電池的分類及鋰電池的基本特性

1、電池的分類及鋰電池的基本特性第1頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五1：電池發(fā)展史 1600年Gilbert（美國(guó)）建立對(duì)電池的研究基礎(chǔ)。1791年Gavani（意大利）提出“動(dòng)物電”學(xué)說(shuō)。1800年Volta（意大利）制成了聞名當(dāng)且沿襲至今的“伏打電堆”并介紹鋅銀電池堆。1859年P(guān)lante（英國(guó)）發(fā)明鉛酸電池1870年采用西門(mén)子發(fā)電機(jī)將鉛酸電池改為二次電池。1898年Jungner（瑞典）發(fā)明Cd-Ni堿性蓄電池。1900年Jungner（瑞典）堿性Z-MnO2電池研制成功。1901年Jungner（瑞典）與Edison（美國(guó)）合作發(fā)明Fe-Ni堿性蓄電池。1901年

2、Michaelowski（俄羅斯）發(fā)明Z-Ni電池。1930年Drumm（愛(ài)爾蘭）首先制備出實(shí)用的Z-Ni電池。1932年Ackermann（德國(guó)）發(fā)明了燒結(jié)式電極板。1939年1941年前蘇聯(lián)科學(xué)院院士A.H.PYMKUH研制成第一只實(shí)用型“氫氧燃料電池”。1947年Neumann（法國(guó)）成功研制成密封式Cd-Ni電池。1950年前蘇聯(lián)、法、德燒結(jié)式開(kāi)口Cd-Ni電池開(kāi)始生產(chǎn)、堿性MnO2電池商品化。1960S美、前蘇聯(lián)研制成氫-鎳電池。1970S（美國(guó)）Li-SOCL2、Li-SO2在美國(guó)軍事及宇宙飛船上應(yīng)用。1984年（荷蘭）飛立浦公司解決了LaNi5合金在充放電過(guò)程中的容量衰減問(wèn)題，拉

3、開(kāi)了MH-Ni電池開(kāi)發(fā)熱潮。1990年（日本）日本索尼公司宣布制成了鋰離子蓄電池并于1992年商品化。1994年（美國(guó)）美國(guó)Bellcore公司宣布研制成功聚合物鋰離子電池。 第2頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五2：電池分類 化學(xué)電池：將物質(zhì)的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)氧化還原反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置。物理電源：在一定條件下實(shí)現(xiàn)能量直接轉(zhuǎn)化的物理器件。包括太陽(yáng)能電池、光-化學(xué)-電、光-熱-電及溫差發(fā)電機(jī)等能量轉(zhuǎn)化器件。燃料電池：將燃料（和氧化劑）的化學(xué)能連續(xù)性轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。 化學(xué)電池的分類：按被充電能力分：一次電池、氧化銀，鋅錳電池，AAA，AA，2號(hào)電池等；手表，

4、計(jì)算器中鈕扣， 碘化鋰電池等，二次電池（可再生電池）NI-MH，NI-Cd ，LI-ION Li-polymer按電解質(zhì)分：酸性電池：Pb-Acid 鉛酸電池等電動(dòng)自行車，汽車，摩托蓄電池 堿性電池：Zn-Ag、Zn-Hg、Zn-Ni、Cd-Ni、MH-Ni常見(jiàn)有AA，AAA，2號(hào)等 固體電解質(zhì)電池：Li-I2、Li-AgRbI2 非水電解質(zhì)電池：鋰一次電池、鋰二次電池、鋰離子電池貯備電池：電池活化之前，其關(guān)鍵組份與其他部分隔開(kāi)：Mg電池系列，熱電池，Li/SoCl2燃料電池：質(zhì)子交換膜，固體氧化物，熔融硫酸鹽，甲醇等第3頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五5，傳說(shuō)的核動(dòng)力

5、電池鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)釋放的核能叫做核裂變能。這種20世紀(jì)出現(xiàn)的新能源，目前已占人類總能源消費(fèi)量的6%。核能的和平利用，對(duì)于緩解能源短缺、減輕環(huán)境污染都具有重要意義。常用作原子電池中的放射性物質(zhì)有钚238、钷147、鍶90等。這種電池的突出特點(diǎn)是：壽命長(zhǎng)、重量輕、不受外界環(huán)境影響、運(yùn)行可靠。主要用于人造衛(wèi)星、宇宙飛船、海上的航標(biāo)與游動(dòng)氣象浮標(biāo)，以及無(wú)人燈塔之中?，F(xiàn)在也把原子電池作為人工心臟起搏器的電源，在醫(yī)療方面得到了應(yīng)用。1978年原蘇聯(lián)的帶有核裝置的宇宙-954衛(wèi)星掉在了加拿大北部的土地上；1996年11月俄羅斯發(fā)射的火星-96探測(cè)器失敗，由于探測(cè)器上載有的4塊核電池共含200g放射性元素钚，所

6、以在其墜落位置尚未確定前，曾一度使澳大利亞處于全國(guó)高度戒備狀態(tài)。超微型核電池，待機(jī)時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)10年，雖然現(xiàn)在沒(méi)有人可以驗(yàn)證是否屬實(shí)，但是我們相信在目前沒(méi)有任何手機(jī)可以媲美。鈾（uranium）239核彈材料第4頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五3：電池的常用標(biāo)準(zhǔn) 電池的常用標(biāo)準(zhǔn) IEC標(biāo)準(zhǔn)即國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Commission），是由各國(guó)電工委員會(huì)組成的世界性標(biāo)準(zhǔn)化組織，其目的是為了促進(jìn)世界電工電子領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化。其中關(guān)于鎳鎘電池的標(biāo)準(zhǔn)為IEC285，關(guān)于鎳氫電池的標(biāo)準(zhǔn)是IEC61436，鋰離子電池目前IEC標(biāo)準(zhǔn)，一般電池

7、行業(yè)依據(jù)的是SANYO或Panasonic的標(biāo)準(zhǔn)。 電池常用IEC標(biāo)準(zhǔn)有鎳鎘電池的標(biāo)準(zhǔn)為IEC602851999; 鎳氫電池的標(biāo)準(zhǔn)為IEC614361998.1; 鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)為IEC619602000.11。 電池常用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有鎳鎘電池的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T11013_1996GB/T18289_2000;鎳氫電池的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T15100_1994GB/T18288_2000; 鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T10077_1998YD/T998_1999,GB/T18287_2000。 另外電池常用標(biāo)準(zhǔn)也有日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS C 關(guān)于電池的標(biāo)準(zhǔn)及SANYOPANASONIC公司制定的關(guān)于電池企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。第5

8、頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五電池有正負(fù)極之分通常采用電池或電池組在不同條件下得實(shí)際充放電曲線來(lái)描述，并可派生出：電池輸出總能量：電池平均輸出功率：電池的質(zhì)量比能量：E/m電池的體積比能量：E/V電池的平均質(zhì)量比功率：電池的平均體積比功率：應(yīng)該指出，表征電池特性的放電曲線是隨著電池本身狀態(tài)及外部放電條件的變化而變化的電池本身狀態(tài)：體系選擇4：電池的特性第6頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五5：鋰離子電池原理及工藝流程 一、原理1.0 正極構(gòu)造LiCoO2(鈷酸鋰)+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+粘合劑(PVDF)+集流體（鋁箔） 正極2.0 負(fù)極構(gòu)造石墨+導(dǎo)

9、電劑(乙炔黑)+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+ 集流體（銅箔） 負(fù)極3.0工作原理 3.1 充電過(guò)程 如上圖一個(gè)電源給電池充電,此時(shí)正極上的電子e從通過(guò)外部電路跑到負(fù)極上,正鋰離子Li+從正極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)負(fù)極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。正極上發(fā)生的反應(yīng)為L(zhǎng)iCoO2=充電=Li1-xCoO2+Xli+Xe(電子)負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為6C+XLi+Xe=LixC6 3.2 電池放電過(guò)程 放電有恒流放電和恒阻放電，恒流放電其實(shí)是在外電路加一個(gè)可以隨電壓變化而變化的可變電阻，恒阻放電的實(shí)質(zhì)都是在電池正負(fù)極加一個(gè)電阻讓電子通過(guò)。由此可知，只要負(fù)極

10、上的電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會(huì)放電。電子和Li+都是同時(shí)行動(dòng)的，方向相同但路不同，放電時(shí)，電子從負(fù)極經(jīng)過(guò)電子導(dǎo)體跑到正極，鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過(guò)”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過(guò)來(lái)的電子結(jié)合在一起。 第7頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五 6：電池不良項(xiàng)目及成因： 1.容量低2.內(nèi)阻高3.電壓低4.超厚5.成因有以下幾點(diǎn)6.爆炸7.短路8.斷路第8頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五 鋰離子電池對(duì)使用條件的要求也比較特殊，它要求將電壓控制在2.54.2V/單體。如果使用時(shí)電壓太低，會(huì)降低電池的使用壽命，充電

11、時(shí)電壓過(guò)高可能會(huì)引起爆裂。所以鋰離子電池不能單獨(dú)使用，必須配上電子保護(hù)線路以保證它工作在允許的范圍之內(nèi)，這樣才能保證鋰離子電池的安全性并有效的延長(zhǎng)使用壽命。 由于鋰離子電池的特殊性，它對(duì)充電器的要求也相當(dāng)高，鋰離子電池最理想的充電方式為恒流恒壓方式，先以恒流充電至4.2V/單體，然后轉(zhuǎn)為恒壓充電。當(dāng)電流小到一定程度后充電結(jié)束。鋰離子電池對(duì)充電器的電壓精度要求較高。電壓少于額定（4.2V）0.1V就會(huì)導(dǎo)致充電不足，約少充15%左右的電量。電壓超過(guò)額定（4.2V）0.1V又會(huì)引起過(guò)充，影響電池的安全性能。 根據(jù)鋰電池的特點(diǎn)，要大量應(yīng)用在各個(gè)不同的地方。又要保證使用者的人身和設(shè)備安全。因此必須采用保

12、護(hù)電路以達(dá)到兩者之間要求。7：鋰電池保護(hù)的重要性： 第9頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五8：鋰電池保護(hù)板原理 下圖為采用S8261保護(hù)IC典型應(yīng)用線路： 第10頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五S8261 IC內(nèi)部框圖： 第11頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五1.分析過(guò)充電保護(hù)過(guò)程：當(dāng)檢測(cè)到電池電壓高于設(shè)定值時(shí)如4.30V時(shí)，過(guò)充電監(jiān)測(cè)比較起輸出高電平，經(jīng)過(guò)振蕩控制線路到邏輯控制分配器，通過(guò)0V充電禁止線路輸出高電平，使上一個(gè)MOSFET截止，下一個(gè)導(dǎo)通，使得CO與VM 等電位，CO電平變低，充電控制MOSFET截止。停止充電，從而保護(hù)電池，防止過(guò)充損壞電池及發(fā)熱爆炸。22. 分析過(guò)放電保護(hù)過(guò)程：分析原理同上略3.分析過(guò)放電電流保護(hù)過(guò)程：分析原理同上略 第12頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)11分，星期五9：鋰電池串并聯(lián)特性 1）電池粒的串并聯(lián)特性電池粒串聯(lián)時(shí)，電池電壓不相等時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電池使用時(shí)間縮短。因?yàn)殡姵貢?huì)提前進(jìn)入過(guò)充和過(guò)放電保護(hù)。 電壓相等，但電池粒的容量不同，經(jīng)過(guò)充放電循環(huán)也會(huì)出現(xiàn)電壓不一致，因?yàn)槌浞烹姷那€不一致導(dǎo)致。因而是嚴(yán)禁的。2）當(dāng)電池包容量的計(jì)算容量的單位：毫安時(shí)（mAh）串聯(lián)的容量：為單個(gè)電池容量。兩個(gè)標(biāo)稱為3.6V 063048 1000 mAh電池粒串聯(lián)，電池