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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，类似于内部燃烧引擎。内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？

电池内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内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，那麽可充电电池的内部设计必须支持这种变化，然而一次电池仅做一次放电，它的内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？

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

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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-ion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—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

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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，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，电池内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，内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。

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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-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，电池内阻增大，电池内部升温减缓，电池升温达到135℃时，PP膜孔闭合，电池内部断路，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,电池内阻大幅增加,电池内部形成大面积断路,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，电池内部法活化过程中所产生的部分气体膨胀，电池内压加大，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 充电时间

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2C 20-25min 1．5C 30 min 1C 60 min 0．5C 110 min

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(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 放电率 3C 90% 2C 98% 1C 100% 0．5C 99% 0．2C 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、内阻：500次循环中内阻平均（以20只电池计算）内阻上升15mΩ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 -20 -10 0 25 60 6、储存性能

储存条件 储存结果 储存前容储存后容自放电量（mAh） 量（mAh ） （%） 100％充电后，25℃储存28天 100％充电后，60℃储存7天 1056 1012 4.1 储存前内阻（mΩ） 4 5 储存后内阻（mΩ） 53 32% 78% 93% 101% 100% 85% 89% 98% 102% 100% 92% 96% 97% 102% 100% 1C 0．5C 0．2C 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20℃±5℃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

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