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电池基础知识

锂离子电池基础知识普及

第一节，18650电池的充放电参数注意这里只讨论阳极材料为石墨的可反复充电的锂离子电池，下面简称锂电池

这里给出的是中国一著名电池生产商的生产的18650锂电池，目的仅仅只是为了让初学者对锂电池的充放特性有所了解。

要注意的几点

10.2c，0.5c，1c的含义是以0.2倍，0.5倍，1倍电池容量（1000mAh的电池的0.2c，0.5c，1c，分别是200mA，500mA，1000mA）

2充电方式，cc/cv的含义是先恒流，再恒压，恒流的电流有后面的参数确定。

然后是恒压，恒压的电压对于锂电池是4.2v正负0.05v。

充电结束的判断有两种，

（1）当电流小到一定程度例如10mA。

（2）当充电时长达到一定时间，例如转入恒压充电状态后2小时。

3容量这个可能是初学者最感兴趣的内容了，这个概率也是最混乱的了。

按工业标准来说，对于锂电池，一般标称的容量是最小容量，这个容量是一批电池中，在25度室温条件下，先以cc/cv0.5c充满，并静置一段时间后（一般是12小时）。

以0.2c电流恒流放电放电至3.0v（也有标准是2.75V，不过影响不大，3v到2.75v下降的很快没多少容量的），所放出的容量值，由于一批电池肯定有个体差异，实际放出容量最低的那个电池的容量值。

也就是是说，这一批任何一个电池实际容量都应该大于或等于标称容量。

这里请注意几个关键参数，一个是温度，其次是充电方法，最关键的是放电电流。

这些因素都会影响到最终测得的容量。

为什么说这个概念混乱呢，那是因为客观上很多因素都对这个参数有很大的影响；主观上呢，又有很多厂商在这个参数上想尽办法，标典型值的，标最高值的，还有干脆胡吹的，反正什么样的都有。

而市场对这个参数又极为看重，反正又不是所有的消费者，商家都有条件测，当然就有做假的余地喽。

4内阻这也是个麻烦的概念，这里我不想展开说，否则就内阻问题就可以单独开个帖子。

初学者只要知道定义是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力。

电池的内阻分交流内阻和直流内阻，还有就是充电内阻和放电内阻。

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.所以一般厂商给的都是交流内阻充电内阻随充电完成而加大，因为可电解的电解质电解完成，没的电解了，然后就电解一些本不应电解的东西，生成大量气体，如果没有很好的设计，就可能发生爆炸了。

放电内阻随电池剩余容量的提高而降低，也就是剩余容量越多，电池内阻越小，剩余容量越少，放电内阻越高，因为电解质逐渐由高能量态放电到低能量态转化为可电解的物质，这时随着放电的继续，可电解的电解质逐渐增加，充电内阻降低。

同时电池电压也降低了。

先写到这，明天再写，欢迎讨论

占位3根据IEC61960标准二次锂电池的标识如下:

1.电池标识组成3个字母后跟5个数字圆柱形或6个方形数字2.第一个字母表示电池的负极材料I表示有内置电池的锂离子L表示锂金属电极或锂合金电极3.第二个字母表示电池的正极材料C基于钴的电极N基于镍的电极M基于锰的电极V基于钒的电极4.第三个字母表示电池的形状R表示圆柱形电池L表示方形电池5.数字圆柱形电池5个数字分别表示电池的直径和高度直径的单位为毫米高度的单位为十分之一毫米直径或高度任一尺寸大于或等于100mm时两个尺寸之间应加一条斜线方型电池6个数字分别表示电池的厚度宽度和高度单位毫米三个尺寸任一个大于或等于100mm时尺寸之间应加斜线三个尺寸中若有任一小于1mm,则在此尺寸前加字母t此尺寸单位为十分之一毫米。

例如：

ICR18650表示一个圆柱形二次锂离子电池正极材料为钴其直径约为18mm高约为65mm。

ICR20/1050ICP083448表示一个方形二次锂离子电池正极材料为钴其厚度约为8mm,宽度约为34mm高约为48mm。

ICP08/34/150表示一个方形二次锂离子电池正极材料为钴其厚度约为8mm,宽度约为34mm高约为150mm。

ICPt73448表示一个方形二次锂离子电池正极材料为钴其厚度约为0.7mm,宽度约为34mm高约为48mm。

Li-ion电池具有以下的优点：

1）单体电池的工作电压高达3.6-3.8V；

2）比能量大。

目前HYB钢壳电池能达到的实际比能量为100-135W.h/Kg和280-353W.h/L（2倍与Ni-Cd,1.5倍于Ni-MH），随着技术发展，比能量可高达150W.h/Kg和400W.h/L。

3）循环寿命长。

一般均可达到500次以上，甚至1000次。

4）安全性能好，无公害，无记忆效应。

作为Li-ion前身的锂电池，因金属锂易形成枝晶锂发生短路，缩短了其应用领域；Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素；部分工艺（如绕结式）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不存在这方面的问题。

5）自放电小。

室温下充满电的Li-ion存贮1个月的自放电率为10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的30-35%。

Li-ion的缺点：

1）电池成本较高。

主要表现在LiCoO2的价格高（Co的资源较少），电解液体系提纯困难。

2）不能大电流放电。

由于有机电解液体系等原因，电池内阻相对其他类电池大，故要求较小的电流密度，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。

锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。

锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，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，到达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。

同样道理，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，又运动回到正极。

回到正极的锂离子越多，放电容量越高。

我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。

不难看出，在锂离子电池的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。

如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象优秀的运动健将，在摇椅的两端来回奔跑。

所以，专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。

补充:

锂电池的充电,如果开始电压较低,不可按照标准电流充电,应先以小电流充电,当电压达到一定值后再转入正常.这样,加上以后的CC/CV,一共是三段曲线.另外,当恒流（CC）充电结束后,有的不采用恒压（CV）,而是采用脉冲的方式.锂子电池比较脆弱而危险,最主要的是充电不能过流过压,否则发热甚至爆炸.放电不能过流欠压,否则会造成永久性伤害.因此,锂电池一般都有保护电路,不能图方便或性能价格等原因把保护电路取下来.

电池是能量转换设备，其内部本身没有电，也不储存电。

谁能说发电机里面也有电量啊？

电池实际就是装有一定数量燃油的发电机。

电池性能对比及相关知识

充电电池是充电灯具的核心，是充电灯具重要的品质标志。

如果说，灯泡坏了，用户可能认为是灯泡的品质差，而电池不断用坏，就是灯具低品质的常规表现。

    电池的品质好坏表面上不容易被察觉，实际上有一定的电池知识，即便没有先进的仪器（内阻仪、容量仪），也能很容易观察到。

除了电池品质因素外，大多数充电灯具的电池不是用坏的，而且因没有采用合理的充电方式，没有电池的过充、过放、涓流充电等电池必须有的保护功能及正常的维护所造成的。

    了解下列许多有关电池的概念及充电原理就很容易辨别高品质灯具的真正含义。

    电池

    通过正负极之间的反应，将化学能转化为电能的装置，即储存化学电能的装置。

自从电池发明至今，已有数百种不同材料、原理、结构的电池。

被广泛应用的充电电池，从材料及原理上分为3大类：

1、铅酸电池，2、镍氢电池，3、锂电池。

镍铬电池因有记忆，且又不环保已基本被淘汰。

优质电池

    能达到国家电池标准的主要参数，如电压平台稳定，容量足，使用寿命等电池产品，均为优质电池。

优质电池源自高品质、高纯度的电池材料，最佳电池内部结构设计和先进科学的生产工艺。

优质电池是电池厂追求的目标。

本文所指的电池均为优质电池。

再好的充电方式、使用方式和维护方式均不能将劣质电池变为优质电池。

劣质电池

    采用二手铅、镍、锂等含杂质很高的低品质金属原料为电池极板，及内部结构、生产工艺均达不到国家电池标准的电池。

劣质电池的特点是：

    1、电池电压平台不稳定。

    2、电池容量不足。

    3、电池寿命短。

典型的伪劣电池

    电池中最高的成本为极板材料铅、镍、锂等金属，这些极板金属的含量实际上决定着电池的容量。

极少数电池厂会通过减少极板金属含量，减薄极板厚度，增加极板反应面积，提高电解液酸度等手法，来增加电池的初始容量，电池寿命通常不会超过10个循环次，欺骗用户。

 一次电池

    指无法进行充电，仅能放电的电池。

一次电池容量通常大于同等规格的充电电池。

如锌锰、碱性干电池、锂扣电池等。

一次电池因用电负载不确定，而无法标明实际容量。

如，8节一组的一次电池组，仅能为手电钻提供20分钟供电，取下的电池却又能为挂钟供电半年以上。

    充电电池

    指可反复充电再循环的电池，电池学称二次电池。

如：

铅酸、镍氢、锂离子、锂聚合物等。

    电池容量

    电池充满电后，空载状态下放电至截止电压是所释放的电能量，为电池容量。

一般用符号mAh或Ah表示。

    额定电压

    电池正负极的材料因化学反应而造成的电位差，而由此产生的电压差，为额定电压。

电池的额定电压分为：

过充电压和过放电压。

    过充电压

    充电电池充电至最高的额定电压为过充电压。

不同结构的电池过充电压不尽相同。

如：

铅酸电池的过充电压为2.45V，镍氢电池的电压为1.4V，锂电池的电压为4.2V。

    过放电压

    充电电电池放电至最低的额定电压为过放电压。

不同结构的电池过放电压不尽相同。

如：

铅酸电池的过充电压为1.7V，镍氢电池的过充电压为1.0V，锂电池的过充电压为3.0V。

    铅酸、镍氢、锂离子充电电池价性比表

    性能铅酸电池镍氢电池锂离子电池

    比能量（Wh/kg）32~3560~80130

    能量密度（Wh/L）90135170

    比功率（W/kg）130170300

    循环寿命（次）50010001200

    平均电压（V）21.23.6

    电压范围（V）1.70~2.41.0~1.43.0~4.2

    自放电率（%/月）430~356~9

    有无记忆较小较小无

    有无污染有无无

    电池成本低中高

    充电技术低高高

    充电成本低高高

    内阻

    电池内部由化学材料和物理材料自动生成的阻抗，为电池内阻。

用符号mΩ表示。

电池内阻是电池最重要的品质标志。

影响电池内阻的因素很多，其中最主要的是正负极片的纯度和电解液的成份。

电池内阻越小，电池的充放电性能就越好，电池品质就越高。

低品质电池常常采用二手材料，纯度不高，通常内阻大，电池品质就差。

    倍率

    电池充放电时电流的大小与电池容量的比率为倍率。

用符号C表示，常被称为充电电流和放电电流。

电池的充放电倍率是电池实际应用的重要参数，会直接影响充电电池的充电效果和电池寿命。

    如：

6V12Ah电池，用1C倍率充电，即用12A电流充电：

    1、给铅酸电池充电：

标准的铅酸电池充电倍率为0.1C，即充电电流为1.2A。

如果以倍率1C12A给铅酸电池充电，只需1次电池不会立即损坏，铅酸电池不可快速充电，也就不可大电流充电。

    2、给镍氢电池充电：

标准的镍氢电池充电倍率为0.1C倍率，即充电电流为1.2A。

镍氢电池可以快速充电，以大电流1C倍率12A充电，长期用1C倍率充电，其充电效果不好，且电池寿命会缩短1/5。

    对电池的充电效果和寿命而言，充电电流越小越好。

但也要符合实用的要求，充电时间通常应不超过12小时。

    充电倍率直接影响充电器的成本，1C倍率充电器的成本会比0.1C的充电器成本至少高5倍。

    放电倍率对电池的寿命影响相对较小，但对电池容量的影响较大。

如12V18Ah的电池，以1C倍率放电，电池的实际容量不会越过11Ah。

    国产电池上常印有25℃，20小时放电率字样，为该电池的额定容量。

而国外标准是10小时放电率，美国标准为8小时放电率。

国外的标准比中国的要高，也就是实际的容量要大。

    自放电

    电池充满电后，在与外电路没有接触条件下，电容量会自然损减，为电池的自放电现象。

其减少的容量与额定容量的比例为自放电率，电池的品质和温度直接影响电池的自放电率。

品质越差的电池，自放电率就越大。

温度对电池的自放电率也有很大的影响（详见电池性价比表）。

不同种类的电池自放电率不同，受温度的影响也不同，如：

在60℃温度条件下，铅酸电池仍可相对正常充放电，而镍氢电池会在24小时内自放电达50%。

    电池寿命

    电池容量会随着使用次数和时间的增加而逐渐减少，电池按实际的应用，可分2种使用方式：

浮充使用和循环使用。

其寿命概念不同。

 浮充使用

    电池采用浮充充电原理，永远保持充电状态，停电后自动放电（如：

应急灯、电脑UPS等）。

浮充使用的电池寿命通常以年份计算，如3年、5年等，哪怕3年应急灯未工作过1次电池也应更换新电池。

    循环使用

    电池充满电后放电，再充电，再放电，循环使用（如：

手机、充电灯具等）。

循环使用的电池使用寿命，通常以循环次数计算，如200循环次、500循环次、1000循环次等。

    放电率

    放电容量与电池额定容量的比率为放电率。

电池的使用寿命与放电率的深度有直接关系。

    深度放电：

放完额定电量的100%，或接100%为深度放电，以60%电池容量为测试点，

    深度放电的循环次数为250次。

日本JIA标准为350次，松下标准为400次。

    中度放电：

放电至额定电量的50%，为中度放电。

循环寿命为500次。

    浅度放电：

放电额定容量的30%，为浅度放电。

循环寿命为1200次。

    影响电池寿命的因素

    电池使用寿命是一个非常复杂的综合概念，影响电池寿命的因素很多，主要有：

    1、电池自身的品质，

    2、充电方式，

    3、放电方式，

    4、使用方式（放电率）

    5、环境温度，

    6、正常维护

    充电的三种不同结果

    当一件充电产品由制造商交给用户后，充电方式已定，用户自己已无法改变。

长期充放电使用，充电的结果只有3个：

    1、不合理充电：

充电方式不合理，充电电压、电流过大，会造成长期过充，损坏电池。

    2、充不满电：

充电原理不对，充电电压、电流太小，长期充不满，会造成电池产生记忆。

    3、合理的充电：

正确的充电方式，合理的充电电压和电流配合涓流充电功能，会使电池获得最长的使用寿命。

    充放电原理

    电池的内阻是电池最重要的技术参数之一，新电池的内阻通常为8～15mΩ。

电池充放电过程，可以理解为电池内阻增大或减少的过程。

    1、放电过程：

就是电池内阻增大的过程。

电池电压越低，内阻越大。

当电池完全没电，为0V时，内阻为无穷大，会严重损坏电池。

电池的过放保护，实际上就是为了防止电池内阻过量增大。

    2、充电过程：

就是电池内阻减少的过程。

如果充电技术能将电阻减小到与新电池一样，电池的寿命就会极大的延长。

实际上，电池的内阻在不同的充电方式下，会停留在不同的某一数值上，只有用极小的电流才能将电池内阻尽可能减少到最接近新电池的内阻。

所以，有涓流充电功能的灯具，在充满指示灯亮后，可继续进行涓流充电，以恢复电池容量，延长电池寿命。

    充电方式

    充电方式是充电灯具的重要技术，也是充电电池使用寿命长短的决定方式。

充电方式会受充电的设计成本、原理、电池容量、充电器输出功率等诸多因素影响。

充电方式可多种多样，如低品质、低技术的单一线性充电方式（详见充电器）。

先进的充电方式也有很多种，其中PMW脉冲充电为最佳。

    通过充电方式就可确定灯具的内在品质。

灯具制造商不会花较高的充电成本为低价的电池充电，而高成本、高品质电池必须有合理的充电方式才能保证电池获得合理的使用寿命。

    过充保护

    为防止电池过量充电，造成电解液受损而设计的保护电池的功能。

    过放保护

    为防止电池过量放电，造成电池内阻无限增大，极板积化，电池容量减少，电池使用寿命缩短为设计的保护电池的功能。

    涓流充电

    用极小的电流对电池进行充电，不仅能使电池充得更满，更重要的是能让电池内阻减少到最小，尽可能恢复电池容量，减少电池记忆，延长电池使用寿命。

涓流充电是充电技术的重要标志。

    充电技术还可能涉及到其他先进的功能，如：

过温保护、智能充电、电池电量自动检测、电池品质自动检测等。

    正确的电池维护

    所谓维护，就是指充电，电池需充满电后存放。

正确的维护方式：

    1、每次用灯后尽早充电。

    2、长期不用灯时，应定期每一个月补充电量1次。

    3、有涓流充电的灯具，应利用其功能。

充满指示灯亮后，可继续充电2~5天，以恢复电池容量。

    4、一年以上不用灯时，因放电1次，恢复电池极板活性。