电池基础知识培训教材.pdf

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1、.电池基本原理 1、什么是电池？电池是一种能源。当它的两极（即正负极）连接在用电器上时，它的储存化学能在电池中直接转化成电能。电池可视为一个电化能转换系统，类似于部燃烧引擎。部燃烧引擎将化学能转换成机械能,为能达到转换的目的必须有两种物质的存在:燃料和氧气.一只加伏电池也需要两种物质进行转换,分别有不同成分的电化学活性极完成,两种电极浸泡在电解液中,电解液在其中起传导作用。其中的一个电极用金属比如钴酸锂，在电解液中形成正极；另一极由电子转导化合物组成，如二氧化锰、银氧、碳素粉等在电解液中形成负极。电化学系统不同，会形成不同的电池电压，一般在 1.2-4V 之间。当电池连接到一外部载体时，电能从

2、该系统中输出，直到将储存的化学能全部转换为止。2、一次电池和充电电池有什么区别？电池部的电化学性决定了该类型的电池是否可充。根据它们的电化学成分和电极的结构可知，真正的可充电电池的部结构之间所发生的反应是可逆的。理论上，这种可逆性是不会受循环次数的影响，既然充放电会在电极的体积和结构上引起可逆的变化，那麽可充电电池的部设计必须支持这种变化，然而一次电池仅做一次放电，它的部结构简单的多且不需要支持这种变化，因此，不可以将一次电池进行充电，这种做法很危险也很不经济。如果需要反复使用，应选择循环次数在 500 次左右的充电电池，这种电池可成为二次电池或蓄电池。3、一次电池和二次电池还有其它的区别吗？

3、它们明显的区别就是能量容量和自放电率。一次电池能量密度远比二次电池高。但它们的负载能力相对要小。二次电池具有相对较高的负载能力，可充电电池 Li-ion,随着近几年的发展，具有高能量容量。不管何种一次电池的电化学系统属于哪种，所有的一次电池自放电率都很小。.4、可充电便携式电池的优缺点是什么？充电电池寿命较长，可循环 500 次以上，虽然价格比干电池贵，但经常使用是较划算的。充电电池的容量比同规格的碱锰电池或锌碳电池低。另一缺点是由于它们接近恒定的放电电压，很难预测放电何时结束。当放电结束时，电池电压会突然降低。假如在照相机上使用，电池突然放完电，就不得不终止。但另一方面可充电池能提供的容量比

4、大部分一次电池高。但 Li-ion 电池却可被广泛地用在照相器材中，因为它容量高，能量密度大，以用随放电深度的增加而逐渐降低的放电电压。5、充电电池是怎样实现他的能量转换？每种电池都具有电化学转换的能力，即将储存的化学能直接转换成电能。就二次电池（也叫蓄电池）而言（另一术语也称充电便携式电池），在放电过程中，是将化学能转换成电能；而在充电过程中，又将电能重新转换成化学能。这样的过程根据电化学系统不同，一般可充放电 500 次以上。Li-ion 是一种新型的可充电便携式电池。额定电压为 3.6V,放电电压会随放电的深度而逐渐衰退,不像其它充电电池一样,在放电末,电压突然降低。6、什么是 Li-i

5、on 电池？Li-ion 是锂电池发展而来。所以在介绍 Li-ion 之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是锂金属。负极材料是碳材。按照大家习惯上的命名规律，我们称这种电池为锂电池。Li-ion 的正极材料是氧化锂钴，负极材料是碳材。电池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程，为了区别传统意义上的锂电池，所以人们称之为锂离子电池(Li-ion battery)。7、Li-ion 电池的工作原理是什么？工作原理即充放电原理。Li-ion 的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生电，生成的

6、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。我们通常所说的电池容量指的就是放电的容量。在 Li-ion 的充放电过程中，锂离子处于从正极负极正极的运动状态。Li-ion 就象一把摇椅，摇椅的两端为电的池的两极，而锂电离子就象运动员一样在摇椅两端来回奔跑。所以，Li-ion 又叫摇椅式电池。8、Li-ion 电池的主要结构是怎样的？主要有以下几部分组成：1）电池上下盖 2）正极

7、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（分为钢壳和铝壳两种）9、Li-ion 电池有哪些优点？哪些缺点？Li-ion 具有以下优点：1）单体电池的工作电压高达 3.6-3.8V;2）比能量大。目前能达到的实际比能量为 100-115W.h/kg 和 240-253 W.h/L（2 倍于 NI-Cd，1.5 倍于 Ni-MH），未来随着技术发展，比能量可高达 150W.h/kg 和 400 W.h/L 3）循环寿命长。一般均可达到 500 次以上，甚至 10000 次。对于小电流放电的电器，电池的使用期限将倍增电器具竞争力。4）安全性能好，

8、无公害，无记忆效应。作为 Li-ion 中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素；部分工艺（如烧结式）的 NI-Cd 电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚.电池的使用，但 Li-ion 根本不存在这方面的问题。5）自放电小 室温下充满电的 Li-ion 储存 1 个月后的自放电率为 8%左右，大大低于 NI-Cd 的 25-30%，Ni、MH 的 30-35%。Li-ion 也存在着一定的缺点，如：1）电池成本较高。主要表现在 LiCoO2的价格高（Co 的资源较少），解质体系提纯困难。2）不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因，电池阻相对其它电类电池大，故要求较小的放电电流密度，一般放电

9、电流在 0.5C 以下，只适合于中小电流的电器使用。3）需要保护线路控制。A、过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命脉；同时过充电使电解液分解，部压力过高而导致漏液等问题；故必须在4.1V-4.2V的恒压下充电；B、过放电保护：过放会导致活性物质的恢复困难，故也需要有保护线路控制。C、过流保护:当电池大电流放电时会损害电池,故须控制大电流放电 D、短路保护:当电池正负极短路时,瞬间产生大电流放电时会损害电池,故须在 电池短路后进行保护 10、锂离子制造过程有哪些？Li-ion 的工艺技术非常严格、复杂，这里只能简单介绍一下其中的几个主要工序。1）配料 用专门的溶剂和粘接剂分别与粉末状

10、的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。2）涂膜 将制成的浆料均匀的涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正负极极片。3）装配 按正极片隔膜负极片隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成电池极芯，.在经注入电解液、封口等工艺过程，既完成电池的装配过程，制成成品电池。4）化成 用专用的电池充电放电设备对成品电池进行放电测试，对每一只电池都有进行检测，箍选出合格的成品电池，待出厂。11、锂电子的安全特效性是如何实现的？为了确保 Li-ion 安全可靠的使用，专家们进行了非常严格、周密的电池安全性能设计，以达到电池安全考核指标。1）隔膜 135自动关断保护。一般采用国际先进的 PE-PP

11、-PE 三层复合膜。在电池升温达到 120的情况下，PE 复合膜两侧的膜孔闭合，电池阻增大，电池部升温减缓，电池升温达到 135时，PP 膜孔闭合，电池部断路，电池不再升温，确保电池安全可靠。2）向电解液中加入添加剂。在电池过充，电池电压高于 4.2V 的条件下,电解液添加剂中其它物质聚合,电池阻大幅增加,电池部形成大面积断路,电池不再升温.3）电池盖复合结构 电池盖采用刻痕防爆球结构，电池升温时，电池部法活化过程中所产生的部分气体膨胀，电池压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。4）各种环境滥用测试 进行各项滥用实验，如外部短路、过充、针刺、冲击、焚烧等，考察电池的安全性能。同时地电池进行温

12、度冲击实验和振动、跌落、冲击等可靠性能实验，考察电池在实际使用环境下的性能情况。12、锂离子的充放电特性是什么？1、以 603450-1000mAh 特性资料为参考：.电流 2C 15C 1C 05C 充电时间 20-25min 30 min 60 min 110 min (以上 2C 及 1.5C 充电时对电池有损害)2、常温下放电率（放电到 2.75V）电流 3C 2C 1C 05C 02C 放电率 90%98%100%99%101%(以上 3C、2CT 放电时对电池有损害)3、循环寿命：恒流恒压，1C 充放电 500 次以上。500 次循环后容量剩余率在 60%以上。4、阻：500 次循

13、环中阻平均（以 20 只电池计算）阻上升 15m 左右。5、不同温度的相同倍率 1C 和 0.5C 放电特性：放电倍率 温度 1C 05C 02C-20 32%85%92%-10 78%89%96%0 93%98%97%25 101%102%102%60 100%100%100%6、储存性能 储存条件 储存结果 储存前容量（mAh）储存后容量（mAh）自 放 电（%）储 存 前 阻（m）储 存 后 阻（m）.100充电后，25储存28天 1056 1012 4.1 4 5 53 100充电后，60储存7 天 1065 959 10 4 5 56 13、什么是充电限制电压？额定容量？额定电压？终

14、止电压？a)充电限制电压按生产厂家规定，电池由恒流充电转入恒压充电时的电压值。一般为4.2V.b)额定容量生产厂家标明的电池容量，指电池在环境温度为 205条件下，以.0.2C放电至终止电压时所应提供的容量，单位为mAh（毫安小时）或Ah（安培小时）。c)标称电压用以表示电池电压的近似值。一般为3.6V.d)终止电压规定放电终止时电池的负载电压，其值为n*2.75V（锂离子单体电池的串联只数用“n”表示）。14、为什么恒压充电电流会逐渐减少？因为恒流过程终止时，电池部的电化学极化仍然保持在整个恒流中相同的水平，恒压过程中，在恒定电场作用下，部 Li+的浓差极化在逐步消除，离子的迁移数和速度表现

15、为电流的逐渐减少。15、什么是电池的容量？电池的容量有额定容量和实际容量之分。电池的额定容量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量。Li-ion 规定电池在常温、恒流（1C）恒压（4.2V）控制的条件下充电 3h，再以 0.2C 放电至 2.75V 时所放出的电量为其额定容量。电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。容量常见单位有：mAh、Ah（1Ah=1000mAh）。.16、什么是电池的阻？指电池在工作时，电流流过电池部所受到的阻力。有欧姆阻与极化阻两部分组成。电池阻

16、值大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等工艺的影响。是衡量电池性能的一个重要参数。注：一般以充电态阻为标准。测量电池的阻需用专用阻仪测量，而不能用万用表欧姆档测量。17、什么是开路电压？指电池在非工作状态下即电路中无电流流过时，电池正负极之间的电势差。一般情况下，Li-ion 充满电后开路电压为 4.14.2V 左右，放电后开路电压为 3.0V 左右。通过电池的开路电压，可以判断电池的荷电状态。18、什么是工作电压？工作电压又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池部时，不

17、需克服电池的阻所造成的阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。Li-ion 的放电工作电压在 3.6V 左右。19、什么是放电平台？放电平台是恒压充到电压为 4.2V 且充电电流小于 0.01C 时停止充电，搁置 10 分钟，在任何倍率的放电电流下放电至 3.6V 时的放电时间。是衡量电池性能的一项重要标准。20、什么是（充放电）倍率？时率？指电池在规定的时间放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母 C 表示。如电池的标称额定容量为 600mAh，则 600mAh 为 1C（1 倍率），300mAh 则为 0.5C，6A（6000mAh）为 10

18、C，以次类推。时率又称小时率，是指电池以一定的电流放完其额定容量所需要的小时数。如电池的额定容量为 600mAh，以 600mAh 的电流放完其额定容量需1 小时，故称 600mAh 的电流为 1 小时率，以次类推。.21、什么是自放电率？又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定的条件下的保持能力。主要受电池的制造工艺、材料、储存条件等因素的影响。是衡量电池的重要参数。注：电池 100充满电开路搁置后，一定程度的自放电正常现象。在 GB 标准规定 Li-ion 后在 202条件下开路搁置 28 天，可允许电池有容量损失 15%。22、什么是压？指电池的部气压，是密封电池在

19、充放电过程中产生的气体所致，主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池部水分及有机溶剂分解产生的气体于电池聚集所致。另外高倍率的连续过充，会导致电池温度升高、电压增大，严重时对电池的性能及外观产生破坏性影响，如漏夜、鼓底、电池阻增大、放电时间及循环寿命变短等。Li-ion 任何形式的过充都会导致电池性能受到严重破坏，甚至爆炸。故 Li-ion 在充电过程中需采用恒流恒压充电方式，避免对电池产生过充。23、为什么电池要储存一段时间后才能包装出货？电池的储存性能是衡量电池综合性能稳定程度的一个重要参数。电池经过一定时间的储存后，允许电池的容量及阻有一定程度的变化。经过

20、了一段时间的储存，可以让部各成分的电化学性能稳定下来，可以了解该电池的自放电性能的大小，以保证电池的品质。24、为什么要化成？电池制造后，通过一定的充放电方式将其部正负极活性物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成。电池只有经过化成后才能体现真实性能。25、什么是分容？电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电池按容量分类的过程称为分容。26、什么是压降？.电池按定性充电至 80以上，测量其电池空载电压。5W1/2W 电池作为负载连接电池正负极端开关作为电池的断路，通路的装置进行串联。打开开关后 5 秒，电池电压下

21、降不大于0.4V 为合格，主要为测试电池负载性能。27、什么是静态阻？即放电时电池阻。28、什么是动态阻？即充电时电池阻。29、什么是电池的负载能力？当电池的正负极两端连接在用电器上时，带动用电器工作时的输出功率，即为电池的负载能力。30、什么是充电效率？什么是放电效率？充电效率是指电池在充到过程中所消耗的电能转化成电池所能储存的化学能程度的量度。主要受电池工艺，配方及电池的工作环境温度影响，一般环境温度越高，则充电效率越低。放电效率是指在一定的放电条件下放电至终点电压所放出的实际电量与电池的额定容量之比，主要受放电倍率、环境温度、阻等因素影响，一般情况下，放电倍率越高，则放电效率越低。温度越

22、低，放电效率越低。31、目前常见的各种可充电电池之间有什么区别？目前镍镉、镍氢、锂离子充电电池大量应用于各种便携试用电设备（如笔记本电脑、摄像机和移动等）中，每种充电电池都具有自己独特的化学性质。镍镉和镍氢电池之间主要差别在于：镍氢电池能量密度比较高。与相同型号电池对比，镍氢电池容量是镍镉电池容量的二倍，这意味着在不为用电设备增加额外重量时，使用镍氢电池能大大延长设备工作时间。镍氢电池另一优点是：大大减少了镍镉电池中存在的“记忆效应”问题，从而使得镍氢电池.可更方便地使用。镍氢电池比镍镉电池更环保，因为它部没有有毒重金属元素。Li-ion 也已经快速成为便携设备的标准电源，Li-ion 能提供

23、和镍氢电池一样的能量，但在重量方面则可减少大约 35%，这对于象摄像机和笔计本辶类的用电设备来说是至关重要的。Li-ion 完全没有“记忆效应”和不含有毒的优点也是使它成为标准电源的重要因素。32、Ni-CdNi-MHLi-ion 各技术参数比较 电池类型 项目 镍镉充电电池 镍氢充电电池 镍离子充电电池 工作电压 12 12 36 重量比能量 50 65 105-140 体积比能量 150 200 300 充放电寿命 500 500 1000 自放电率（%月）25-30 30-35 6-9 有列记忆效应 有 无 无 有无污染 有 无 无 注：充电电池率均为 1C 33、目前在使用和研究的“绿

24、色电池“中有那些？新型绿色电池是指近年来已经投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染的电池。目前已经有大量使用的锂离子蓄电池、金属氢化物镍蓄电池和正在推广的使用的无汞碱性锌锰电池以及正在研制的锂或锂离子朔料蓄电池、燃料电池、电化学储能超级电池的畴。此外，目前已有人广泛应用的里利用太阳能进行交电转换的太阳电池。34、什么电池将会主宰市场？随着照相机，移动和无绳，笔计本电脑、带图象、声音的多媒体设备在家电器中占据越来越重要的位置，与一次电池相比较，二次电池既充电电池也大量的运用到这些领域中。而.二次充电电池将向体积小，特别是用在照相机，无绳，移动和笔计本电脑中。36、将来还会有哪些新便携式能量？

25、没有任何取代物可以象电池一样储存并提供能量，电池将继续成为移动设备最重要的能源，既使是利用太阳能也一样通过太阳能电池。没有其它的能源系统角电池哪样方便。例如，手表可以不用电池，而通过动能提供能量来取代电池，但是，如果手腕不动时，手表也就会停止工作了。37、将来会不会有一种电池可以全面满足人们的须求？每种电池都有它的特别的用途，比其他电池能更好的满足特别的要求，它们各有自己的特点，有的价格便宜，有的容量高，有的比能量大，有的寿星长，有的能使用在高或低温下工作，有的无污染等，能集各类型的电池的各优点于一身的电池是不可能得到的。38、Li-ion 铝壳和钢壳电池比较它的优点有哪些？同型号的铝壳电池重

26、量较钢壳轻，容量稍高。39、电池常规标示符号。电池的型号规格如下图所示：XX 633048 A 700 T （1）表示生产商（2）表示为电池的型号规格，即：厚 6.3mm*宽 3.0mm*高 48mm（3）表示外壳为铝壳电池，以区别与常规的钢壳电池。（4）为额定容量，单位为 mAh（5）表示锂电（英文 thin 的第一个字母的大写）40、如何计算 Li-ion 电池的放电容量？.电池在不同温度下的放电容量均可根据该电池的放电时间（H）和放电容量（I）来计算的公式位：C（mAh）=(mA*T(h).例如，一只 383555/额定容量为 500mAH 的电池在常温下用恒流 0.5C5A 放电，由

27、4.2V 放电至 2.75V 时所持续的时间为 125min，利用以上的公式算它的放电容量（C）应是：放电电流 I(250MA)*放电时间 125/60（h）=520mAh,由此得出该电池的放电容量为 520mAh。41、为什么手机电池块待机时间在 3 天以上？厂家在测试电池的充放电性能时，电池处于连续放电的状态，如 0.5C 放电至 2.75V 时，放电时间为 120min，当消费者在使用手机的过程中，只有在播出或接进，才会有较大的电流（电流的大小随厂家的设计而各有不同）消耗电池的化学能。在开机但没有使用的情况下，虽然电路中也有对电池能量的消耗，但电流相对很小，所以0.5C 下 120 min 的放电时间分批分期的使用，品质较好的电池可能会出现待机 3 天，甚至 5 天时间的情况。二、电池块部分 42、Li-ion 块有哪些器件组成？一般的成品锂离子电池块有塑料外壳（上下盖）、一节 Li-ion、一块保护 PCB 板和一块可恢复保险丝（polyswitch）组成，某些型号的手机电池块还装有振动马达、Li-ion 充电电路等。