低于3V左右时采用涓流充电,涓流充电电流是恒流充电电流的十分之一即0.1c(以恒定充电电流为1A举例,则涓流充电电流为100mA)
  2. 恒流充电: 当电池电压上升到涓流充电阈值以上时,提高充电电流进行恒流充电。恒流充电的电流在0.2C至 1.0C之间。电池电压随着恒流充电过程逐步升高,一般单节电池设定的此电压为3.0-4.2V
  3. 恒压充电: 当电池电压上升到4.2V时,恒流充电结束,开始恒压充电阶段。电流根据电芯的饱和程度,随着充电过程的继续充电电流由最大值慢慢减少,当减小到0.01C时,认为充电终止。(C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法,如电池是1000mAh的容量,1C就是充电电流1000mA)
  4. 充电终止: 有两种典型的充电终止方法:采用最小充电电流判断或采用定时器(或者两者的结合)。最小电流法监视恒压充电阶段的充电电流,并在充电电流减小到0.02C至0.07C范围时终止充电。第二种方法从恒压充电阶段开始时计时,持续充电两个小时后终止充电过程

安全标准


  • 对于锂离子电池安全性能的考核指标,国际上规定了非常严格的标准,一只合格的锂离子电池在安全性能上应该满足以下条件:
    1. 短路:不起火,不爆炸
    2. 过充电:不起火,不爆炸
    3. 热箱试验:不起火,不爆炸(150℃恒温10min)
    4. 针剌:不爆炸(用Ф3mm钉穿透电池)
    5. 平板冲击:不起火,不爆炸(10kg重物自1M高处砸向电池)
    6. 焚烧:不爆炸(煤气火焰烧烤电池)

电池衰老


  • 与其它充电电池不同,锂离子电池的容量会缓慢衰退,与使用次数有关,也与温度有关。这种衰退的现象可以用容量减小表示,也可以用内阻升高表示
  • 用钛酸锂取代石墨似乎可以延长寿命, 一块新电池,存放时间长了,容量一样下降,充满电存放的话,下降的更厉害,储存温度及充电电量与容量永久损失速度的关系如下图
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原文地址:http://www.cnblogs.com/tgzhu/p/5937910.html

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