电池基础知识培训.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date电池基础知识培训电池基础知识培训电池基础知识培训资料1、电池电池:指通过正负极之间的反应将化学能转化为电能的装置. 一次电池:指无法进行充电,仅能放电的电池,但一次电池容量一般大于同等规格充电电池,如锌锰、碱性干电池,锂扣电池,锂亚电池等。 二次电池:指可反复充电再循环的电池,如铅酸、镍镉、镍氢、锂离子、锂聚合物、燃料、锌、铝、镁空气电池等。其它:燃料电池,物理电池,
2、太阳电池。 额定容量:指电池在充满电后,空载状态下放电至截止电压时,所能释放出的电能量,一般以mAh或Ah(1Ah = 1000mAh)符号来表示。电池长期使用后,释放的电量会下降。容量由于充放电是在一定的C-倍率条件下进行的,因此电池的容量与C-倍率直接相关。电池的额定容量是指0.2C条件下测试得到的电容量。C-倍率越大,电池的放电率越小。充电容量(Ah或者mAh)=充电电流充电时间,放电容量(Ah或者mAh)=放电电流放电时间。一般而言,0.2C电流放电基本能够达到95%100%放电率,而1C电流放电只能能够达到90%放电率左右,由于充电受电池原材料本身特性影响,相应需要多充一部分时间,大
3、致是同等电流放电时间的120160%,例如,NI-MH AA1800mAh,以0.2C(360mA)充电约需68小时,而以0.2C(360mA)放电约可以达到5小时。 额定电压:指电池正负极材料因化学反应而造成的电位差, 由此产生的电压值。不同电池由于正负极材料不同,产生的电压是不一样的,电池电压会随着充电的过程而不断上升至某一值,会随着放电的过程而不断下降至某一值。 开路电压:指电池在无负载的情况下,电池正负极之间的电压。开路电压与电池的剩余能量有一定的联系,因此,电池显示器是利用这种关系而制造。 内阻:指电池内部由化学材料自动生成的阻抗,内阻越小,电池的充放电性能越好。电池内阻包含直流电阻
4、和交流电阻。影响电池内阻的因素有:电解质的成份;正负电极片中的成份配方;正负电极片的几何面积以及比表面积;金属基片(铜箔和铝箔);电解液与正负电极片接口状态;温度;充电状态(电池的开路电压);测量频率高低;电池的内部结构设计。 C:用来表示电池充放电时电流大小的比率,即倍率。如1200mAh的电池,0.2C表示240mA(1200mAh的0.2倍率),1C表示1200mA(1200mAh的1倍率)。充放电效率也与C(倍率)相关,在0.2C条件下,聚合物锂电池的充放电效率应该在99.8%。充放电效率=放电容量/充电容量 100% 放电截止电压:指电池充满电后进行放电,放完电时达到的电压(若继续放
5、电则为过度放电,对电池的寿命和性能有极大的损伤)。 放电深度:与电池额定容量比较,放电量的比率。 过充(放)电:指超过电池规定的充(放)电状态,若继续充(放)电可能造成电池漏液或劣化。 能量密度:指单位体积或单位质量所释放的能量,一般用体积能量密度(wh/l)和质量能量密度(wh/kg)表示。 自放电:电池充满电之后,在与外电路没有接触和常温放置的条件下,其电容量会自然衰减。在储存过程中,电池蓄电容量会逐渐下降,其减少的容量与额定容量的比例,称为自放电率。通常,环境温度对其影响较大,过高温度会加速电池的自放电。电池容量衰减(自放电率)的表达方法为:%/月。镍镉、镍氢电池的自放电率为20-25%
6、/月,锂电池的自放电率为2-5%/月。 循环寿命:二次电池经历一次充放电称为一个周期或一次循环。在一定的放电制度下,电池容量降至规定值之前,电池所经受的循环次数称为循环寿命。二次电池在反复充放电的使用下,电池容量会逐渐下降,一般以电池的额定容量为标准,当电池容量降至其60%或80%时的充放电次数称为循环寿命。 记忆效应:电池的记忆效应是指在下一次充电时所能充电的百分比。为了消除电池的记忆效应,在下一次充电之前,必须先完全放电,然后再充电。只有这样,才能百分之百的充满电池。镍氢、锂电池均无记忆效应。 CC/CV:CC即恒流,以固定的电流对电池充(放)电;CV即恒压,以固定的电压对电池充电,充电电
7、流会随着电压的上升而下降。对铅酸电池一般采用恒压方式充电,对镍镉、镍氢电池一般采用恒流方式充电,对锂离子电池一般采用先恒压(4.2V/节)后恒流方式充电。 涓流充电:指以小于0.1C电流对电池充电,一般在电池接近充满电时,进行补充充电时采用涓流充电方式充电,在此情况下,电池使用寿命较长。 -V:这是在电池接近充满电时,电压达到一个峰值后,对其继续充电,电压会有瞬间的微量下降,一般在35mV之间,充电芯片多根据-V值对电池进行控制。 V/t:这是在电池接近充满电时,电池表面温度会随着时间而快速上升,以每分钟上升的温度作为充电截止条件,一般设定在每分钟上升1度作为截止点。 充放电率: 充电状态和放
8、电深度都是电池保有值。充放电状态以百分比率来表示,以满充电和满放电为100%。充电状态称为SOC;放电深度称为DOD。如:DOD=250mAh/800mAh 100%=31.25%。2、电池的分类:一、伏打电池-电池的始祖 最古老的电池,是伏打电池。它是把一块铜片和一块锌片放在盛有稀硫酸的容器中,接通电路,铜片就成了电池正极,锌片就成为负极。这种电池很“土”,它的电压很低,电流也很小,但毕竟用这种手段使人类第一次得到了电流。所以它是一切电池的老鼻祖。为什么铜和锌泡在稀硫酸里就能生电?把铜片和铁片分别插进稀硫酸去能生电吗?试一试,也行。碳棒和锌片呢?也成。稀硫酸起什么作用?电解液而已。也就是说,
9、只要是导电的液体就能代替它。比如稀盐酸、醋、食盐水,比如用一碗汤都可以。比如把一根铜钉和一根铁钉插在西红柿上,西红柿的汁液就可以作电解液,一个铜钱和一个铝币插入土豆,也可以成为一个电池。当然,这类电池中效果最好的是伏打电池。所以,它流传至今,但伏打电池携带不便,稀硫酸洒出来还有腐蚀性。人们就用锌做成圆筒,用碳棒做成芯,这就构成电池的两极。没有电解液不行,人们就把氯化铵调成浆糊,这样既能导电又不至于泄漏。其中加入黑色的二氧化锰粉末,是催化剂。这就是人们俗称的“干电池”,也叫锰锌电池。所谓干电池是相对于伏打电池的稀硫酸而言,所谓锰锌是指的原材料。针对其它材料的干电池如氧化银电池,镍镉电池而言。锰锌
10、电池的电压是1.5伏,而其它干电池就不是1.5伏。 干电池是消耗化学原材料产生电能的。它的电压不高,所能通过的持续电流也不能超过1安培,否则就会发热损坏。二、铅蓄电池 蓄电池也是应用最广泛的电池之一。用一个玻璃槽或塑料槽,注满硫酸,再插入两块铅板,一块与充电机正极相连,一块与充电机负极相连,经过十几小时的充电,就成为一个蓄电池了。它的正负极之间有2伏的电压。蓄电池的好处就是可以反复多次使用。还有一个大优点就是它的内电阻极小,可以提供很大的电流。用它给汽车的起动机供电,瞬间电流可达20多安培,这是迄今任何其它电池都不能替代的。蓄电池充电时,是把供给它的电能变为他原能贮存起来,放电时又把化学能转化
11、为电能。蓄电池体积太大,又不便携带。但汽车、摩托车还离不开它。三、充电电池 镍镉充电电池的外观和锰锌干电池一样,只不过是用镍镉材料制成,成本高,但它可以反复充电使用。镍镉电池的电压只有1.2伏,所以在有些场合不好使,如放在闪光灯、电视遥控器、电子表等需要满足一定电压值的用电器中。但爱好电动汽车模型的同学都知道,放上1.2伏的镍镉电池比1.5伏的锰锌电池跑的快。为什么?因为镍镉电池的内电阻小,所以当电流较大时,路端电压很大,而锰锌电池的内电阻大,当大电流时,输出的路端电压都很小。 但镍镉电池也有缺点,就是残留记忆性。就是说,当电还有1/3没有用完时就进行充电,只能充进总容量的2/3,而且下次的放
12、电量也只是这次充入的量,以前的1/3空间就堵死了,再也不能充电了。所以,尽管说充电可达万次,但一般充放电十余次就不好使了。 尽管如此,它的用途还是十分广泛的。特别是摄像机、手机更离不开它。近年来,人们又开发了镍氢电池,体积更小了,而且没有记忆特性,效果颇佳,只是价格也较高,一片1200mAh的电池价格在400元以上。就是说这块电池的储放电能力为提供1200mA的电流工作1小时。四、钮扣电池 有时,需要的电压一定,电流极小,而对体积和重量又有一定限制。如电子手表、电子计算器中,电流只有2mA,体积却必须很小。这时人们只能用钮扣电池。钮扣电池按不同的需要,制成的大小不同,放在手表中的比衬衣钮扣还小
13、,计算器中安装的就有西服钮扣一般大。钮扣电池主要有两种,一种是锂电池3伏,另一种是银锌电池,输出电压是1.5V。钮扣电池属于一次性电池,不能充电。也要避免投放在火中。五、锂电池 还有一种电池,多用于自动照相机,外观是白色的,短粗。这是锂电池,它的供电量较大,内阻又小,主要用于照相机驱动卷片电动机。锂电池的密封性很好,它不会因用电量过大,使用后“流汤”,腐蚀机件,所以用于精密仪器很安全。这种锂电池是一次性电池,千万不能充电,因为它不仅充不了电,反而会因为充电发热而造成爆炸。所以,在使用说明上明确注出不能充电,不能放入火中烧烤,防止发生事故。 还有一种可充电的锂电池,制成块状。它的能量很大,可以提
14、供7.2Ah的电流,也就是说,在1安培电流的条件下,可以工作7.2小时。显然它的性能远远超过镍镉电池和镍氢电池。并且电池可以充电,反复使用。因此,广泛用于手机和摄像机,只是目前成本还较高。一块充电锂电池,价格可达上千元。 所有一次性电池的原理都是消耗原材料的化学能,转化为电能,供给人们使用。而蓄电池和充电电池则是在充电时,把电能转化为化学能;而在放电时,把化学能又转变成电能。六、太阳能电池 还有一种电池,叫硅光电池,就是电子计算器上的那几小片棕竭色的薄膜。它是用硅材料制成的,利用光电效应的原理来工作的,特别是可以利用取之不竭的太阳光能,转化成电能,因此,通常也称做太阳能电池。每片太阳能电池产生
15、的电压和可提供的电流都是很小的,但人们把许多片这样的电池串联又并联起来,就可以得到较高的电压和较大的电流了。在太阳光很充沛的地方,如沙漠、草原和海上,人们广泛使用太阳能电池供电。把一片片硅光电池片连接起来,足有一张报纸大。太阳能电池和一个铅蓄电池连接起来,白天产生的电能储存在蓄电池中,晚上再用它给电视机、日光灯供电。 人们试着把它安装在电动汽车上,制成一个大大的顶盖,安在汽车顶上,以便接收更多的太阳能辐射,它提供的电能可以取代汽油燃烧的热能,干净又无废气污染,所以被认为是大有前途的环保“汽车”。而它的最大用途是在人造卫星上,在浩瀚无垠的宇宙中,卫星可以尽情地伸展开它的翅膀去“享受”太阳的辐射,
16、把硅光电池产生的电能供给卫星中的仪器。七、积层电池电池常常可以串联或并联使用。有时,仪器需要较高的电压,一节电池的电压供不应求,就把几节电池串联起来。最简单的实例就是手电筒,夜晚仓库值班员使用的手电往往需要三节或四节干电池。报话机、万用电表需要9伏甚至15伏电压,但并不需很大的电流。这时,人们就把锰锌电池制成薄片,把许多这样的薄片叠放在一起,这样的电池叫积层电池。它的外形是个长方体。拆开9伏的积层电池,你会看到,里面实际是6层电池片构成的。如果需要提供较大的电流,可以把几节电池并联使用锂离子电池专栏锂离子电池名称锂电池的负极材料是锂金属,正极材料是碳材。习惯上称为锂电池。锂离子电池的正极材料是
17、氧化钴锂,负极材料是碳材。为了区别于传统意义上的锂电池,称之为锂离子电池。锂离子电池的主要构成: (1)电池盖(2)正 极-活性物质为氧化钴锂(3)隔 膜-一种特殊的复合膜(4)负 极-活性物质为碳(5)有机电解液(6)电池壳一、锂电池的种类:目前市面上所使用的二次电池主要有镍氢(Ni-MH)与锂离子(Li-ion)两种类型。锂离子电池中已经量产的有液体锂离子电池(LiB)和聚合物锂离子电池(LiP)两种。所以在许多情况下,电池上标注了Li-ion的,一定是锂离子电池。但不一定就是液体锂离子电池,也有可能是聚合物锂离子电池。锂离子电池是锂电池的改进型产品。锂电池很早以前就有了,但锂是一种高度活
18、跃(还记得它在元素周期表中的位置吗?)的金属,它使用时不太安全,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。至于如何区分它们,从电池的标识上就能识别,锂电池为Li、锂离子电池为Li-ion。现在,笔记本和手机使用的所谓“锂电池”,其实都是锂离子电池。现代电池的基本构造包括正极、负极与电解质三项要素。作为电池的一种,锂离子电池同样具有这三个要素。一般锂离子技术使用液体或无机胶体电解液,因此需要坚固的外壳来容纳可燃的活性成分,这就增加了电池的重量和成本,也限制了
19、尺寸大小和造型的灵活性。一般而言,液体锂离子二次电池的最小厚度是6mm,再减少就比较困难。而所谓聚合物锂离子电池是在这三种主要构造中至少有一项或一项以上使用高分子材料作为其主要的电池系统。新一代的聚合物锂离子电池在聚合物化的程度上已经很高,所以形状上可做到薄形化(最薄0.5毫米)、任意面积化和任意形状化,大大提高了电池造型设计的灵活性,从而可以配合产品需求,做成任何形状与容量的电池。同时,聚合物锂离子电池的单位能量比目前的一般锂离子电池提高了50%,其容量、充放电特性、安全性、工作温度范围、循环寿命与环保性能等方面都较锂离子电池有大幅度的提高。目前市面上所销售的液体锂离子(LiB)电池在过度充
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