鋰離子電池基本知識(shí)

1、鋰離子電池基本知識(shí)1、 什么是Li-ion電池？Li-ion是鋰電池發(fā)展而來(lái)。所以在介紹Li-ion之前，先介紹鋰電池。舉例來(lái)講，以前照相機(jī)里用的扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是鋰金屬，負(fù)極是碳。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)（即我們使用電池的過(guò)程），嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出， 又運(yùn)動(dòng)回正極?；卣龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。在Li-ion的充放電過(guò)程中，鋰離子處

2、于從正極負(fù)極正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。Li-ion就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運(yùn)動(dòng)員一樣在搖椅來(lái)回奔跑。所以Li-ion又叫搖椅式電池。2、Li-ion電池有哪幾部分組成？（1）電池上下蓋 （2）正極活性物質(zhì)為氧化鋰鈷 （3）隔膜一種特殊的復(fù)合膜（4）負(fù)極活性物質(zhì)為碳 （5）有機(jī)電解液 （6）電池殼（分為鋼殼和鋁殼兩種）3、Li-ion電池有哪些優(yōu)點(diǎn)？哪些缺點(diǎn)？Li-ion具有以下優(yōu)點(diǎn)：1） 單體電池的工作電壓高達(dá)3.6-3.8V：2） 比能量大，目前能達(dá)到的實(shí)際比能量為100-115Wh/kg和240-253Wh/L（2倍于Nl-Cd，1.5倍于Ni-MH）,未來(lái)隨著技術(shù)發(fā)展,比

3、能量可高達(dá)150Wh/kg和400 Wh/L3） 循環(huán)壽命長(zhǎng),一般均可達(dá)到500次以上,甚至1000次.對(duì)于小電流放電的電器,電池的使用期限 將倍增電器的競(jìng)爭(zhēng)力.4） 安全性能好,無(wú)公害,無(wú)記憶效應(yīng).作為L(zhǎng)i-ion前身的鋰電池,因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路,縮減了其應(yīng)用領(lǐng)域：Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對(duì)環(huán)境有污染的元素：部分工藝（如燒結(jié)式）的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應(yīng)”，嚴(yán)重束縛電池的使用，但Li-ion根本不存在這方面的問(wèn)題。5） 自放電小室溫下充滿電的Li-ion儲(chǔ)存1個(gè)月后的自放電率為10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。Li-ion也

4、存在著一定的缺點(diǎn)，如：1） 電池成本較高。主要表現(xiàn)在LiCoO2的價(jià)格高（Co的資源較小），電解質(zhì)體系提純困難。2） 不能大電流放電。由于有機(jī)電解質(zhì)體系等原因，電池內(nèi)阻相對(duì)其他類電池大。故要求較小的放電電流密度，一般放電電流在0.5C以下，只適合于中小電流的電器使用。3） 需要保護(hù)線路控制。A、 過(guò)充保護(hù)：電池過(guò)充將破壞正極結(jié)構(gòu)而影響性能和壽命；同時(shí)過(guò)充電使電解液分解，內(nèi)部壓力過(guò)高而導(dǎo)致漏液等問(wèn)題；故必須在4.1V-4.2V的恒壓下充電；B、 過(guò)放保護(hù)：過(guò)放會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)的恢復(fù)困難，故也需要有保護(hù)線路控制。4、什么是鋰離子制造過(guò)程？1） 配料用專門的溶液和粘接劑分別與粉末狀的正負(fù)極活性物質(zhì)混合

5、，經(jīng)高速攪拌均勻后，制成漿狀的正負(fù)極物質(zhì)。2） 涂漠將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面，烘干，分別制成正負(fù)極極片。3） 裝配按正極片隔膜負(fù)極片隔膜自上而下的 順序放好，經(jīng)卷繞制成電池極芯，在經(jīng)注入電解液、封口等工藝過(guò)程，即完成電池裝配過(guò)程。制成成品電池。4） 化成 用專用的電池充放電設(shè)備對(duì)成品電池進(jìn)行充放電測(cè)試，對(duì)每一只電池都進(jìn)行檢測(cè)。篩選出合格的成品電池，待出廠。5、鋰離子安全特性是如何實(shí)現(xiàn)的？為了確保Li-ion安全可靠的使用，專家們進(jìn)行了非常嚴(yán)格、周密的電池安全性能設(shè)計(jì)，以達(dá)到電池安全考核指標(biāo)。1） 隔膜135自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)采用國(guó)際先進(jìn)的Celgars2300PE-PP-PE三層復(fù)合膜。

6、在電池升溫達(dá)到120的情況下，PE復(fù)合膜兩側(cè)的膜孔閉合，電池內(nèi)阻增大，電池內(nèi)部升溫減緩，電池升溫達(dá)到135時(shí)，PP膜孔閉合，電池內(nèi)部斷路，電池不再升溫，確保電池安全可靠。2） 向電解液中加入添加劑在電池過(guò)充，電池電壓高于4.2V的條件下，電解液添加劑與電解液中其他物質(zhì)聚合，電池內(nèi)阻大幅度增加，電池內(nèi)部形成大面積斷路，電池不再升溫。3） 電池蓋復(fù)合結(jié)構(gòu)電池蓋采用刻痕防爆球結(jié)構(gòu)，電池升溫時(shí)，電池內(nèi)部活化過(guò)程中所產(chǎn)生的部分氣體膨脹，電池內(nèi)壓加大，壓力達(dá)到一定程度刻痕破裂、放氣。4） 各種環(huán)境濫用測(cè)試進(jìn)行各項(xiàng)濫用實(shí)驗(yàn)，如外部短路、過(guò)充、針刺、沖擊、焚燒等，考察電池安全性能。同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行溫度沖擊實(shí)驗(yàn)和

7、振動(dòng)、跌落、沖擊等力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，考察電池在實(shí)際使用環(huán)境焉的性能情況。6、什么充電限制電壓？額定容量？額定電壓？終止電壓？A、充電限制電壓按生產(chǎn)廠家規(guī)定，電池由恒流充電轉(zhuǎn)入恒壓充電時(shí)的電壓值。B、 額定容量生產(chǎn)廠家標(biāo)明的電池容量，指電池在環(huán)境溫度為20±5條件下，以5h率放電至終止電壓時(shí)所應(yīng)提供的電量，用C5表示，單位為Ah（安培小時(shí)）或mAh（毫安小時(shí)）。C、 標(biāo)稱電壓用以表示電池電壓的近似值。D、 終止電壓規(guī)定放電終止時(shí)電池的負(fù)載電壓，其值為n*2.75V(鋰離子單體電池的串聯(lián)只數(shù)用“n”表示)。7、為什么恒壓充電電流為逐漸減少？因?yàn)楹懔鬟^(guò)程終止時(shí)，電池內(nèi)部的電化學(xué)極化然保持再整個(gè)

8、恒流中相同的水平，恒壓過(guò)程，再恒定電場(chǎng)作用下，內(nèi)部Li+的濃差極化在逐漸消除，離子的遷移數(shù)和速度表現(xiàn)為電流逐漸減少。8、什么是電池的容量？電池的容量有額定容量和實(shí)際容量之分。電池的額定量是指設(shè)計(jì)與制造電池時(shí)規(guī)定或保證電池在一定的放電條件下，應(yīng)該放出最低限度的電量。Li-ion規(guī)定電池在常溫、恒流（1C）恒壓（4.2V）控制的充電條件下充電3h，電池的實(shí)際容量是指電池在一定的放電條件下所放出的實(shí)際電量，主要受放電倍率和溫度的影響（故嚴(yán)格來(lái)講，電池容量應(yīng)指明充放電條件）。容量常見(jiàn)單位有：mAh、Ah=1000mAh）。9、什么是電池內(nèi)阻？是指電池在工作時(shí)，電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力。有歐姆內(nèi)阻與

9、極化內(nèi)阻兩部分組成。電池內(nèi)阻大，會(huì)導(dǎo)致電池放電工作電壓降低，放電時(shí)間縮短。內(nèi)阻大小主要受電池的材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素的影響。是衡量電池性能的一個(gè)重要參數(shù)。注：一般以充電態(tài)內(nèi)阻為標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量電池的內(nèi)阻需用專用內(nèi)阻儀測(cè)量，而不能用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)量。10、什么是開(kāi)路電壓？是指電池在非工作狀態(tài)下即電路無(wú)電流流過(guò)時(shí)，電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。一般情況下，Li-ion充滿電后開(kāi)路電壓為4.1-4.2V左右，放電后開(kāi)壓為3.0V左右，通過(guò)電池的開(kāi)路電壓，可以判斷電池的荷電狀態(tài)。11、什么是工作電壓？又稱端電壓，是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流過(guò)時(shí)電池正負(fù)極之間電勢(shì)差。在電池放電工作狀態(tài)下，當(dāng)電流流過(guò)電

10、池內(nèi)部時(shí)，不需克服電池的內(nèi)阻所造成阻力，故工作電壓總是低于開(kāi)路電池，充電時(shí)則與之相反。Li-ion的放電工作電壓在3.6V左右。12、什么是放電平臺(tái)？放電平臺(tái)是恒壓充到電壓為4.2V并且電電流小于0.01C時(shí)停充電，然后擱置10分鐘，在任何們率的放電電流下放電至3.6V時(shí)的放電時(shí)間。是衡量電池好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。13、什么是（充放電）倍率？時(shí)率？是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)據(jù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)，通常以字母C表示。如電池的標(biāo)稱額定容量為600mAh為1C（1倍率），300mAh則為0.5C,6A(600mAh)為10C.以此類推.時(shí)率又稱小時(shí)率,時(shí)指電池以一定

11、的電流放完其額定容量所需要的小時(shí)數(shù).如電池的額定容量為600mAh,以600mAh的電流放完其額定容量需1小時(shí),故稱600mAh的電流為1小時(shí)率,以此類推.14、什么是自放電率？又稱荷電保持能力，是指電池在開(kāi)路狀態(tài)下，電池所儲(chǔ)存的電量在一定條件下的保持能力。主要受電池制造工藝、材料、儲(chǔ)存條件等因素影響。是衡量電池性能的重要參數(shù)。注：電池100%充電開(kāi)路擱置后，一定程度的自放電正常現(xiàn)象。在GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定LI-ion后在20±2條件下開(kāi)條件下開(kāi)路擱置28天?？稍试S電池有容量損失。15、什么是內(nèi)壓？指電池的內(nèi)部氣壓，是密封電池在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體所致，主要受電池材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素影響。其產(chǎn)生原因主要是由于電池內(nèi)部水分及有機(jī)溶液分解產(chǎn)生的氣體于電池內(nèi)聚集所致。高倍率的連續(xù)過(guò)充，會(huì)導(dǎo)致電池溫度升高、內(nèi)壓增大，嚴(yán)重時(shí)對(duì)電池的性能及外觀產(chǎn)生破壞性影響，如漏液、鼓底，電池內(nèi)阻增大，放電時(shí)間及循環(huán)壽命變短等。Li-ion任何形式的過(guò)以都會(huì)導(dǎo)致電池性能受到嚴(yán)重破