版 二次電池知識培訓(xùn)教材

1、版 二次電池知識培訓(xùn)教材1.1 二次電池簡介一次電池或原電池：電池能放電，當(dāng)電池電力用盡時無法再充電的電池。 市場賣的堿性電池，錳鋅電池，水銀電池，都是一次性電池。一次電池又稱原電池，只能用來放電且在放電后，不能用一般的充電方法獲得復(fù)原的電池，它只能將化學(xué)能一次性地轉(zhuǎn)化為電能，不能將電能還原回化學(xué)能?；瘜W(xué)能電能二次電池或蓄電池：電池的充放電反應(yīng)是可逆的。放電時通過化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生電能。通以反向電流(充電)時則可使體系回復(fù)到原來狀態(tài)，即將電能以化學(xué)能形式重新儲存起來?；瘜W(xué)能電能典型的二次電池體系NiCd電池、NiMH電池和LIB電池主要性能對比 鎳氫電池是由貯氫合金負(fù)極，鎳正極，氫氧化鉀電解液以

2、及隔板等組成的可充電電池，它與鎳鎘電池的本質(zhì)區(qū)別只是在于負(fù)極材料的不同。這種電池的電壓和鎳鎘電池完全相同，為伏，因此它可以直接用在使用鎳鎘電池的器件上。鎳氫電池的設(shè)想在七十年代開始有人提及，大量的研究集中在八十年代，工業(yè)化生產(chǎn)從九十年代初期開始。 1.2 鎳氫（Ni/MH）電池1.2.1 NiMH電池的概況與NiCd電池相比，NiMH電池具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：(1) 能量密度高，同尺寸電池，容量是NiCd電池的 1.52倍：(2) 無鎘污染，所以NiMH電池又被稱為綠色電池：(3) 可大電流快速充放電； (4) 電池工作電壓也為1.2 V，與NiCd電池有互換性。1.2.2 NiMH電池的優(yōu)點(diǎn)1.

3、2 鎳氫（Ni/MH）電池1.2.3 NiMH電池的工作原理鋅銅電池（原電池）的基本工作原理 在介紹二次電池的工作原理前，我們先來回顧一下原電池的工作原理。Ni/MH電池的工作原理或正極的活性物質(zhì)：放電時：NiOOH充電時：Ni(OH)2負(fù)極的活性物質(zhì)：放電時：H2充電時：H2O電解液：30%的 KOH溶液。KOH電解液的作用：1、離子遷移電荷作用；2、KOH電解質(zhì)水溶液中的OH-和H2O在充放電過程中都參與了電極反應(yīng)。Ni/MH電池的工作原理或過充電（即充電末期）時，兩極上的反應(yīng)為： 氧化鎳電極上（正極）： 4OH- 4e 2H2O十O2 貯氫電極上（負(fù)極）： 2H2O+O2+4e 4OH-

4、電池過充電時的總反應(yīng)：0 Ni/MH電池的電容量一般均按正極容量限制設(shè)計，因此電池負(fù)極的容量應(yīng)超過正極容量，正負(fù)極的容量比例可以達(dá)到，甚至更高。這樣在充電末期，正極產(chǎn)生的氧氣可以通過隔膜在負(fù)極表面還原成H2O和OH-回到電解液中，從而避免或減輕了電池內(nèi)部壓力積累升高的現(xiàn)象，保持了電池內(nèi)壓的恒定，同時又使電解液濃度不致發(fā)生巨大變化。 過充電Ni/MH電池的工作原理為了防止充電過程后期電池內(nèi)壓過高，電池中裝有防爆裝置。 Ni/MH電池的工作原理過放電雖然過放電時，電池總反應(yīng)的凈結(jié)果為零，但要出現(xiàn)反極現(xiàn)象。由于在正極上產(chǎn)生的氫氣會在負(fù)極上新化合，同樣也保持了體系的穩(wěn)定。另外，負(fù)極活性物質(zhì)氫以氫原子態(tài)

5、能以相當(dāng)高的密度吸附于貯氫合金中，在這樣的電極上，吸放氫反應(yīng)能平穩(wěn)地進(jìn)行，放電性能較鎘-鎳電池而言得以提高。 當(dāng)電池過放電（即放電末期）時，電極反應(yīng)為： 氧化鎳電極（正極）上： 2H2O + 2e H2+2OH- 貯氫電極（負(fù)極）上： H2 + 2OH-2e 2H2O 電池過放電時的總反應(yīng)： 0 Ni/MH電池的工作原理電池充電特性 第一階段 當(dāng)恒定電流剛充入放完電的電池時，由于電池內(nèi)阻產(chǎn)生壓降，所以電池電壓很快上升（A點(diǎn)）。此后，電池開始接受電荷，電池電壓以較低的速率持續(xù)上升。在這個范圍內(nèi)（AB之間），電化學(xué)反應(yīng)以一定的速率產(chǎn)生氧氣，同時氧氣也以同樣的速率與氫氣化合，因此，電池內(nèi)部的溫度和氣

6、體壓力都很低。 Ni/MH電池的工作原理電池充電特性 第二階段經(jīng)過一定時間后（C點(diǎn)），電解液中開始產(chǎn)生氣泡，這些氣泡聚集在極板表面，使極板的有效面積減小，所以電池的內(nèi)阻抗增加，電池電壓開始較快上升。這是接近充足電的信號。 Ni/MH電池的工作原理電池充電特性 第三階段 充足電后，充入電池的電流不是轉(zhuǎn)換為電池的貯能，而是在正極板上產(chǎn)生氧氣。氧氣是由于電解液電解而產(chǎn)生的。在氫氧化鉀和水組成的電解液中，氫氧離子變成氧、水和自由電子，反應(yīng)式為 4OHO2+2H2O+4e 雖然電解液產(chǎn)生的氧氣能很快在負(fù)極板表面的電解液中復(fù)合，但是電池的溫度仍顯著升高。此外由于充電電流用來產(chǎn)生氧氣，所以電池內(nèi)的壓力也升高

7、。 由于從大量的氫氧離子中很容易分解出氧氣，所以電池內(nèi)的溫度急劇上升，這樣就使電池電壓下降。因此電池電壓曲線出現(xiàn)峰值（D點(diǎn)）。Ni/MH電池的工作原理充電終止控制方法 充足電后，如果不及時停止快速充電，電池的溫度和內(nèi)部壓力將迅速上升。內(nèi)部壓力過大時，密封電池將打開放氣孔，從而使電解液逸散，造成電解液的粘稠性增大，電池的內(nèi)阻增大，容量下降。因此，為了既保證電池充足電，又不過充電，必須控制充電的終點(diǎn)，一般采用定時控制，電壓控制和溫度控制等多種方法。 Ni/MH電池的工作原理充電過程與充電方法 電池的充電過程通常可分為預(yù)充電、快速充電、補(bǔ)足充電、涓流充電四個階段。 預(yù)充電：對長期不用的或新電池充電時

8、，一開始就采用快速充電，會影響電池的壽命。因此，這種電池應(yīng)先用小電流充電，使其滿足一定的充電條件，這個階段稱為預(yù)充電。快速充電：就是用大電流充電，迅速恢復(fù)電池電能。快速充電速率一般在1C以上，快速充時間由電池容量和充電速率決定。Ni/MH電池的工作原理充電過程與充電方法 補(bǔ)足充電：采用某些快速充電止法時，快速充電終止后，電池并未充足電。為了保證充入100%的電量，還應(yīng)加入補(bǔ)足充電過程。補(bǔ)足充電速率一般不超過。涓流充電：也稱為維護(hù)充電。根據(jù)電池的自放電特性，涓流充電速率一般都很低。只要電池接在充電器上并且充電器接通電源，在維護(hù)充電狀態(tài)下，充電器將以某一充電速率給電池補(bǔ)充電荷，這樣可使電池總處于充

9、足電狀態(tài)。Ni/MH電池的工作原理定時控制 根據(jù)電池的容量和充電電流，很容易確定所需的充電時間。這種控制方法最簡單，但是由于電池的起始充電狀態(tài)不完全相同，有的電池充不足，有的電池過充電，因此，只有充電速率小于時，才允許采用這種方法。充電終止控制方法 Ni/MH電池的工作原理充電終止控制方法 電壓控制 最高電壓（Vmax）：從充電特性曲線可以看出，電池電壓達(dá)到最大值時，電池即充足電。充電過程中，當(dāng)電池電壓達(dá)到規(guī)定值后，應(yīng)立即停止快速充電。這種控制方法的缺點(diǎn)是：電池充足電的最高電壓隨環(huán)境溫度、充電速率而變，而且電池組中各單體電池的最高充電壓也有差別，因此采用這種方法不可能非常準(zhǔn)確地判斷電池已足充電

10、。電壓負(fù)增量（V）：由于電池電壓的負(fù)增量與電池組的絕對電壓無關(guān)，而且不受環(huán)境溫度和充電速率等因素影響，因此可以比較準(zhǔn)確地判斷電池已充足電。這種控制方法的缺點(diǎn)是：電池電壓出現(xiàn)負(fù)增量后，電池已經(jīng)過充電，因此電池的溫度較高。此外鎳氫電池充足電后，電池電壓要經(jīng)過較長時間，才出現(xiàn)負(fù)增量，過充電較嚴(yán)重。電壓零增量（0V）：鎳氫電池充電器中，為了避免等待出現(xiàn)電壓負(fù)增量的時間過久而損壞電池，通常采用0V控制法。這種方法的缺點(diǎn)是：充足電以前，電池電壓在某一段時間內(nèi)可能變化很小，從而造成過早地停止快速充電。為此，目前大多數(shù)鎳氫電池快速充電器都采用高靈敏0V檢測，當(dāng)電池電壓略有降低時（一般約為10mV），立即停止快

11、速充電。Ni/MH電池的工作原理充電終止控制方法 溫度控制 最高溫度（Tmax）：充電過程中，通常當(dāng)電池溫度達(dá)到45時，應(yīng)立即停止快速充電。電池的溫度可通過與電池裝在一起的熱敏電阻來檢測。這種方法的缺點(diǎn)是熱敏電阻的響應(yīng)時間較長，溫度檢測有一定滯后，同時，電池的最高工作溫度與環(huán)境溫度有關(guān)。當(dāng)環(huán)境溫度過低時，充足電后，電池的溫度也達(dá)不到45。溫升（T）：為了消除環(huán)境影響，可采用溫升控制法。當(dāng)電池的溫升達(dá)到規(guī)定值后，立即停止快速充電。為了實現(xiàn)溫升控制，必須用兩只熱敏電阻，分別檢測電池溫度和環(huán)境溫度。溫度變化率（T/t）：鎳氫電池充足電后，電池溫度迅速上升，當(dāng)電池溫度每分鐘上升1時，應(yīng)當(dāng)立即終止快速充

12、電，這種充電控制方法，近年來被普遍采用。應(yīng)當(dāng)說明，由于熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系是非線性的，因此，為了提高檢測精度應(yīng)設(shè)法減小熱敏電阻非線性的影響。Ni/MH電池的工作原理充電終止控制方法 綜合控制 上述各種控制方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。為了保證在任何情況下，均能準(zhǔn)確可靠地控制電池的充電狀態(tài)，目前快速充電器中通常采用包括定時控制、電壓控制和溫度控制的綜合控制法。Ni/MH電池的工作原理正極材料 NiMH電池的容量為正極所限制，進(jìn)一步改進(jìn)球形Ni(OH)2正極材料的性質(zhì)對于提高電池的綜合性能有重要意義。對正極材料的研究與開發(fā)著重在，通過材料制備技術(shù)的研究，進(jìn)一步控制Ni(OH)2的形狀、化學(xué)組成、粒徑分布、結(jié)

13、構(gòu)缺陷及表面活性等，從而進(jìn)一步提高正極的放電容量及循環(huán)穩(wěn)定性等性能。Ni/MH電池的工作原理負(fù)極材料 含氫合金含藏了近乎體積6001000倍的氫。為了發(fā)揮作為電池負(fù)極的功能，除含氫能力巨大外，還要求以下幾點(diǎn)：氫的釋放速度快，催化活性高，電極反應(yīng)的可逆性好；在電池可使用的溫度范圍內(nèi)，氫壓（氫平衡壓）低；對氫的吸入、放出產(chǎn)生的劣化少，不會導(dǎo)致合金成為粉末或彎向一邊；在較寬的溫度范圍內(nèi)，具有較大電化學(xué)容量；能穩(wěn)定生產(chǎn)，初期活化次數(shù)要少。 研究開發(fā)中的儲氫負(fù)極合金體系有AB5型混合稀土系合金、AB2型Laves相合金、AB型鈦鎳系合金、A2B型MgNi系合金和釩基固溶體型合金等。其中A金屬(La,Ti

14、,Zr等)可以大量吸進(jìn)氫氣，形成穩(wěn)定的氫化物。而B金屬(Ni,Co,Fe,Mn等)不能形成穩(wěn)定的氫化物，但氫很容易在其中移動。也就是說，A金屬控制著氫的吸藏量，而B金屬控制著吸放氫氣的可逆性。其中，由于AB5型混合稀土系合金具有良好的性能價格比，現(xiàn)已成為國內(nèi)外Ni/MH電池生產(chǎn)中使用最為廣泛的負(fù)極材料， 對AB5型混合稀土系合金的進(jìn)步改進(jìn)著重在合金的成分、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及表面改性處理等方面，力求進(jìn)一步提高合金的綜合性能。1.2.4 NiMH電池的結(jié)構(gòu)和性能 鎳氫電池由氫氧化鎳正極，儲氫合金負(fù)極，隔膜紙，電解液，鋼殼，頂蓋，密封圈等組成。在圓柱形電池中，正負(fù)極用隔膜紙分開卷繞在一起，然后密封在鋼殼中

15、的。在方形電池中，正負(fù)極由隔膜紙分開后疊成層狀密封在鋼殼中。 目前商品NiMH電池的形狀有圓柱形、方形和扣式等多種類型。按電池的正極制造工藝分類則有燒結(jié)式和泡沫鎳式(含纖維鎳式）兩種類型。 NiMH電池的典型充電曲線由圖看出，在較高電流充電后期必然出現(xiàn)充電電壓下降和溫度上升的現(xiàn)象，由此可以作為快速充電的控制方法，即用V和t控制。 N iMH電池典型溫度特性NiMH電池在20條件下的放電性能最佳。由于低溫下(0以下)MH的活性低和高溫時(40以上)MH易于分解析出H2，致使電池的放電容量明顯下降，甚至不能工作。NiMH電池典型的循環(huán)壽命特性N iMH電池典型的不同倍率放電特性良好的高倍率放電特性

16、長的循環(huán)壽命1.2.7 NiMH電池的應(yīng)用手機(jī)與鎳氫電池1.2.7 NiMH電池的應(yīng)用筆記本電腦與鎳氫電池1.2.7 NiMH電池的應(yīng)用混合動力車與鎳氫電池1.2.7 NiMH電池的應(yīng)用混合動力車與鎳氫電池1.3 鋰離子二次電池1.3.1 鋰離子二次電池的概況鋰是金屬中最輕的元素，且標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-3.045 V，是金屬元素中電位最負(fù)的一個元素。且鋰離子可以在TiS2和MoS2等嵌入化合物中嵌入或脫嵌。鋰離子電池：分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的獨(dú)特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電

17、”。 電子技術(shù)的發(fā)展，對高比能量的移動電源需求量加劇。鋰離子電池是一種理想的可移動電源，具有體積小，重量輕，放電電壓高，比能量大等優(yōu)點(diǎn)。自從1990年SONY公司推出世界上第一只鋰離子電池，到2001年為止，整個市場每年約4億只該類電池用于純消費(fèi)類電子產(chǎn)品。便攜式攝像機(jī)、移動電話、手提電腦等95以上使用鋰離子二次電池作為主要電源。1.3 鋰離子二次電池1.3.1 鋰離子二次電池的概況1.3 鋰離子二次電池1.3.1 鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的歷史1.3 鋰離子二次電池1.3.1 鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)1、高能量密度： 100 Wh/Kg以上，為鎳鎘電池的三倍，鎳氫電池的兩倍

18、；2、電壓平臺高：3.6 V，鎳基電池為1.2 V；3、低溫下工作優(yōu)：在-2060的溫度范圍內(nèi)工作，低溫下的工作優(yōu)于其它電池 ；4、低維護(hù)性：沒有記憶效應(yīng)，無需定期放電，最理想的保存方式，就是在40%充電后冷藏保存，可以保存達(dá)十年之久 ；5、低自放電率：約6/月；6、長循環(huán)壽命(1000次，100DOD)；7、環(huán)保：無重金屬，無污染。1.3 鋰離子二次電池1.3.1 鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)鎘鎳、氫鎳、鋰離子蓄電池性能對比 1.3 鋰離子二次電池1.3.1 鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的缺點(diǎn)1、安全性能問題：需復(fù)雜的保護(hù)線路；2、放電倍率低：1 C 2 C；3、易于老化：存儲的鋰

19、離子電池照樣會容量衰竭；4、價格昂貴。 一般認(rèn)為，鋰離子電池起火爆炸是由于其內(nèi)部化學(xué)原理和成分導(dǎo)致的。由于人們想在單位密度中儲存更多的能量，這就導(dǎo)致了鋰離子電池中碳、氧和易燃液體的含量不斷增加。與此同時除了正極、負(fù)極以及隔離膜之外，鋰離子電池內(nèi)部還充滿了一種非常易燃的液體鋰鹽類電解質(zhì)。電池充電時，負(fù)極的鋰離子向正極移動，電池在使用過程中，鋰離子又回到負(fù)極以提供能量。在充完電的狀態(tài)下，失去大部分離子的負(fù)極非常不穩(wěn)定。這個溫度足以使負(fù)極分解和釋放氧。隨著熱量積蓄，電池將會進(jìn)入“熱失控”狀態(tài)。此時電池內(nèi)部的溫度將會極快地升高，最后到達(dá)電解液的燃點(diǎn)而起火爆炸。在最近導(dǎo)致眾多大廠筆記本電腦過熱和起火的S

20、ONY鋰電池中，正是因為在電池制造過程中混入了過多的金屬顆粒，容易在電池使用過程中發(fā)生短路、產(chǎn)生火花。才導(dǎo)致了這些鋰離子電池的不穩(wěn)定。1.3 鋰離子二次電池1.3.1 鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的種類根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為1、液態(tài)鋰離子電池(lithium ion battery, 簡稱為LIB)2、聚合物鋰離子電池(polymer lithium ion battery, 簡稱為LIP)相同點(diǎn)：液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。一般正極使用LiCoO2，負(fù)極使用各種碳材料如石墨，同時使用鋁、銅做

21、集流體。區(qū)別：主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同, 鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質(zhì)來代替, 這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。1.3 鋰離子二次電池1.3.1 鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的種類電解質(zhì)殼體/包裝隔膜集流體液態(tài)鋰離子電池液態(tài)不銹鋼、鋁25PE銅箔（負(fù)極）和鋁箔（正極）聚合物鋰離子電池膠體聚合物鋁/PP復(fù)合膜沒有隔膜或個PE銅箔（負(fù)極）和鋁箔（正極）1.3 鋰離子二次電池1.3.1 鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的種類 由于聚合物鋰離子電池使用了膠體電解質(zhì)不會象液體電液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池很輕、

22、很薄。也不會產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個電池的比容量；聚合物鋰離子電池還可以采用高分子作正極材料，其質(zhì)量比能量將會比目前的液態(tài)鋰離子電池提高50以上。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比液態(tài)鋰離子電池有所提高?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，聚合物鋰離子電池被譽(yù)為下一代鋰離子電池。1.3 鋰離子二次電池1.3.1 鋰離子二次電池的概況鋰離子電池的種類按形狀分類：圓柱形、方形和扣式(或錢幣形)；按正極材料分類：氧化鈷鋰型、氧化鎳鋰型和氧化錳鋰型1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的工作原理1.3 鋰離子二

23、次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的工作原理1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的工作原理1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性以LiCoO2體系的鋰離子二次電池為例說明其工作原理。一般，鋰離子二次電池是由正極、電解液、隔膜以及負(fù)極構(gòu)成。充電時，正極中的鋰離子從LiCoO2層狀結(jié)構(gòu)中脫出，Co元素的化合價由升高到，正極材料發(fā)生氧化反應(yīng)，同時鋰離子經(jīng)過電解液遷移到電池的負(fù)極，在負(fù)極碳材料的層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)和碳化合生成LiCX。電池在接上負(fù)載時，則兩電極上所發(fā)生的反應(yīng)分別為充電時發(fā)生反應(yīng)的逆反應(yīng)。隔膜位于正負(fù)反應(yīng)電極之間，隔膜可以透過離子，

24、但卻不允許電子透過，同時當(dāng)電池正負(fù)極發(fā)生一定程度的微短路時，隔膜還起到阻斷保護(hù)作用。鋰離子電池的工作原理1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性電極反應(yīng)鋰離子電池的工作原理 鋰離子電池的額定電壓為。電池充滿時的電壓（稱為終止充電電壓）一般為；鋰離子電池終止放電電壓為。如果鋰離子電池在使用過程中電壓已降到后還繼續(xù)使用，則稱為過放電，對電池有損害。1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性 鋰離子電池比較驕貴。如果不滿足其充電及使用要求，很容易出現(xiàn)爆炸，壽命下降等現(xiàn)象。因為鋰離子電池對溫度、過壓、過流及過放電很敏感，所以所有的電池內(nèi)部均集成了熱敏電阻（監(jiān)控充電溫度）及

25、防過壓、過流、過放電保護(hù)電路。鋰離子電池的工作原理1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的充電原理Iconst：恒流充電電流；Ipre：預(yù)充電電流；Ifull：充滿判斷電流；Vconst：恒壓充電電壓；Vmin：預(yù)充結(jié)束電壓及短路判斷電壓1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的充電過程分：預(yù)充電階段；恒流充電階段-恒壓充電階段。 1C一鋰離子電池的充電原理1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性 預(yù)充電階段預(yù)充電階段是在電池電壓低于3V時，電池不能承受大電流的充電。這時有必要以小電流對電池進(jìn)行浮充。鋰離子電池的充電原理1.

26、3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性恒流充電階段當(dāng)電池電壓達(dá)到3V時，電池可以承受大電流的充電了。這時應(yīng)以恒定的大電流充電。以使鋰離子快速均勻轉(zhuǎn)移，這個電流值越大，對電池的充滿及壽命越有利。 鋰離子電池的充電原理1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性恒壓充電階段當(dāng)電池電壓達(dá)到時，達(dá)到了電池承受電壓的極限。這時應(yīng)以的電壓恒壓充電。這時充電電流逐漸降低。當(dāng)充電電流小于30mA時，電池即充滿了。這時要停止充電。否則，電池因過充而降低壽命。恒壓充電階段要求電壓控制精度為1%。依國家標(biāo)準(zhǔn)，鋰離子電池要能在1C的充電電流下，可以循環(huán)充放電500次以上。依一般的電池使用三天

27、一充。這樣電池的壽命應(yīng)在4年。 鋰離子電池的充電原理1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性 用戶在使用電池的時候往往發(fā)現(xiàn)，原裝電池在使用1年，甚到半年左右的時間就報廢了，這是因為簡單的充電方式惹的禍。 鋰離子電池的充電原理1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性恒壓式充電原理圖 當(dāng)沒電的電池插在這種充電器上時，充電器即以最大的電流為電池充電。如果在鋰離子電池最虛弱的低壓時（低于）就以大電流沖擊，將會嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。 另外，這類的充電器均為直接市電220V接入，轉(zhuǎn)換為5V的低壓直流。因為轉(zhuǎn)換效率低下，會產(chǎn)生大量的熱。熱量直接疊加在了電池上，使電池溫度過高，這

28、對電池有很大損害。 鋰離子電池的充電原理1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的充電方法標(biāo)準(zhǔn)充電：在環(huán)境溫度 205 的條件下，以 5A 恒流充電，當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電限制電壓 4.20V 時，改為恒壓充電，直到充電電流小于 5mA ，停止充電。 快速充電：在環(huán)境溫度 205 的條件下，以 1C5A 恒流充電，當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電限制電壓 4.2V 時，改為恒壓充電，直到充電電流小于5mA ，停止充電。 1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的充電方法1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的放電特性在較高放電率

29、下(1.0 C以上)，雖然放電電壓有所下降，但截止到終止電壓時的放電容量卻降低很少。1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的高溫性能 電池充電結(jié)束后，將電池放入 602 的高溫箱中恒溫 2h ，然后以 1C5A 電流恒流放電至 2.75V 。放電時間不小于 54 分鐘。后將電池取出在環(huán)境溫度 205 的條件下擱置 2h, 電池外觀無變形、無爆裂。 1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的低溫特性 電池充電結(jié)束后，將電池放入 -102 的低溫箱中恒溫 2h 后，以 0.5C5A 電流恒流放電至終止電壓 2.75V 。放電時間不小于 1.8h

30、 。后將電池取出在環(huán)境溫度 205 的條件下擱置 2h ，電池外觀無變形、無爆裂。 1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的溫度特性放電平臺電壓有明顯下降，但放電容量相差不大。1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的循環(huán)壽命在環(huán)境溫度 205 的條件下，以 1C5A 恒流充電，當(dāng)電池端電壓達(dá)到充電限制電壓時，改為恒壓充電，直到充電電流為 105mA ，停止充電；擱置 0.5h 1h ，然后以 1C5A 電流恒流放電至終止電壓 2.75V ，擱置 0.5h1h ，再進(jìn)行下一個充放電循環(huán)。直至連續(xù)兩次放電容量小于 80% 的 1C5A 放電容

31、量，認(rèn)為壽命終止，循環(huán)壽命不小于 300 次。 內(nèi)阻的增加，導(dǎo)致充電不足1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的儲存特性02540601.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的安全評估1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性過充試驗 利用恒定電流持續(xù)給電芯充電，設(shè)定固定電壓上限。電芯內(nèi)部在負(fù)極上產(chǎn)生鋰離子枝晶，刺穿隔膜是通過該試驗最大的威脅。 前提 環(huán)境溫度 充電電流 試驗過程 時間要求 結(jié)果要求 軍工 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20 5 0.2C 5A 直至保護(hù)電路起作用 無 不爆炸、不燃燒 輕工標(biāo)準(zhǔn) QB/T25022000 完全

32、放電態(tài)的電池 20 5 0.2C 5A 可讓保護(hù)電路起作用 12.5h 不爆炸、不燃燒 04 科技部 863 電動車蓄電池 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電，放 1 小時后 20 5 1C 1(A) 電壓達(dá)到 5.0V 或充電 90min 不爆炸、不燃燒 國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 18287-2000 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20 5 3C 5 A 上限電壓 10V ， 溫度下降峰值 10 后結(jié)束實驗 不爆炸、不燃燒 UL 標(biāo)準(zhǔn) 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20 5 對應(yīng)電流和時間進(jìn)行。 注： C 為標(biāo)稱容量， I C 為測試電流 測試時間不得少于 48h 不爆炸、不燃燒 鋰離子電池的安全評估短路試驗 1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰

33、離子電池的原理和特性鋰離子電池的安全評估用小電阻的導(dǎo)線直接連接正負(fù)極，使電池形成超大電流回路，電池內(nèi)部快速升溫 前提 環(huán)境溫度 短路方法 外部電阻 時間 結(jié)果要求 軍標(biāo) 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后的電池組 20 5 用導(dǎo)線連接正負(fù)極 50m 直至保護(hù)電路起作用 不爆炸、不燃燒、可正常充放電 輕工標(biāo)準(zhǔn) QB/T2502-2000 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20 5 用導(dǎo)線連接正負(fù)極 50m 6h 以上 不爆炸、不燃燒 2004 科技部 863 電動車蓄電池 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電 1 小時后 20 5 用導(dǎo)線連接正負(fù)極 10m 10min 不漏液、不爆炸或燃燒 國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 18287-2000 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20 5

34、 用導(dǎo)線連接正負(fù)極 50m 溫度下降峰值 10 后結(jié)束實驗 不爆炸、不燃燒，外部溫度不得高于 150 UL 標(biāo)準(zhǔn) 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 60 2 20 5 用導(dǎo)線連接正負(fù)極 0.1 直至溫度下降接近環(huán)境溫度 不爆炸、不燃燒，外殼溫度不得高于 150 1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的安全評估針刺試驗 用鐵針垂直穿透電池，持續(xù)形成內(nèi)部短路 前提 環(huán)境溫度 鋼釘 試驗過程 時間要求 結(jié)果要求 軍工 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20 5 3mm 沿徑向強(qiáng)力刺穿 無規(guī)定 不爆炸、不燃燒 輕工標(biāo)準(zhǔn) QB/T2502-2000 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20 5 2.5 5mm 中央與電極面垂直的方

35、向穿透 放置 6 小時以上 不爆炸、不燃燒 2004 科技部 863 電動車蓄電池 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20 5 3 8mm 垂直于極板的方向迅速貫穿 鋼針停留在其中 不爆炸、不燃燒 UL 標(biāo)準(zhǔn) 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 20 5 在電池的正面與側(cè)面，在 3ms 內(nèi)以最小加速度 75g ，最大加速度 125 -175g 撞擊電池 不爆炸、不燃燒、排出物 5g 1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性熱沖擊 把電芯放入高溫箱中， 以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的速度升溫 ，持續(xù)的高溫導(dǎo)致內(nèi)部隔膜熔化，形成大面積內(nèi)部短路 。前提 升溫速率 上限溫度 時間要求 結(jié)果要求 軍工 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 電池組在溫度（ -40

36、）與（ 70 ）之間循環(huán) 4 次 , 并在各個溫度環(huán)境中恒溫 2 小時，溫度交替移動的時間不大于 1min ，然后在 25 下保持 2 小時 不變形、不開裂、不漏液、可正常充放電 輕工標(biāo)準(zhǔn) QB/T2502-2000 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 5 1 130 60 min 不爆炸、不燃燒 2004 科技部 863 電動車蓄電池 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 5 2 70 2 20min 不漏液、不變形、不爆炸或燃燒 國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 18287-2000 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 5 2 150 2 30 min 不爆炸、不燃燒 UL 標(biāo)準(zhǔn) 按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后 5 2 150 2 10min 不爆炸、不燃燒 鋰離子電池的安全評估

37、1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性如何采購 1、選擇使用錳酸鋰材料的電池； 2、 委托權(quán)威部門進(jìn)行安全性的檢測，進(jìn)行現(xiàn)場考驗； 3、 開展長時間、大量的安全測試，以檢測保護(hù)電路、電芯的可靠性； 4、 選擇有實力的供應(yīng)商為合作伙伴。 聯(lián)想集團(tuán)開發(fā)的安全鋰離子電池鋰離子電池的安全評估1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的結(jié)構(gòu)正極材料一般選擇相對鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性負(fù)極材料做為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰

38、電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz(x，z=(2 3x5y)/2)等。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的電解液是有機(jī)溶劑和無機(jī)鹽構(gòu)成的，采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。室溫電導(dǎo)率平均約為-110-3 S/cm，比水溶液電解質(zhì)低近兩個數(shù)量級。因此，為了使商品鋰離子電池能在較高電流下充、放電，電極必須很薄，以增加電極的總面積，降低電極的實際工作電流密度。電

39、解液鋰離子電池的結(jié)構(gòu)1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性隔膜隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點(diǎn)較低，而且具有較高的抗穿刺強(qiáng)度，起到了熱保險作用。 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)外殼采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。 1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性外殼鋰離子電池的結(jié)構(gòu)1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性此結(jié)構(gòu)一般為液態(tài)鋰離子電池所采用,也是最古老的結(jié)構(gòu)之一，偶爾在較早的手機(jī)上還能找到它的影子。目前大多數(shù)用在筆記本電腦的電池組里面。 安全閥正溫度系數(shù)的電阻元件卷邊壓縮密封鋰離子電池的結(jié)構(gòu)

40、1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性現(xiàn)今最普遍的液態(tài)鋰離子電池形態(tài)， 廣泛的應(yīng)用在各個移動電子設(shè)備的電池組里面，特別是手機(jī)電池。左圖畫面是sanyo生產(chǎn)的UP383450，即3.8mm*34mm*50mm，標(biāo)稱容量達(dá)到650mAh。方形電池的正極往是一種金屬陶瓷或金屬破璃絕緣子它實現(xiàn)了正極與殼體之間的絕緣。激光焊接鋰離子電池的結(jié)構(gòu)1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性此種可充電的鋰離子電池不常見，容量不大在幾個到幾十mAh之間,應(yīng)用領(lǐng)域也不廣泛。鋰離子電池的結(jié)構(gòu)1.3 鋰離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池探密鋰離子電池的結(jié)構(gòu)1.3 鋰

41、離子二次電池1.3.2 鋰離子電池的原理和特性鋰離子電池的命名圓柱形鋰離子二次電池的命名：用三個字母和5位數(shù)字來表示，前兩個字母表示鋰離子電池(LI)，后一個字母表示圓柱形(R)，前兩位數(shù)字表示以mm為單位的最大直徑，后三位數(shù)字表示以為單位的最大高度，如LIR18650即表示直徑為18mm，高65mm的圓柱形鋰離子電池。方形鋰離子二次電池的命名：用三個字母和6位數(shù)字來表示，前兩個字母表示鋰離子電池(LI)，后一個字母表示方形(S)，前兩位數(shù)字表示以mm為單位的最大厚度，中間兩位數(shù)字表示以mm為單位的寬度，后兩位數(shù)字以mm為單位的最大高度，如LIS043048即表示厚度為4mm，寬30mm，高4

42、8mm的方形鋰離子電池。1.3 鋰離子二次電池1.3.3 鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景鋰離子電池的應(yīng)用手機(jī)中的鋰離子電池1.3 鋰離子二次電池1.3.3 鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景鋰離子電池的應(yīng)用電動自行車中的鋰離子電池1.3 鋰離子二次電池1.3.3 鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景電動汽車中的鋰離子電池鋰離子電池的應(yīng)用1.3 鋰離子二次電池1.3.3 鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景鋰離子電池的發(fā)展方向發(fā)展電動汽車用大容量鋰離子電池開發(fā)及使用新的高性能電極材料加速聚合物理離子電池的實用化進(jìn)程聚合物鋰離子電池：是指電解質(zhì)使用固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SPE）的鋰離子電池。組成：電池由正極集流體、正極膜、聚合物電解

43、質(zhì)膜、負(fù)極膜、負(fù)極集流體緊壓復(fù)合成型，外包封鋁塑復(fù)合薄膜，并將其邊緣熱熔封合，得到聚合物鋰離子電池。由于電解質(zhì)膜是固態(tài)，不存在漏液問題，在電池設(shè)計上自由度較大，可根據(jù)需要進(jìn)行串并聯(lián)或采用雙極結(jié)構(gòu)。 1.3 鋰離子二次電池1.3.3 鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池的概念1.3 鋰離子二次電池1.3.3 鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池的歷史聚合物鋰離子電池具有以下特點(diǎn)：塑形靈活性，可隨意設(shè)計外形；更高的質(zhì)量比能量（3倍于MH-Ni電池）；電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬，可達(dá)5V；完美的安全可靠性，耐過充，無漏液；更長循環(huán)壽命，容量損失少；體積利用率高；廣泛

44、的應(yīng)用領(lǐng)域；超薄，重量更輕，無需金屬外殼。 1.3 鋰離子二次電池1.3.3 鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池的性能特點(diǎn)其工作性能指標(biāo)如下：工作電壓：；比能量：130Wh/kg，246Wh/L；循環(huán)壽命：300；自放電：0.1%/月；工作溫度：253-328K；充電速度：1h達(dá)到80容量；3h達(dá)到100%容量；環(huán)境因素：無毒。 1.3 鋰離子二次電池1.3.3 鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池的工作性能1.3 鋰離子二次電池1.3.3 鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景聚合物鋰離子電池聚合物鋰離子電池的缺點(diǎn)聚合物鋰離子電池的缺點(diǎn)：1、低能量密度（相對

45、于液態(tài)鋰離子電池）；2、生產(chǎn)成本昂貴；3、沒有標(biāo)準(zhǔn)外形。1.3 鋰離子二次電池1.3.3 鋰離子電池的應(yīng)用與發(fā)展前景聚合物鋰離子電池這就是聚合物鋰離子電池的典型結(jié)構(gòu),圖中的結(jié)構(gòu)稱為卷繞式,也有層疊式的,其外面包裹上一層復(fù)合鋁箔后基本形狀就象右面的圖片.(注右面的聚合物鋰離子典型為sony生產(chǎn)的UP293559,即厚度為2.9mm,長寬為35mm*59mm, 不算兩個極耳的尺寸)1.3 鋰離子二次電池附： 鋰離子電池的安全性問題鋰電池為什么有安全性問題 1、內(nèi)部短路是如何形成的：鋰離子電池的最大的隱患是應(yīng)用鈷酸鋰的鋰離子電池在過充的情況下（甚至正常充放電時），鋰離子在負(fù)極堆積形成枝晶，刺穿隔膜，形成內(nèi)部短路。 2、 產(chǎn)生大電流：