聚合物锂离子动力电池 基础知识培训
二零一一年三月
目录

１．电池的基本概念 ２．锂离子电池的工作原理 ３．锂离子电池的性能 ４．聚合物锂离子动力电源模块 ５．聚合物锂离子动力电池的使用维护
基础知识——电池基本概念
电压（V）：
1. • 开路电压：指电池在没有连接外电路或者外负载时的电压。开路电压与电池的 剩余能量有一定的联系，电量显示就是利用这个原理。 工作电压：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，当电流流过电池内部时，必须克服内阻的阻力， 故工作电压总是低于开路电压。 放电截止电压：指电池充满电后进行放电，放完电时达到的电压（若继续放电 则为过度放电，对电池的寿命和性能有损伤）。 充电限制电压：充电过程中由恒流变为恒压充电的电压。
化成：电池制成后，通过一定的充放电方式将其内部正负极活性物质
激活，改善电池的充放电性能及自放电、贮存等综合性能的过程称为化成。 电池经过化成后才能体现其真实的性能。同时化成过程中的分选过程能够提 高电池组的一致性，使最终电池组的性能提高。
基础知识——锂离子电池的变革
第一代 钢壳液态锂离子电池
第二代
电池容量（Ah）：电池容量是指电池所能够储存的电量多少，
• 容量用C表示，单位用Ah（安时）或mAh（毫安时）表示。 • 公式：C=It,即电池容量（Ah）＝电流（A）x放电时间（h）。 • 容量为10安时的电池，以5安培放电可放2小时，以10安培放电可放1小 时。 • 电池的实际容量主要取决于以下几个因素：活性物质的数量、质量；活 性物质的利用率。
铅酸电池 镍镉电 镍氢电 池 池 锂离子电池

充电方式 控制方法
恒流后恒压 电压2.3V 、 涓流
恒流
恒流 温度或 ΔV
恒流后恒压 电压4.2V 、涓流
基础知识——电池基本概念

充、放电深度（SOC DOD）： 电池保有容量数值的表示方法。充、放电 深度以百分比率来表示，如：容量为 10Ah的电池放电后容量变为2Ah，可以 称为80%DOD；容量为10Ah的电池， 充电后容量为8Ah，80%SOC。形容满 充满放，通常称为100%DOD。
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基础知识——电池基本概念
循环寿命（次）：
1. 概念：二次电池经历一次充放电称为一个周期或 一次循环，电池在反复充放电后，容量会逐渐下降. 在一定的放电条件下，电池容量降至80%时，电池所 经受的循环次数就是循环寿命。
2. 影响因素：不正确使用电池，电池材料，电解质的 组成和浓度，充放电倍率，放电深度（DOD%）， 温度，制作工艺等都对电池的循环寿命有影响
为防止电池可能发生泄漏、发热、燃烧，请注意以下预防措施： 警 告！ 严禁将电池浸入海水或水中，保存不用时，应放置于阴凉干燥的环境中 产品不得受剧烈机械冲撞、爆晒、雨淋 禁止将电池在热高温源旁，如火、加热器等使用和留置 充电时请选用锂离子电池专用充电器 严禁将电池直接接入电源插座 禁止将电池丢于火或加热器中 禁止随意拆卸电池 禁止敲击或抛掷、踩踏电池等 禁止用钉子或其它利器刺穿电池 禁止用金属直接连接电池正负极短路 严禁颠倒正负极使用电池
基础知识——聚合物锂离子电池性能
1.电化学性能


2.安全性能


充电特性 放电特性 循环寿命 倍率充电特性 倍率放电特性 低温特性 电池组放电特性

挤压 针刺 短路 过充 过放 热冲击 热循环
基础知识——充放电特性
基础知识——循环特性
基础知识——循环特性
基础知识——电池基本概念
放电平台：指放电曲线中电压基本保持水平的部分。放电平台越高、
越长、越平稳，电池的放电性能越好。
电池组的一致性：由多个单体电芯串连、并联在一起就组成
了电池组。电池组的整体性能和寿命取决于其中性能较差的一个电芯，这就 要求电池组中每个电芯性能的一致性要高。除了单体电芯本身性能的误差和 原材料质量的好坏，最主要原因是制造工艺，工艺的改进对提高电池的质量 非常重要。
以10Ah电池举例：
以2A放电,则放电倍率为0.2C
以20A放电,则放电倍率为2C
基础知识——电池基本概念
充电方式 ：

CC/CV：CC即恒流，以固定的电流对电池充电；CV即恒 压，以固定的电压对电池充电，充电电流会随著电池充满逐 渐下降。 涓流充电：指以小於0.1C电流对电池充电，一般在电池接 近充满电时，进行补充充电时采用，若电池对充电时间没有 严格要求的话，建议采用涓流充电方式充电。
基础知识——电池基本概念
内阻（mΩ）：电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内
部受到的阻力。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的 影响。 电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻是由电极材料、电解液、 隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，极化内阻包括电化学极化与浓差极 化引起的电阻。 电池内阻是一个非常复杂而又非常重要的特性，影响内阻的因素有：① 材料；②结构等。 由于内阻的存在，当电池放电时，电流经过内阻要产生热量，消耗能量， 电流越大，消耗能量越多，所以内阻越小，电池的性能越好，不仅电池的实 际工作电压高，消耗在内阻上的能量也少。
+
放电时镶嵌在负极碳素材
e
铜箔
电解液
LiMn2O4
料中的Li失去电子，进入电解 液，电解液内的Li+向正极移 动
阴极
LixC6 阳极
基础知识——锂电池组成原理
1. 正极构造 LiMn2O4(锰酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体（铝箔） 正极 2. 负极构造 石墨+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+ 集流体（铜箔） 负极 3. 充电过程 电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+ 从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极 与早就跑过来的电子结合在一起。 正极上发生的反应为 LiMn2O4 ==Li1-xMn2O4+Xli++Xe(电子) 负极上发生的反应为 6C+XLi+Xe==LixC6 4.放电过程 电池放电,此时负极上的电子e从通过外部电路跑到正极上,正锂离子Li+从负极 “跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早 就跑过来的电子结合在一起。 正极上发生的反应为 Li1-xMn2O4+xli++xe(电子) ==LiMn2O4 负极上发生的反应为 LixC6 == 6C+xLi+xe
开路电压 铅酸电池 镍镉电池 镍氢电池 锂电池 2.1—2.2V 1.4V 1.4V 4.1—4.2V 工作电压 2.0V 1.2V 1.2V 3.6-3.7V 放电截止电压 1.7V 1.0V 1.0V 2.6－ 2.7V 4.2-4.3V 充电限制电压 2.3v
• •
基础知识——电池基本概念
容量是电池电性能的重要指标，它由电极的活性物质决定。
1、常温倍率放电特 性
15Ah电池倍率放电
基础知识——倍率放电特性
15Ah 电池在不同温度下放电性能
基础知识——电池安全性试验
基础知识——电池使用维护
1、电池充电 在0～45℃环境温度下以专用锂离子电池充电 器对电池组充电，直至充满指示灯显示绿色。 若电池组运行（放电）时间短，则不需要每天 进行充电。 2、电池放电 在-20～45℃环境温度下进行放电。充放电电 压范围为4.20～3.00V
基础知识——电池基本概念
能量密度（Wh/Kg）：指单位体积或单位质量所释放的
能量，通常用体积能量密度（Wh/L）或质量能量密度（Wh/kg）表示。 如一节锂电池重325g，额定电压为3.7V，容量为10Ah，则其能量密度 为113Wh/kg，下表为理论值，在实际应用情况中需要考虑电池结构中 的壳体、零件等各方面因素。目前锂电池的能量密度是镍镉和镍氢电池 的3和1.5倍，能量密度的高低是由材料密度与结构决定的 。
基础知识——电池基本概念
自放电率（％/月）：
1. 定义：电池在储存过程中，容量会逐渐下降，其减少的容量与电池容量 的比例，称为自放电率。
2. 原因：由于电极在电解液中的不稳定性，电池的两个电极发生了化学反 应，活性物质被消耗，转为电能的化学能减少，电池容量下降。 3. 影响因素：环境温度对其影响较大，过高温度会加速电池的自放电 4. 表示：电池容量衰减（自放电率）的表达方法和单位为：%/月。 5. 产生结果：电池自放电将直接降低电池的容量，自放电率直接影响电池 的储存性能，自放电率越低，贮存性能越好。
基础知识——电池使用维护
1、电池充电 在0～45℃环境温度下以专用锂离子电池充电 器对电池组充电，直至充满指示灯显示绿色。 若电池组运行（放电）时间短，则不需要每天 进行充电。 2、电池放电 在-20～45℃环境温度下进行放电。充放电电 压范围为4.20～3.00V
基础知识——电池使用维护
4、电池其它使用说明
能量密度 Wh/kg Wh/L
铅酸电池 30—50 50—80
镍镉电池 50—60 130—150
镍氢电池 60—70 190—200
锂电池 130—150 350—400
基础知识——电池基本概念
放电倍率（A）：放电倍率是指在规定时间内放出其额
定容量（C）时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定 容量的倍数。
基础知识——电池基本概念
记忆效应：
1. 定义：电池的记忆效应是指未完全放电的电池，在下一次充电时所能充 电的百分比。 2. 原因：电池内物质产生结晶，如镍镉电池中,Cd不断聚集成团形成大块金 属镉，降低了负极的活性。 3. 避免：为了消除电池的记忆效应，在充电之前，必须先完全放电，然后 再充电。