鋰電池基礎(chǔ)知識

鋰離子電池基礎(chǔ)知識

河南環(huán)宇鋰電事業(yè)部

電池術(shù)語開路電壓：電池開路時，正負極之間的電位差叫開路電壓標稱電壓：為標明電池或電池組電壓所取的電壓近似值。電池的內(nèi)阻：電流通過電池內(nèi)部所受到的阻力叫電池內(nèi)阻。電池內(nèi)阻包括歐姆電阻和極化電阻。電池的容量：電池的容量是指在一定放電制度下，電池所能給出的電量，其單位為安培小時，簡稱安時，亦可用毫安時表示。（mAh、Ah=1000mAh）。計算方法：放電電流（mA或A）*放電時間（小時）電池的容量可分為：可分為理論容量、標稱容量、設(shè)計容量、額定容量和實際容量。放電平臺：放電平臺是電池完全充電后，在任何倍率的放電電流下下放電至一定電壓（一般3.6V）時的放電時間。是衡量電池好壞的重要標準。自放電率：又稱荷電保持能力，是指電池在開路狀態(tài)下，電池所儲存的電量在一定條件下的保持能力。放電倍率：放電倍率是以放電電流強度在數(shù)值上等于該電池額定容量的倍數(shù)來表示的放電速率，單位為倍率。通常以字母ItA或C表示。如電池的標稱額定容量為600mAh時，600mA為1C（1倍率），300mAh則為0.5C,6A(600mAh)為10C.以此類推.放電電流=放電倍率*額定容量充電終止電壓：電池充電所允許的最高電壓叫充電終止電壓。放電終止電壓：電池放電時，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓稱為放電終止電壓。電池短路：電池短路可分內(nèi)部短路和外部短路，電池內(nèi)部兩電極間形成的電子導(dǎo)電，稱為電池短路或叫電池內(nèi)部短路。電池內(nèi)部短路往往導(dǎo)致電池的報廢。電池外部短路：電池正負極集流端子之間的負載電阻與電池內(nèi)阻相比可忽略不計，這種情況叫電池外部短路。電池種類劃分一次電池小型二次電池：鎳鎘、鎳氫、鋰離子等鉛酸電池動力二次電池：鎳鎘、鎳氫、鋰離子等燃料電池太陽能電池-地面光伏發(fā)電其他新型電池一、鋰離子電池的分類通信及便攜式工具用鋰離子電池動力圓柱鋰離子電池鋰離子聚合物電池鋰離子聚合物動力電池二、鋰離子電池的組成1、電池蓋、極耳2、正極—活性物質(zhì)為氧化鈷鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元材料、磷酸鐵鋰等3、負極—活性物質(zhì)為碳4、隔膜—一種特殊的復(fù)合膜5、有機電解液、凝膠電解液6、電池殼、鋁塑包裝膜1、鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖2、鋰聚合物結(jié)構(gòu)圖三、鋰離子電池的工作原理

鋰離子電池的正極材料是含鋰的金屬氧化物構(gòu)成，負極一般是碳。當電池充電時，電池正極上的鋰離子，經(jīng)過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達負極的鋰離子嵌入到碳層中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極?；氐秸龢O的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。在電池充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態(tài)。就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運動員一樣在搖椅來回奔跑。所以鋰離子電池又叫搖椅式電池。四、鋰離子電池的優(yōu)、缺點

優(yōu)點（1）工作電壓高

（2）比能量大

（3）循環(huán)壽命長

（4）自放電率低

（5）無記憶效應(yīng)

（6）無污染缺點（1）電池成本高—原材料價格高

（2）安全性差—有機電解液體系應(yīng)用，電池的濫用都會引發(fā)電池安全問題

（3）為避免電池安全問題，電池應(yīng)用時必須加裝保護線路幾類二次電池的電性能和經(jīng)濟性能的分析項目鉛酸電池鎳鎘電池鎳氫電池鈷鋰電池錳鋰電池鐵鋰電池體積密度64wh/l75wh/l170wh/l320wh/l200wh/l180wh/l質(zhì)量密度27wh/kg50wh/kg70wh/kg150wh/kg110wh/kg90wh/kg循環(huán)壽命25010007506002501500自放電率5%/月20%/月30%/月5%/月10%/月5%/月安全性能很好很好較好較差較好很好低溫性能好很好較好較差較差差高溫性能較好很好好較差很差很好倍率放電好很好較好好好差環(huán)境污染嚴重污染嚴重無污染無污染無污染無污染五、通信及便攜式工具用鋰離子電池高能量密度

鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半,體積是鎳鎘的40-50%,鎳氫的20-30%。

高電壓

一個鋰離子電池單體的工作電壓為3.7V(平均值),相當于三個串聯(lián)的鎳鎘或鎳氫電池。無污染

鋰離子電池不含有諸如鎘,鉛,汞之類的有害金屬物質(zhì)。不含金屬鋰

鋰離子電池不含金屬鋰,因而不受飛機運輸關(guān)于禁止在客機攜帶鋰電池等規(guī)定的限制。循環(huán)壽命高

在正常條件下,鋰離子電池的充放電周期可超過500次。無記憶效應(yīng)

記憶效應(yīng)是指鎳鎘電池在充放電循環(huán)過程中,電池的容量減少的現(xiàn)象.鋰離子電池不存在這種效應(yīng)。

快速充電

使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器可以使鋰離子電池在一至兩個小時內(nèi)得到滿充。六、鋰離子聚合物電池安全性能好：外包裝為鋁塑包裝，采用軟包裝技術(shù)，內(nèi)部質(zhì)量隱患可立即通過外包裝變形而顯示出來，一旦發(fā)生安全隱患，不會爆炸，只會鼓脹；超薄設(shè)計：適合各種超薄電器，而液態(tài)鋰離子電池在厚度做到3.6mm以下時存在技術(shù)瓶頸；重量輕：聚合物鋰電比同等規(guī)格的鋼殼液鋰輕40％，比鋁殼液鋰輕20％；容量大：聚合物比同等規(guī)格的鋼殼液鋰容量高10-15％，比鋁殼液鋰容量高5-10％；內(nèi)阻?。耗壳拔宜镜漠a(chǎn)品內(nèi)阻能夠作到35mΩ以下，使電池容量能夠更大發(fā)揮，相同的容量，在有的設(shè)計中，會因內(nèi)阻大小不同，使用時間相差20-50%；放電特性佳：聚合物鋰電采用膠態(tài)電解質(zhì)，具有更平穩(wěn)的放電特性和更高的放電平臺。七、動力圓柱鋰離子電池

動力型18650鋰離子電池(1200MAH),通過選用特殊的正極磷酸鐵鋰以及高導(dǎo)電的電解液，通過調(diào)整電池結(jié)構(gòu)，可以在10倍率條件下高倍率使用,專用于電動工具或其它需大倍率放電器具。

根據(jù)UL，CE等安全認證標準，我們做了沖撞、過充、短路、釘穿及130℃高溫沖擊實驗，甚至在一些不當使用條件下，電池均能安全使用。

動力鋰離子圓柱電池不同倍率放電情況

0.5C1C5C7C10C1#134113511353133912552#128012861285126211951#1C/0.5C=100.7%5C/0.5C=100.9%7C/0.5C=99.9%10C/0.5C=93.1%2#1C/0.5C=100.5%5C/0.5C=100.4%7C/0.5C=98.6%10C/0.5C=93.4%八、鋰離子聚合物動力電池特點磷酸鐵鋰以鐵、磷為原料，其來源豐富,價格低廉,被認為是動力鋰離子電池首選正極材料磷酸鐵鋰放電平臺3.2~3.3V,低于鈷酸鋰、錳酸鋰3.6~3.7V，但其放電平臺更平穩(wěn)磷酸鐵鋰具有優(yōu)良的大電流放電特性，可承受7C的連續(xù)放電及20C以上的瞬間放電。LiFePO4以其在價格、安全性、熱穩(wěn)定性及大倍率放電性等方面的特性，決定了其在動力用鋰離子電池領(lǐng)域有著無法比擬的優(yōu)勢，有著極大的市場空間?？煽康陌踩院呻姂B(tài)150℃高溫沖擊溫升數(shù)據(jù)圖3C10V過充電壓電流溫升曲線圖優(yōu)良的電性能0.5C充1C放循環(huán)壽命曲線圖不同倍率放電電壓圖九、鋰離子電芯的各項性能中華人民共和國國家標準《蜂窩電話用鋰離子電池總規(guī)范》解讀（GB/T18287-2000）1、額定容量：生產(chǎn)廠表明的電池容量，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所應(yīng)提供的電量，用C5表示，單位為Ah/mAh。2、標稱電壓：用以表示電池電壓的近似值。3、終止電壓：規(guī)定放電終止時電池的負載電壓，其值為n×2.75V。4、充電制式：電池可以采用下列制式之一進行充電A)在環(huán)境溫度20℃±5℃條件下，以0.2C5A充電，當電池端電壓達到充電限制電壓時，改為恒壓充電，直到充電電流小于或等于0.01C5A，最長充電時間不大于8h，停止充電。此充電制式為檢驗的仲裁充電制式。B)在環(huán)境溫度20℃±5℃條件下，以1C5A充電，當電池端電壓達到充電限制電壓時，改為恒壓充電，直到充電電流小于或等于0.01C5A，最長充電時間不大于8h，停止充電（以下說的充電如果沒有另外說明都按此二種充電制式規(guī)定）5、20℃放電性能：A）0.2C5A放電性能：電池充電后擱置0.5h-1h，在20℃±5℃的溫度下以0.2C5A電流放電到終止電壓，此試驗可以重復(fù)循環(huán)5次，當有一次循環(huán)的電池容量達到放電時間不低于5h時，試驗即可停止。B）1C5A放電性能：電池充電后擱置0.5h-1h，在20℃±5℃的溫度下以1C5A電流放電到終止電壓，電池的放電時間應(yīng)不低于51min。6、高溫性能：電池充電后放入55℃±2℃的高溫箱中恒溫2h，然后以1C5A電流放電至終止電壓，放電時間不低于51min，試驗結(jié)束后，將電池取出在環(huán)境溫度20℃±5℃的條件下擱置2h，然后目測電池外觀應(yīng)無變形，無爆裂。7、低溫性能：電池充電后放入-20℃±2℃的低溫箱中恒溫16h-24h后，以0.2C5A電流放電至終止電壓，放電時間應(yīng)不低于3h，試驗結(jié)束后，將電池取出在環(huán)境溫度20℃±5℃的條件下擱置2h，然后目測電池外觀應(yīng)無變形，無爆裂。對聚合物鋰離子電池，充電后放入-10℃±2℃的低溫箱中恒溫16h-24h后，以0.2C5A電流放電至終止電壓，放電時間應(yīng)不低于3.5h，試驗結(jié)束后，將電池取出在環(huán)境溫度20℃±5℃的條件下擱置2h，然后目測電池外觀應(yīng)無變形，無爆裂。8、荷電保持能力：電池充電后在環(huán)境溫度20℃±5℃條件下，將電池開路擱置28d，再以0.2C5A電流進行放電至終止電壓，放電時間應(yīng)不低于4.25h。9、循環(huán)壽命：在環(huán)境溫度20℃±5℃條件下，以1C5A充電，當電池端電壓達到充電限制電壓時，改為恒壓充電，直到充電電流小于或等于20mAh停止充電，擱置0.5h-1h，然后以1C5A電流放電至終止電壓，放電結(jié)束后，擱置0.5h-1h，再進行下一個充放電循環(huán)，直至連續(xù)兩次放電時間小于36min，則認為壽命終止，電池的循環(huán)壽命應(yīng)不低于300次。10、環(huán)境適應(yīng)性A）恒定濕熱性能：電池充電后放入40℃±2℃，相對濕度為90%-95%的恒溫恒濕箱中擱置48h后，將電池取出在環(huán)境溫度20℃±5℃的條件下擱置2h，然后目測電池外觀應(yīng)無明顯變形，銹蝕，冒煙或爆炸，再以1C5A電流放電至終止電壓，放電時間應(yīng)不低于36min，B）振動：電池充電結(jié)束后，將電池直接安裝或通過夾具安裝在振動臺的臺面上，按下面的振動頻率和對應(yīng)的振幅調(diào)整好試驗設(shè)備，X,Y,Z三個方向每個方向上從10Hz-55Hz循環(huán)掃頻振動30min，掃頻速率為？/min、振動頻率為：10Hz-30Hz位移幅值（單振幅）0.38mm或振動頻率：30Hz-55Hz位移幅值（單振幅）0.19mm,振動結(jié)束后電話外觀應(yīng)無明顯損傷、漏夜、冒煙、爆炸，電池電壓應(yīng)不低于3.6VC）碰撞：電池振動實驗結(jié)束后，將電池平均按X、Y、Z三個互相垂直軸向直接或通過夾具堅固在臺面上，按下述要求調(diào)好加速度、脈沖持續(xù)時間，進行碰撞試驗。脈沖峰值加速度：100m/s*s，每分鐘碰撞次數(shù)：40~80，脈沖持續(xù)時間：16ms，碰撞次數(shù)：

1000±10，碰撞結(jié)束后將電池自實驗臺取下，電池外觀無明顯損傷、漏夜、冒煙、爆炸，電池電壓應(yīng)不低于3.6V，

D）自由跌落：電池碰撞實驗結(jié)束后，將電池樣由高度（最低點高度）為1000mm的位置自由跌落到置于水泥地面上的18mm~20mm厚的硬木板上，從X、Y、Z正負方向（六個方向）每個方向自由跌落一次，結(jié)束后，將電池以1C5A電流放電至終止電壓，然后以1C5A進行充放電循環(huán)，至放電時間不低于51min，即可停止充放電循環(huán)，充放電循環(huán)次數(shù)應(yīng)不多于3次，電池應(yīng)不漏夜，不冒煙、不爆炸，能插入蜂窩電話，鎖扣可靠。11、安全保護性能：A）過充電保護：電池充電結(jié)束后，用恒流恒壓源持續(xù)給電池加載8h，恒流恒壓源電壓設(shè)定為2倍標稱電壓，電流設(shè)定為2C5A的外接電流，電池應(yīng)不爆炸、不起火、不冒煙或漏夜。B）過放電保護：電池在環(huán)境溫度為20℃±5℃的條件下，以0.2C5A放電至終止電壓后，外接30Ω負載放電24h，電池應(yīng)不爆炸、不起火、不冒煙或漏夜。C）短路保護：電池充電后將正負極用0.1Ω電阻器短路1h，電池應(yīng)不爆炸、不起火、不冒煙或漏夜。將正負極斷開，電池以1C5A電流瞬時充電5s后用電壓表測量電池電壓，電壓應(yīng)不小于3.6V。12、電池安全要求：電池充電后擱置24h，A）重物沖擊：電池放置于沖擊臺上，將10kg重錘自1m高度自由落下，沖擊已固定在夾具中的電池（電池的面積最大的面應(yīng)與臺面垂直），電池允許變形，但應(yīng)不起火，不爆炸。

B）熱沖擊：電池置于熱箱中，溫度以（5℃±2℃）/min的速率升至150℃±2℃并保溫30min，電池應(yīng)不起火、不爆炸。

C）過充電：本實驗應(yīng)在拆除電池外保護線路后進行，將接有熱電偶的電池置于通風櫥中，連接正負極于一恒流恒壓電源，調(diào)節(jié)電流至3C5A，電壓為10V，然后對對電池以3C5A充電，直到電池電壓為10V，電流降到接近到0A，試驗過程中監(jiān)視電池溫度變化，當電池溫度下降到比峰值低約10℃時，結(jié)束試驗，電池應(yīng)不起火、不爆炸。D）短路：本實驗應(yīng)在拆除電池外保護線路后進行，將接有熱電偶的電池置于通風櫥中,短路其正負極（線路總電阻不大于50mΩ），試驗過程中監(jiān)視電池溫度變化，當電池溫度下降到比峰值低約10℃時，結(jié)束試驗，電池應(yīng)不起火、不爆炸，電池的外部溫度不得高于150℃。13、貯存：進行貯存試驗的電池應(yīng)選自生產(chǎn)日期到試驗日期不足3個月的電池，電池貯存前應(yīng)給電池充入40%~50%的容量，然后在環(huán)境溫度20℃±5℃，相對濕度45%~85%的環(huán)境中貯存12個月，貯存期滿對電池充電后以0.2C5A電流進行放電至終止電壓，放電時間應(yīng)不小于4h.14、平臺：一般是指電芯充電后以1C5A電流從上限電壓放電至標稱電壓的時間

十、電池測試標準（簡要）本標準以《中華人民共和國國家標準》為基礎(chǔ)，結(jié)合客戶要求制定，適用于鋰離子電池的性能檢驗。1、常溫荷電保持能力測試電池在環(huán)境溫度20℃±5℃條件下，以1C/4.2V進行充電后（以下若沒有特別說明，皆按此充電制式），將電池開路貯存30天，后以0.5C放電至終止電壓2.75V。要求：a）自放電率<12％

b）容量恢復(fù)率>92％

c）開路電壓減小率<3％

d）內(nèi)阻增加率<25％2、常溫短路安全性能測試電池充電后，置于防爆玻璃罩中直接短路其正負極（線路總電阻不大于50毫歐），當電池溫度下降到比峰值約低10℃時試驗結(jié)束。要求：電池不漏液、不冒煙、不起火、不爆炸、防爆口未打開、最高溫度<130℃。3、過充安全性能測試電池在常溫下，以3C/4.7V進行充電，試驗結(jié)束后，要求：電池應(yīng)不漏液、不冒煙、不起火、不爆炸、防爆口未打開、最高溫度<130℃。4、循環(huán)壽命性能測試電池充電后，擱置5min,后以1C放電至下限電壓2.75V（磷酸鐵鋰電池下限2.0V）。然后接著進行下一個充放電循環(huán)，當連續(xù)兩次放電時間小于42min,循環(huán)結(jié)束。要求：循環(huán)結(jié)束前循環(huán)次數(shù)不低于300次或達到客戶要求。1C循環(huán)壽命曲線5、貯存性能測試電池充電后，在溫度20℃±5℃、相對濕度為45％～80％的環(huán)境下貯存。要求：貯存3個月的電池，重新充電后以0.2C進行放電，時間不小于4.5h；貯存6個月的，放電時間不小于4.25h；貯存12個月的，放電時間不小于4h。貯存6個月和12個月的在貯存期間分別按二、四、六及三、六、九、十二個月進行充放電循環(huán)。6、常溫放電性能測試電池充電后，分別以0.2C/0.5C/1C/2C/3C進行放電至下限電壓2.75V。要求：放電容量/標稱容量×100％A）0.2C放電時，大于等于100％B）0.5C，大于等于98％C）1C，大于95％D）2C，大于85％E）3C，大于65％。063048A/1C常溫放電常溫不同倍率放電曲線7、恒定濕熱性能測試電池充電后，置于溫度為40℃±5℃，相對濕度為95％的恒溫恒濕箱中，擱置168h，后取出電池在環(huán)境溫度20℃±5℃的條件下擱置2h，以1C放電至2.75V。要求：電池外觀無明顯變形、無銹蝕、不冒煙、防爆口未打開、不爆炸、擱置后放電容量/初始容量×100％>60％。8、跌落性能測試電池充電后，將電池樣品由高度（最低點高度）為1.83m的位置自由跌落到水泥地面上，要求六個面、四個棱各跌落一次，共跌落10次，后以1C放電至2.75V，后以1C充放電循環(huán)3次。要求：電池不漏液、不冒煙、不起火、不爆炸，放電時間不少于51min。9、不同溫度下的放電性能測試電池充電后，分別在60℃條件下恒溫擱置3h、0℃/-10℃/-20℃擱置20h，后以0.5C放電至終止電壓。要求：電池不漏液、不冒煙、不爆炸、不起火。擱置后放電容量/額定容量×100％a)60℃時，大于等于90％；b)0℃時,大于85％；c)-10℃時，大于70％；d)-20℃時，大于60％。053048/25度放電曲線053048/60度放電曲線053048/0度放電曲線053048/-10度放電曲線053048/-20度放電曲線063048/25度放電曲線不同溫度不同倍率放電曲線10、放電平臺性能測試電池充電后，以1C進行放電至3.6V，循環(huán)50次（如有新產(chǎn)品或特別要求，循環(huán)300次）。要求：放電平臺時間不少于40Min(29Min)11、針刺安全性能測試電池充電后，放在支座上，并與熱電偶相連，然后用直徑為3mm的鐵釘快速刺穿電池，并迅速離開現(xiàn)場，觀察電池及溫度變化。要求：電池不冒煙、不起火、不爆炸、防爆口未打開、最高溫度小于130℃。12、過放安全性能測試電池充電后，以1C進行放電至2.75V，后用10歐姆的電阻將電池正負極相連，并常溫擱置2星期，記錄電壓、內(nèi)阻及厚度。后對電池以1C/4.2V進行3次充放電循環(huán)。要求：電池不漏液、不冒煙、不起火、不爆炸、重新充電后放電容量/額定容量×100％大于60％。13、沖擊安全性能測試電池充電后，放在平面上，將一直徑為15.8mm的棒放在樣品中心，讓重量9.1kg的重物從610mm高度落到試樣上。要求：電池不漏液、不冒煙、不起火、不爆炸、防爆口未打開。14、高溫短路安全性能測試電池充電后，進行正負極點焊外接極耳，置于60℃防爆箱中，并引出正負極接線，放置3h后直接短路其正負極（線路總電阻不大于50毫歐），試驗過程監(jiān)視電池溫度變化，當電池溫度下降到比峰值約低10℃時，結(jié)束試驗。要求：電池不漏液、不冒煙、不起火、不爆炸、防爆口未打開、最高溫度小于130℃。15、熱循環(huán)性能測試電池充電后，在環(huán)境溫度為75℃的條件下開路放置48h，后在-20℃條件下開路放置6h，后在室溫條件下開路放置24h，然后0.5C進行放電至2.75V。充電后以0.5C放電（連續(xù)3次循環(huán)）。要求：電池不漏液、不冒煙、不起火、不爆炸、防爆口未打開、容量恢復(fù)率（恢復(fù)容量/初始容量×100％）大于80％。16、高溫荷電保持能力測試電池充電后，放置于60℃的恒溫恒濕箱中擱置7天，再將電池取出在室溫下擱置2h，后以1C進行放電至2.75V，后充電再以1C放電。要求：a)自放電率<30％

b)容量恢復(fù)率>80％

c)開路電壓減小率5％

d)內(nèi)阻增加率<55％17、壓縮安全性能測試電池充電后，放置于兩鐵制模具中，用13KN的壓力進行壓縮。要求：電池不冒煙、不起火、不爆炸、防爆口未打開。18、振動環(huán)境適應(yīng)性能測試電池充電后，安裝在振動臺面上，按下面的振動頻率和對應(yīng)的振幅調(diào)整好試驗設(shè)備,X、Y、Z三個方向每個方向上從10Hz～55Hz循環(huán)掃頻振動30min，掃頻速率為1oct/min：a)振動頻率：10Hz～30Hz

位移幅值（單振幅）：0.38mmb)振動頻率：30Hz～55Hz

位移幅值（單振幅）：0.19mm。要求：電池外觀無明顯損傷、不漏液、不冒煙、不爆炸、電池電壓不小于n*3.6V（n表示串聯(lián)電池個數(shù)）。19、熱沖擊安全性能測試電池充電后，放置于熱箱中，溫度以（5℃±2℃）/min的速率升至150℃±2℃并保溫10min。要求：電池不漏液、不起火、不爆炸。十、鋰離子電池應(yīng)用相關(guān)知識關(guān)于鋰電保護線路鋰離子電池的串并聯(lián)使用使用鋰離子電池的便攜式電源使用磷酸鐵鋰動力鋰離子聚合物電池的電動車電池包關(guān)于鋰電保護線路根據(jù)鋰離子電池的化學(xué)特性，在正常使用過程中，其內(nèi)部進行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正常反應(yīng)，但在某些條件下，如對其過充電、過放電和過電流將會導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)非正常反應(yīng),該反應(yīng)加劇后，會嚴重影響電池的性能與使用壽命，并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導(dǎo)致安全問題，因此所有的鋰離子電池都需要一個保護電路，用于對電池的充、放電狀態(tài)進行有效監(jiān)測，并在某些條件下關(guān)斷充、放電回路以防止對電池發(fā)生損害。

鋰離子保護線路全解剖

┏━━Fuse━━━━━┳━━━━━━━━━┫電池正極

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┏┻┓┃保護IC┃

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┃┃┃┗━━┳┛┏━━┫標識電阻

┃鋰離子┃┃┃┃

┃電芯┃┃┃R2

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┗━┳━┛┃┻Mosfet

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┗━━━━━━━┻━━┻┛┗━━━┻━━┫電池負極

一般用戶接觸到手機鋰離子電池,在外面看到的除了電池外殼,還有就是幾個五金觸片了,如圖中“電池正極,電池負極”就是的電池正負極輸出。而實際真正供電的源泉是電池塑料殼里面的鋰離子電池芯,但是由于鋰離子電芯的“嬌嫩”的特性,比如過充和過放,大電流放電,短路等非常規(guī)動作都會對鋰離子電芯造成極大的傷害.所以保護線路的功能就是在上述非常規(guī)動作發(fā)生時及時的切斷回路。保護鋰離子電芯，而這些保護動作就是圖中的保護IC來判斷,由它來控制一對Mosfet場效應(yīng)管來導(dǎo)通和切斷主供電回路,對鋰離子電芯進行保護。

有了如此完備的保護線路，但是這并不是意味著用戶可以隨意的濫用鋰離子電池，同樣有許多的地方是需要注意的。下圖是根據(jù)鋰離子電池電壓根據(jù)實際使用劃分的幾個區(qū)域。

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高壓危險區(qū)

---------------保護線路過充保護電壓(4.275~4.35V)

高壓警戒區(qū)

---------------鋰離子電池充電限制電壓4.20V

正常使用區(qū)

---------------鋰離子電池放電終止電壓(2.75~3.00V)

低壓警戒區(qū)

---------------保護線路過放保護電壓(2.3~2.5V)

低壓危險區(qū)

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1.在正常使用區(qū)內(nèi).鋰離子電池可以正常發(fā)揮其特性,也沒有危險.2.高壓警戒區(qū).雖然這個區(qū)域處于保護線路的保護范圍之內(nèi),并不意味著此時鋰離子電池也是安全的.長期處于這種程度的過充,會很快的降低電池的循環(huán)壽命.

3.低壓警戒區(qū).處于該區(qū)域的鋰離子電池不適合快速充電,要先用小電流將電池電壓提升到3.0V以上才可以快速充電.否則容易導(dǎo)致鋰離子極性材料發(fā)生不良反應(yīng),影響電池性能.而這個電壓的鋰離子電池也非常容易因為電池本身的自耗和鋰離子保護線路的自耗很快的掉近低壓危險區(qū).那就危險了.而且這個自耗是保護線路無法保護的.

4.低壓危險區(qū),長期處于低壓危險區(qū)的鋰離子電池,性能將近一步惡化.

在低電壓(小于2V)或更低的電壓情況下,正極材料的鈷鋰酸晶格發(fā)生變化,其晶體機構(gòu)會以枝晶形式生產(chǎn).這種枝晶發(fā)展長大的話會戳穿正負極的隔膜,導(dǎo)致電池微短路.進一步惡化電池的性能.甚至導(dǎo)致電池發(fā)生膨脹,徹底報廢.5.高壓危險區(qū).此時保護線路已經(jīng)失效,或者根本沒有保護線路.在這個區(qū)域的鋰離子電池(特別是4.8V以上),鋰離子內(nèi)部會發(fā)生劇烈的反應(yīng),產(chǎn)生強大的熱量,導(dǎo)致電池內(nèi)壓正極,使電芯變形,不同于低度過充,這種變化是一次性的,即一次高度過充就可以造成電池發(fā)鼓.甚至爆炸.

鋰電池保護電路只是對鋰電池的某些使用狀況進行保護，還有一些狀況無法進行保護，如：鋰電池內(nèi)部短路，常時間大電流放電，使用環(huán)境溫度過高或過低等，因此對使用鋰電池的設(shè)備也提出了相應(yīng)的要求，特別是充電器，劣質(zhì)的充電器同樣可以導(dǎo)致電池的損壞，因此對于鋰電池的保護是一個系統(tǒng)的概念，只有用電設(shè)備、電池保護電路、充電設(shè)備等相關(guān)設(shè)備協(xié)調(diào)配合，才能保證鋰電池的合理使用。鋰離子電池的串并聯(lián)使用在電池組中是把多個電池串聯(lián)起來，得到所需要的工作電壓。如果所需要的是更高的容量和更大的電流，那就應(yīng)該把電池并聯(lián)起來。另外還有一些電池組，把串聯(lián)和并聯(lián)這兩種方法結(jié)合起來。一個膝上型電腦的電池有可能是把四節(jié)3.6V鋰離子電池串聯(lián)起來，總電壓達到14.4V；然后，再把兩組串聯(lián)在一起的電池并聯(lián)起來，這樣，電池組的總電量就可以從2000毫安時提高到4000毫安時。這種接法稱作“四串兩并”，它的意思是：把兩組由四節(jié)電池串聯(lián)在一起的電池組并聯(lián)起來。電池包通常由一個或幾個電池組并聯(lián)，每個電池組由3到4個電池串聯(lián)構(gòu)成。這種組合方式能同時滿足筆記本電腦、醫(yī)療設(shè)備、測試儀器及工業(yè)應(yīng)用所需的電壓和功率要求。然而，這種應(yīng)用普遍的配置通常并不能發(fā)揮其最大功效，因為如果某個串聯(lián)電池的容量與其它電池不匹配將會降低整個電池包的容量。

當電池包中的電池不均衡時，它的可用容量將減少，串聯(lián)電池包中容量最低的電池將決定電池包的總?cè)萘?。在不均衡電池包中，一個或幾個電池會