电池基础知识介绍

电池基础知识介绍

2010.12.16 王 永

目录电池分类、动力电池及发展史 电池组成及工作原理 电池术语及电性能 重点 电池结构、组合方式及生产工艺 各种电池简介 电池相关标准及测试 电池公司大汇总

一.电池分类、动力电池及发展史分类： 按工作性质及存储方式分：原电池，蓄电池，储备(激活)电池，燃料电池； 按电解质性质分：酸性电池，碱性电池，中性电池，有机电解质溶液电池， 固体电解质电池； 按电池特性分：高容量电池，密封电池，免维护电池，防爆电池等。 动力电池的概念： 电池输出的能量用于车辆(汽车、电动自行车等)牵引、驱动用途的电池。 动力电池发展史： 1859 Plante铅酸蓄电池 1901 镉镍蓄电池 1943 锌银蓄电池 60年代 燃料电池 80年代 氢镍电池 90年代 锂离子电池

二.电池的组成和基本原理1.电池简介及其组成 电池即化学电源，是通过化学反应把化学能直接转变成低 压直流电能的装置。要实现能量转变，电池必须具备两个条 件：①氧化和还原反应必须分隔在两个区域进行；②电子必 须通过外电路。因此电池应该包括以下基本组成部分： 核心部分 正极——提供容量，主要有活性物质和导电骨架组成 负极——同上 电解液——离子传输 隔膜——防止正负极间形成电子导电通路 外壳——保护作用

2.基本工作原理构成适用的二次电池的条件： a电极反应必须可逆；b只能采用一种电解质溶液；c电池放电时生成 的产物在溶液中是难溶的。 以锂离子电池为例锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池，正负电极由两种不同的锂离 子嵌入化合物组成。充电时，Li+ 从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极 处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳 负极，保证负极的电荷平衡。放电时则相反， Li+ 从负极脱嵌，经过电解 质嵌入正极，正极处于富锂态。在正常充放电情况下，锂离子在层状结 构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距 变化，不破坏晶体结构，在充放电过程中，负极材料的化学结构基本不 变。因此，从充放电反应的可逆性看，锂离子电池反应是一种理想的可 逆反应。

电池反应

三.电池常用术语及电性能1. 电动势：电池两极在断路时处于可逆平衡状态下，两极平衡电极电位之差，是 经过计算的理论值。 2. 开路电压：电池在断路时电池两极的电极电位之差。开路电压是一个实际测量 的值。如锂离子电池的开路电压为4.1V,铅酸蓄电池为2.1V 电动势>开路电压 电池的电动势或开路电压值取决于所组成电池的电极材料与电解质的活度和放 电的温度

,与电池的几何形状和尺寸大小无关。 3. 额定电压：在规定条件下电池工作的标准电压。用来区分电池体系。 如：铅酸电池：2.0V 镉镍电池：1.2V 氢镍电池：1.2V 锌锰电池：1.5V 锂离子电池：3.6-3.8V 4. 放电终止电压：指放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压值。 为 人为规定的值。例如：锂离子电池充电时，终止电压为4.2V,放电时为3 .0V或2 .75V。

5. 工作电压：又称放电电压或负荷电压，是指电池对外输出电流时， 电池两极间的电位差。工作电压总是低于开路电压。 电池放电电压的变化与放电制度有关，即放电曲线的变化还受放 电制度的影响，包括：放电电流，放电温度，放电终止电压；间歇还 是连续放电。放电电流越大，工作电压下降越快；随放电温度的增加， 放电曲线变化较平缓； 对于二次电池，放电电压低于规定的终止电压叫做过放电，过放 电常常会影响到蓄电池的循环寿命。 恒阻放电 恒流放电 连续放电 间歇放电

6. 充电电压：充电时，外电源加在电池两端的电压，电池电压随时间的 变化曲线叫做充电曲线。 充电终止电压 恒流充电 恒压充电 限压恒流充电 脉冲充电

随温度的变化，充电电压应做相应的调整。 电池高温充电性能差，低温放电性能差。

7. 内阻(R):由于内阻的存在，电池的工作电压总是小于电动势或开路电 压。 V工=E(V开)-IR 对电池而言，其内阻越小越好，这样不仅电池的工作电压高，而 且损失在内阻上的热量(与热管理系统呼应)也小。电池的内阻是电 池一个很重要的参数，它与很多方面都有关系。内阻能反映设计人员 的水平和制造工艺的好坏。对同一类的相同结构的电池，几何尺寸大 的其欧姆电阻比几何尺寸小的电池要小。 内阻与SOC的关系。 内阻测量方法。

8. 电池容量： 指一定放电制度下(在一定的I放，T放，V终),电池所给出 的电量。表征电池储存能量的能力，单位是Ah或C。容量受很多引素 的影响，如：放电电流、放电温度等。容量大小是由正负极中活性 物质的数量多少来决定的。 理论容量：活性物质全部参加反应所给出的容量。 实际容量：在一定的放电制度下实际放出的容量。 额定容量：又称公称容量，指电池在设计的放电条件下，电池保证给 出的最低电量。 在实际应用中，电池容量=正极容量比容量：为了对不同的电池进行比较，引入比容量概念。比容量是指单位 质量或单位体积电池所给出的容量，称为质量比容量或体积比容量。通 常计算方法为：电池首次放电容量/(活性物质量*活性物质利用率) 影响电池容量的因素： a. 电池的放电速度(通常以电流强度mA来表

示):电流越大，输出的容量减少；

注：图中A区(阴影部分)为电池对外输出的能量；B区为电池自身 损耗的能量。

b.电池的放电温度：温度降低，输出容量减少；

c.电池的放电终止电压：是由用电器以及电池反应本身的限定来设定的， 例如：充电时，终止电压为4.2V,放电时为3 .0V或2 .75V。 d.电池的贮存时间：电池经过长时间贮存后，电池的放电容量会相应减 少。 9. 放电时率及放电倍率 是一种表达电池放电电流大小的方法。 放电时率：指在规定的放电时间内，电池放出全部额定容量。 放电倍率：指放电电流为电池额定容量的某一个倍数。 放电时率×放电倍率=1 1 C5—电池5小时率的容量，即电池5小时放电的全部容量。单位Ah或mAh 0.5C---电池以0.5倍容量的电流放电 ,单位：A或mA 例如：某电池的额定容量为1Ah,用0.5C放电时的电流即为0.5A

10. 能量和比能量 电池在一定条件下对外作功所能输出的电能叫做电池的能量，单位一 般用wh表示。 a.理论能量 电池的放电过程处于平衡状态，放电电压保持电动势(E)数值， 且活性物质利用率为100%,在此条件下电池的输出能量为理论能量 (W0),即可逆电池在恒温恒压下所做的最大非膨胀功(W0=C0E)。 b.实际能量 电池放电时实际输出的能量称为实际能量。 W=V工作I t V工作= V开路-I Ri c.比能量 单位质量和单位体积的电池所给出的能量，称质量比能量或体积 比能量，也称能量密度。比能量的单位为wh/kg或wh/L。

11.功率和比功率 电池在一定放电条件下，单位时间所输出的能量，用P表示，单位为W。 理论功率 实际功率 实际比能量 质量比能量 比能量 理论比能量 体积比能量 功率是电池的重要性能，它表示电池放电速率的大小，电池的功率越大， 电池可以大电流或高速放电。