关于锂电池的知识

关于锂电池的知识

2008年6月11日 二次锂电池的优势是什么?
1. 高的能量密度
2. 高的工作电压
3. 无记忆效应
4. 循环寿命长
5. 无污染
6. 重量轻
7. 自放电小

锂聚合物电池具有哪些优点?
1. 无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解液,使用胶态的固体.
2. 可制成薄型电池:以3.6V400mAh的容量,其厚度可薄至0.5mm.
3. 电池可设计成多种形状
4. 电池可弯曲变形:高分子电池最大可弯曲900左右
5. 可制成单颗高电压:液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压,高分子电池由于本身无液体,可在单颗内做成多层组合来达到高电压.
7. 容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍

IEC规定锂电池标准循环寿命测试为:
电池以0.2C放至3.0V/支后
1. 1C恒流恒压充电到4.2V截止电流20mA搁置1小时再以0.2C放电至3.0V(一个循环)
反复循环500次后容量应在初容量的60%以上

国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为(IEC无相关标准).
电池在25摄氏度条件下以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,在温度为20+_5下储存28天后,再以0.2C放电至2.75V计算放电容量


什么是二次电池的自放电不同类型电池的自放电率是多少?
自放电又称荷电保持能力,它是指在开路状态下,电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力.一般而言,自放电主要受制造工艺,材料,储存条件的影响自放电是衡量电池性能的主要参数之一.一般而言,电池储存温度越低,自放电率也越低,但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用,BYD常规电池要求储存温度范围为-20~45.电池充满电开路搁置一段时间后,一定程度的自放电属于正常现象.IEC标准规定镍镉及镍氢电池充满电后,在温度为20度湿度为65%条件下,开路搁置28天,0.2C放电时间分别大于3小时和3小时15分即为达标.
与其它充电电池系统相比,含液体电解液太阳能电池的自放电率明显要低,在25下大约为10%/月.

什么是电池的内阻怎样测量?
电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,一般分为交流内阻和直流内阻,由于充电电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容量极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值,而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值.
交流内阻测试方法为:利用电池等效于一个有源电阻的特点,给电池一个1000HZ,50mA的恒定电流,对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值.

什么是电池的内压电池正常内压一般为多少?
电池的内压是由于充放电过程中产生的气体所形成的压力.主要受电池材料制造工艺,结构等使用过程因素影响.一般电池内压均维持在正常水平,在过充或过放情况下,电池内压有可能会升高:
如果复合反应的速度低于分解反应的速度,产生的气体来不及被消耗掉,就会造成电池内压升高.

什么是内压测试?
锂电池内压测试为:(UL标准)
模拟电池在海拔高度为15240m的高空(低气压11.6kPa)下,检验电池是否漏液或发鼓.
具体步骤:将电池1C充电恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA ,然后将其放在气压为11.6Kpa,温度为(20+_3)的低压箱中储存6小时,电池不会爆炸,起火,裂口,漏液.


环境温度对电池性能有何影响?
在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大,在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关,电极/电解液界面被视为电池的心脏.如果温度下降,电极的反应率也下降,假设电池电压保持恒定,放电电流降低,电池的功率输出也会下降.如果温度上升则相反,即电池输出功率会上升,温度也影响电解液的传送速度温度上升则加快,传送温度下降,传送减慢,电池充放电性能也会受到影响.但温度太高,超过45,会破坏电池内的化学平衡,导致副反应

过充电的控制方法有哪些?为了防止电池过充,需要对充电终点进行控制,当电池充满时,会有一些特别的信息可利用来判断充电是否达到终点.一般有以下六种方法来防止电池被过充:
1. 峰值电压控制:通过检测电池的峰值电压来判断充电的终点;
2. dT/dt控制:通过检测电池峰值温度变化率来判断充电的终点;
3. T控制:电池充满电时温度与环境温度之差会达到最大;
4. -V控制:当电池充满电达到一峰值电压后,电压会下降一定的值
5. 计时控制:通过设置一定的充电时间来控制充电终点,一般设定要充进130%标称容量所需的时间来控制;
6. TCO控制:考虑电池的安全和特性应当避免高温(高温电池除外)充电,因此当电池温度升高60时应当停止充电.


什么是过充电对电池性能有何影响?
过充电是指电池经一定充电过程充满电后,再继续充电的行为.
由于在设计时,负极容量比正极容量要高,因此,正极产生的气体透过隔膜纸与负极产生的镉复合.故一般情况下,电池的内压不会有明显升高,但如果充电电流过大,或充电时间过长,产生的氧气来不及被消耗,就可能造成内压升高,电池变形,漏液,等不良现象.同时,其电性能也会显着降低.

什么是过放电对电池性能有何影响?
电池放完内部储存的电量,电压达到一定值后,继续放电就会造成过放电,通常根据放电电流来确定放电截止电压.0.2C-2C放电一般设定1.0V/支,3C 以上如5C或10C放电设定为0.8V/支,电池过放可能会给电池带来灾难性的后果,特别是大电流过放,或反复过放对电池影响更大.一般而言,过放电会使电池内压升高,正负极活性物质可逆性受到破坏,即使充电也只能部分恢复,容量也会有明显衰减.

不同容量的电池组合在一起使用会出现什么问题?
如果将不同容量或新旧电池混在一起使用,有可能出现漏液,零电压等现象.这是由于充电过程中,容量差异导致充电时有些电池被过充,有些电池未充满电,放电时有容量高的电池未放完电,而容量低的则被过放.如此恶性循环,电池受到损害而漏液或低(零)电压.

什么是电池的爆炸怎样预防电池爆炸?电池内的任何部分的固态物质瞬间排出,被推至离电池25cm以上的距离,称为爆炸.判别电池爆炸与否,采用下述条件实验.将一网罩住实验电池,电池居于正中,距网罩任何一边为25cm.网的密度为6-7根/cm,网线采用直径为0.25mm的软铝线,如果实验无固体部分通过网罩,证明该电池未发生爆炸.
锂电池串联问题

由于电池在生产过程中,从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序.即使经过严格的检测程序,使每组电源的电压、电阻、容量一致,但使用一段时间,也会产生这样或那样的差异.如同一位母亲生的双胞胎,刚生下时可能长得一模一样,做为母亲都很难分辨.然而,在两个孩子不断成长时,就会产生这样或那样的差异锂动力电池也是这样.使用一段时间产生差异后,采用整体电压控制的方式是难以适用于锂动力电池的,如一个36V的电池堆,必须用10只电池串联.整体的充电控制电压是42V,而放电控制电压是26V.用整体电压控制方式,初始使用阶段由于电池一致性特别好,也许不会出现什么问题.在使用一段时间以后电池内阻和电压产生波动,形成不一致的状态,(不一致是绝对的,一致性是相对的)这种时候仍然使用整体电压控制是不能达到其目的的.例如10只电池放电时其中两只电池的电压在2.8V,四只电池的电压是3.2V,四只是3.4V,现在的整体电压是32V,我们让它继续放电一直工作到26V.这样,那两只2.8V的电池就低于2.6V 处于了过放状态.锂电池几次过放就等于报废.反之,用整体电压控制充电的方式进行充电,也会出现过充的状况.比如用上述10只电池当时的电压状态进行充电.整体电压达到42V时,那两只2.8V的电池处于"饥饿"的状态,而迅速吸收电量,就会超过4.2V,而过充的超过4.2V的电池,不仅由于电压过高产生报废,甚至还会发生危险,这就是锂动力电池的特性.

锂离子电池的额定电压为3.6V(有的产品为3.7V).充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关:阳极材料为石墨的4.2V;阳极材料为焦炭的4.1V.不同阳极材料的内阻也不同,焦炭阳极的内阻略大,其放电曲线也略有差别,如图1所示.一般称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电池.现在使用的大部分是4.2V的,锂离子电池的终止放电电压为 2.5V~2.75V(电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压,各参数略有不同).低于终止放电电压继续放电称为过放,过放对电池会有损害.

便携式电子产品以电池作为电源.随着便携式产品的迅猛发展,各种电池的用量大增,并且开发出许多新型电池.除大家较熟悉的高性能碱性电池、可充电的镍镉电池、镍氢电池外,还有近年来开发的锂电池.本文主要介绍有关锂电池的基本知识.这包括它的特性、主要参数、型号的意义、应用范围及使用注意事项等.

锂是一种金属元素,其化学符号为Li(其英文名为lithium),是一种银白色、十分柔软、化学性能活泼的金属,在金属中是最轻的.它除了应用于原子能工业外,可制造特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池.在锂电池中它用作电池的阳极.

锂电池也分成两大类:不可充电的及可充电的两类.不可充电的电池称为一次性电池,它只能将化学能一次性地转化为电能,不能将电能还原回化学能(或者还原性能极差).而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池).它能将电能转变成化学能储存起来,在使用时,再将化学能转换成电能,它是可逆的,如电能化学能锂电池的主要特点.

灵巧型便携式电子产品要求尺寸孝重量轻,但电池的尺寸及重量与其它电子元器件相比往往是最大的及最重的.例如,想当年的“大哥大”是相当“粗大、笨重”,而今天的手机是如此的轻巧.其中电池的改进是起了重要作用的:过去是镍镉电池,现在是锂离子电池.

锂电池的最大特点是比能量高.什么是比能量呢?比能量指的是单位重量或单位体积的能量.比能量用Wh/kg或Wh/L来表示.Wh是能量的单位,W是瓦、h 是小时;kg是千克(重量单位),L是升(体积单位).这里举一个例来说明:5号镍镉电池的额定电压为1?2V,其容量为800mAh,则其能量为 0?96Wh(1?2V×0?8Ah).同样尺寸的5号锂-二氧化锰电池的额定电压为3V,其容量为1200mAh,则其能量为3?6Wh.这两种电池的体积是相同的,则锂-二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的375倍!

一节5号镍镉电池约重23g,而一节5号锂-二氧化锰电池约重18g.一节锂-二氧化锰电池为3V,而两节镍镉电池才2?4V.所以采用锂电池时电池数量少(使便携式电子产品体积减孝重量减轻),并且电池的工作寿命长.

另外,锂电池具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应及无公害等优点.

锂电池的缺点是价格昂贵,所以目前尚不能普遍应用,主要应用于掌上计算机、PDA、通信设备、照相机、卫星、导弹、鱼雷、仪器等.随着技术的发展、工艺的改进及生产量的增加,锂电池的价格将会不断地下降,应用上也会更普遍.

不可充电的锂电池

不可充电的锂电池有多种,目前常用的有锂-二氧化锰电池、锂—亚硫酰氯电池及锂和其它化合物电池.本文仅介绍前两种最常用的.
1、锂-二氧化锰电池(Li?MnO2)
锂-二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极,并采用有机电解液的一次性电池.该电池的主要特点是电池电压高,额定电压为3V(是一般碱性电池的2 倍);终止放电电压为2V;比能量大(见上面举的例子);放电电压稳定可靠;有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率≤2%);工作温度范围-20℃~+60℃.

该电池可以做成不同的外形以满足不同要求,它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式).圆柱形的也有不同的直径及高度尺寸.这里列举大家较熟悉的1#(尺寸代码D)、2#(尺寸代码C)及5#(尺寸代码AA)电池的主要参数.

CR表示为圆柱形锂-二氧化锰电池;五位数字中,前两位表示电池的直径,后三位表示带一位小数的高度.例如,CR14505,其直径为14mm,高度为50?5mm(这种型号是通用的).

这里要指出的是不同工厂生产的同型号的电池其参数可能有些差别.另外,标准放电电流值是较小的,实际放电电流可以大于标准放电电流,并且连续放电及脉冲放电的允许放电电流也不同,由电池厂提供有关数据.例如,力兴电源公司生产的CR14505给出最大连续放电电流为1000mA,最大脉冲放电电流可达 2500mA.

照相机中用的锂电池多半是锂-二氧化锰电池.这里将照相机中常用的锂-二氧化锰电池列入表2,供参考.

纽扣式(扣式)电池尺寸较小,其直径为12?5~24?5mm,高度为1?6~5?0mm.几种较常用的扣式电池如表3所示.

CR为圆柱形锂-二氧化锰电池,后四位数字中前两位为电池的直径尺寸,后两位为带小数点的高度尺寸.例如,CR1220的直径为12?5mm(不包括小数点后的数),其高度为2?0mm.这种型号表示方法是国际通用的.

这种扣式电池常用于时钟、计算器、电子记事本、照相机、助听器、电子游戏机、IC卡、备用电源等.

2、锂-亚硫酰氯电池(Li?SOCl2)

锂-亚硫酰氯电池是比能量最高的一种,目前可达到500Wh/kg或1000Wh/L的水平.它的额定电压是3?6V,以中等电流放电时具有极其平坦的 3?4V放电特性(可在90%容量范围内平坦地放电,保持不大的变化).电池可以在-40℃~+85℃范围内工作,但在-40℃时的容量约为常温容量的 50%.自放电率低(年自放电率≤1%)、储存寿命长达10年以上.

以1#(尺寸代码D)镍镉电池与1#锂-亚硫酰氯电池的比能量作一个比较:1#镍镉电池的额定电压为1?2V,容量为5000mAh;1#锂-亚硫酰氯的额定电压为3?6V,容量为10000mAh,则后者的比能量比前者大6倍!

应用注意事项

上述两种锂电池是一次性电池,不可充电(充电时有危险!);电池正负极之间不可短路;不可以过大电流放电(超过最大放电电流放电);电池使用至终止放电电压时,应从电子产品中及时取出;用完的电池不可挤压、焚烧及拆卸;不可超过规定温度范围使用.

由于锂电池的电压高于普通电池或镍镉电池,使用时不要搞错以免损坏电路.通过熟悉型号中的CR、ER就可以知道它的种类及额定电压.在购买新电池时,一定要按原来的型号来买,否则会影响电子产品性能.