锂电池的概述文档格式.docx

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另外还装有安全阀和PTC元件，以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。

单节锂电池的电压为3.6V，容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。

锂电池的应用

随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。

锂电池随之进入了大规模的实用阶段。

最早得以应用于心脏起搏器中。

由于锂电池的自放电率极低，放电电压平缓。

使得起搏器植入人体长期使用成为可能。

锂电池一般有高于3.0伏的标称电压，更适合作集成电路电源。

二氧化锰电池，就广泛用于计算机，计算器，照相机、手表中。

锂电池的研究

为了开发出性能更优异的品种，人们对各种材料进行了研究。

从而制造出前所未有的产品。

比如，锂二氧化硫电池和锂亚硫酰氯电池就非常有特点。

它们的正极活性物质同时也是电解液的溶剂。

这种结构只有在非水溶液的电化学体系才会出现。

所以，锂电池的研究，也促进了非水体系电化学理论的发展。

除了使用各种非水溶剂外，人们还进行了聚合物薄膜电池的研究。

锂离子电池的作用

　　锂离子电池目前由液态锂离子电池（LIB）和聚合物锂离子电池（PLB）两类。

其中，液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。

正极采用锂化合物LiCoO2或LiMn2O4，负极采用锂-碳层间化合物。

锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是21世纪发展的理想能源。

1992年Sony成功开发锂离子电池。

它的实用化，使人们的移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备重量和体积大大减小。

使用时间大大延长。

由于锂离子电池中不含有重金属铬，与镍铬电池相比，大大减少了对环境的污染。

锂离子电池发展史

锂电池和锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池。

这种电池的负极是金属锂，正极用MnO2，SOCL2，（CFx）n等。

70年代进入实用化。

因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点，已广泛应用于军事和民用小型电器中，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等、部分代替了传统电池

锂离子电池发展前景

锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。

目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。

电池的基本性能

（1）电池的开路电压

（2）电池的内阻

（3）电池的工作电压

（4）充电电压

　　充电电压是指二次电池在充电时，外电源加在电池两端的电压。

充电的基本方法有恒电流充电和恒电压充电。

一般采用恒电流充电，其特点时在充电过程中充电电流恒定不变。

随着充电的进行，活性物质被恢复，电极反应面积不断缩小，电机的极化逐渐增高。

（5）电池容量

　　电池容量是指从电池获得电量的量，常用C表示，单位常用Ah或mAh表示。

容量是电池电性能的重要指标。

电池的容量通常分为理论容量、实际容量和额定容量。

　　电池容量由电极的容量决定，若电极的容量不等，电池的容量取决于容量小的那个电极，但决不是正负极容量之和。

（6）电池的贮存性能和寿命

　　化学电源的主要特点之一是在使用时能够放出电能，不用时能贮存电能。

所谓贮存性能对于二次电池来说为充电保持能力。

　　对于二次电池，使用寿命时衡量电池性能好坏的一个重要参数。

二次电池经过一次充电和放电，称为一个周期（或已此循环）。

在一定的充放电制度下，电池容量达到某一规定值之前电池能经受的充放电次数称为二次电池的使用周期。

锂离子电池具有优良的贮存性能和长的循环寿命

锂离子电池的特征

A.高能量密度

锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的40-50%，镍氢的20-30%。

B.高电压

一个锂离子电池单体的工作电压为3.7V（平均值），相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。

C.无污染

锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质。

D.不含金属锂

锂离子电池不含金属锂，因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制。

E.循环寿命高

在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次。

F.无记忆效应

记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象。

锂离子电池不存在这种效应。

G.快速充电

使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器可以使锂离子电池在一至两个小时内得到满充。

锂电池的保护电路

由两个场效应管和专用保护集成块S--8232组成，过充电控制管FET2和过放电控制管FET1串联于电路，由保护IC监视电池电压并进行控制，当电池电压上升至4.2V时，过充电保护管FET1截止，停止充电。

为防止误动作，一般在外电路加有延时电容。

当电池处于放电状态下，电池电压降至2.55V时，过放电控制管FET1截止，停止向负载供电。

过电流保护是在当负载上有较大电流流过时，控制FET1使其截止，停止向负载放电，目的是为了保护电池和场效应管。

过电流检测是利用场效应管的导通电阻作为检测电阻，监视它的电压降，当电压降超过设定值时就停止放电。

在电路中一般还加有延时电路，以区分浪涌电流和短路电流。

该电路功能完善，性能可靠，但专业性强，且专用集成块不易购买，业余爱好者不易仿制。

简易充电电路

现在有不少商家出售不带充电板的单节锂电池。

其性能优越，价格低廉，可用于自制产品及锂电池组的维修代换，因而深受广大电子爱好者喜爱。

有兴趣的读者可参照图二制作一块充电板。

其原理是：

采用恒定电压给电池充电，确保不会过充。

输入直流电压高于所充电池电压3伏即可。

R1、Q1、W1、TL431组成精密可调稳压电路，Q2、W2、R2构成可调恒流电路，Q3、R3、R4、R5、LED为充电指示电路。

随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后R4上的压降将降低，从而使Q3截止，LED将熄灭，为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1—2小时。

使用时请给Q2、Q3装上合适的散热器。

本电路的优点是：

制作简单，元器件易购，充电安全，显示直观，并且不会损坏电池．通过改变W1可以对多节串联锂电池充电，改变W２可以对充电电流进行大范围调节。

缺点是：

无过放电控制电路。

单节锂电池的应用举例

1、作电池组维修代换品有许多电池组：

如笔记本电脑上用的那种，经维修发现，此电池组损坏时仅是个别电池有问题。

可以选用合适的单节锂电池进行更换。

2、制作高亮微型电筒笔者曾用单节3.6V1.6AH锂电池配合一个白色超高亮度发光管做成一只微型电筒，使用方便，小巧美观。

而且由于电池容量大，平均每晚使用半小时，至今已用两个多月仍无需充电。

3、代替3V电源

由于单节锂电池电压为3.6V。

因此仅需一节锂电池便可代替两节普通电池，给收音机、随身听、照相机等小家电产品供电，不仅重量轻，而且连续使用时间长。

锂电池的保存

锂电池需充足电后保存。

在20℃下可储存半年以上，可见锂电池适宜在低温下保存。

曾有人建议将充电电池放入冰箱冷藏室内保存，的确是个好注意。

注意事项

锂离子电池的使用，注意三点：

1、如何为新电池充电

在使用锂电池中应注意的是，电池放置一段时间后则进入休眠状态，此时容量低于正常值，使用时间亦随之缩短。

但锂电池很容易激活，只要经过3—5次正常的充放电循环就可激活电池，恢复正常容量。

由于锂电池本身的特性，决定了它几乎没有记忆效应。

因此用户新锂电池在激活过程中，是不需要特别的方法和设备的。

不仅理论上是如此，从我自己的实践来看，从一开始就采用标准方法充电这种“自然激活”方式是最好的。

对于锂电池的“激活”问题，众多的说法是：

充电时间一定要超过12小时，反复做三次，以便激活电池。

这种“前三次充电要充12小时以上”的说法，明显是从镍电池（如镍镉和镍氢）延续下来的说法。

所以这种说法，可以说一开始就是误传。

锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别，而且可以非常明确的告诉大家，我所查阅过的所有严肃的正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池、特别是液体锂离子电池造成巨大的伤害。

因而充电最好按照标准时间和标准方法充电，特别是不要进行超过12个小时的超长充电。

此外，锂电池或充电器在电池充满后都会自动停充，并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电。

也就是说，如果你的锂电池在充满后，放在充电器上也是白充。

而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失，所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。

这也是我们反对长充电的另一个理由。

此外在对某些机器上，充电超过一定的时间后，如果不去取下充电器，这时系统不仅不停止充电，还将开始放电-充电循环。

也许这种做法的厂商自有其目的，但显然对电池的寿命而言是不利的。

同时，长充电需要很长的时间，往往需要在夜间进行，而以我国电网的情况看，许多地方夜间的电压都比较高，而且波动较大。

前面已经说过，锂电池是很娇贵的，它比镍电在充放电方面耐波动的能力差得多，于是这又带来附加的危险。

此外，不可忽视的另外一个方面就是锂电池同样也不适合过放电，过放电对锂电池同样也很不利。

这就引出下面的问题。

2、正常使用中应该何时开始充电

因为充放电的次数是有限的，所以应该将锂电池的电尽可能用光再充电。

但是我找到一个关于锂离子电池充放电循环的实验表，关于循环寿命的数据列出如下：

循环寿命（10%DOD）:

>

1000次

循环寿命（100%DOD）:

200次

其中DOD是放电深度的英文缩写。

从表中可见，可充电次数和放电深度有关，10%DOD时的循环寿命要比100%DOD的要长很多。

当然如果折合到实际充电的相对总容量：

10%*1000=100，100%*200=200，后者的完全充放电还是要比较好一些，但前面网友的那个说法要做一些修正：

在正常情况下，你应该有保留地按照电池剩余电量用完再充的原则充电，但假如你的电池在你预计第2天不可能坚持整个白天的时候，就应该及时开始充电，当然你如果愿意背着充电器到办公室又当别论。

而你需要充电以应付预计即将到来的会导致通讯繁忙的重要事件的时候，即使在电池尚有很多余电时，那么你也只管提前充电，因为你并没有真正损失“1”次充电循环寿命，也就是“0.x”次而已，而且往往这个x会很小。

电池剩余电量用完再充的原则并不是要你走向极端。

和长充电一样流传甚广的一个说法，就是“尽量把机器的电池的电量用完，最好用到自动关机”。

这种做法其实只是镍电池上的做法，目的是避免记忆效应发生，不幸的是它也在锂电池上流传之今。

曾经有人因为机器电池电量过低的警告出现后，仍然不充电继续使用一直用到自动关机的例子。

结果这个例子中的机器在后来的充电及开机中均无反应，不得不送客服检修。

这其实就是由于电池因过度放电而导致电压过低，以至于不具备正常的充电和开机条件造成的。

3、对锂电池的正确做法

归结起来，对锂电池在使用中的充放电问题最重要的提示是：

1、按照标准的时间和程序充电，即使是前三次也要如此进行；

2、当出现机器电量过低提示时，应该尽量及时开始充电；

3、锂电池的激活并不需要特别的方法，在机器正常使用中锂电池会自然激活。

如果你执意要用流传的“前三次12小时长充电激活”方法，实际上也不会有效果。

因此，所有追求12小时超长充电和把锂电池用到自动关机的做法，都是错误的。

如果你以前是按照错误的说法做的，请你及时改正，也许为时还不晚。

锂离子电池的原理与应用

自从1958年美国加州大学的一位研究生提出了锂、钠等活泼金属做电池负极的设想后，人类开始了对锂电池的研究。

而从1971年日本松下公司的福田雅太郎发明锂氟化碳电池并使锂电池实现应用化商品化开始，锂电池便以其比能量高,电池电压高，工作温度范围宽，储存寿命长等优点，广泛应用于军事和民用小型电器中，如移动电话、笔记本电脑、摄像机、照相机等。

一、锂离子电池的结构与工作原理

所谓锂离子电池实际上是一种锂离子浓度差电池，正负两极由两种锂离子嵌入化合物组成。

充电时，锂离子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，锂离子从负极脱嵌，经电解质嵌入正极（这种循环被形象的称为摇椅式机制）。

在正常的充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物层间嵌入嵌出，因为过渡金属氧化物LiCoO2、LiNiO2中低自旋配合物多，晶格体积小，在锂离子嵌入脱嵌时，晶格膨胀收缩性小，结晶结构稳定，因此循环性能好，而且充放电过程中，负极材料化学结构基本不变，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过程。

人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。

◎当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。

这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。

◎作为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz（x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=（2＋3x＋5y）/2）等。

◎电解质采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂体系。

◎隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它们复合膜，尤其是PP/PE/PP三层隔膜不仅熔点较低，而且具有较高的抗穿刺强度，起到了热保险作用。

◎外壳采用钢或铝材料，盖体组件具有防爆断电的功能。

二、锂离子电池的种类

根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池（lithiumionbattery,简称为LIB）和聚合物锂离子电池（polymerlithiumionbattery,简称为LIP）两大类。

液态锂离子电池和聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。

一般正极使用LiCoO2，负极使用各种碳材料如石墨，同时使用铝、铜作集流体。

它们的主要区别在于电解质的不同,锂离子电池使用的是液体电解质,而聚合物锂离子电池则以聚合物电解质来代替,这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。

由于聚合物锂离子电池使用了胶体电解质不会像液体电解液泄露，所以装配很容易，使得整体电池很轻、很薄。

也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量；

聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50%以上。

此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比液态锂离子电池有所提高。

基于以上优点，聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。

三、锂离子电池的应用及前景

了解了锂离子电池的原理之后，下面我们来看一下锂离子电池的应用：

锂离子电池的一个应用方向是电动汽车。

进入20世纪80年代，由于工业的发展，汽车产量剧增，大气污染成分的63%来自燃油汽车，为了根治汽车尾气对环境造成的污染，电动汽车及电动汽车电池的开发研究成为国内外汽车行业发展的新热点，而目前电动汽车商品化的难题主要是电池性能满足不了要求，而且价格高，体积大，质量大，而锂离子电池由于具有比能量高，自放电小，循环寿命长，无记忆效应和对环境污染小等优点，成为实现中期目标的电动汽车动力电池之一，1997年7月，美国试验的NissanAltraEV配备了songLA4LB（94Ah,28.8V，90WHkg-1，30㎏）锂离子电池，并于1998年推向加州市场，1997年10月，法国推出了欧洲第一辆使用锂离子电池的电动汽车Peugeot106EV。

目前，在锂离子动力电池研究方面领先的厂商有日本Song、德国Varta和法国Saft，而未来，具更高能量的聚合物锂离子电池（PLIB）将成为远期目标的电动车用锂离子电池。

而锂离子电池的主要应用领域为便携电子产品，如手机、笔记本电脑。

目前，移动电话和笔记本电脑两个领域的液态锂离子电池（LIB）用量已占全世界锂离子电池市场的90%，1999年，全世界的移动电话有42%使用LIB电池，笔记本电脑有67%使用LIB电池，据估算，到2010年，移动电话和笔记本电脑所用的电池中LIB电池和PLIB电池将会占有71%的市场。

中国1999年底，已有移动电话用户4600万人，占全国人口的4%，手机拥有量名列世界第三位，到2001年，中国拥有手机的数量已占全国人口的10%，而发达国家移动电话用户已达30%，可见，中国具有巨大的锂离子电池潜在市场，2001年，全球锂电池用量已达6.65亿只，其中，诺基亚、摩托罗拉、爱立信三大厂商共销售锂电池2.1亿只，日本锂电池产值，目前仍占全球的90%以上，日本三洋、松下、索尼是世界前三名的生产厂家，可以说，随着手机和笔记本电脑的普及，锂离子电池已经与我们实现了零距离，而我们越来越关心的是如何判断电池性能的好坏，及如何去保养电池，下面简单谈一下这两个问题：

电池性能一般通过以下几个方面来评价：

（1）容量：

容量是指在一定放电条件下，可以从电池获得的电量，即电流对时间的积分，一般用mAh或Ah来表示，它直接影响电池的最大工作电流和工作时间。

（2）放电特性和内阻：

放电特性是指电池在一定的放电制度下，其工作电压的平稳性，电压平台的高低以及电流放电性能等，它表明电池带负载能力。

（3）贮存性能：

贮存一段时间后，电池会因某些因素的影响使性能发生变化，导致电池自放电，电解液泄漏，电池短路等。

（4）循环寿命：

指电池按照一定的制度进行充放电，性能衰减到某一程度时的循环次数。

（5）内压和耐过充电性能：

如果电池内部压力达不到平衡或平衡压力过高，就会使限位装置开启而引起电池泄气或漏液，从而导致电池失效，如果限压装置失败，则有可能引起电池壳体开裂或爆炸。

国际上规定了非常严格的标准，一只合格的锂离子电池在安全性能上应满足以下条件：

（1）短路：

不起火，不爆炸

（2）过充电：

不起火、不爆炸

（3）热箱试验：

不起火，不爆炸（150℃恒温10min）

（4）针刺：

不爆炸（用Ф3㎜针穿透电池）

（5）平板冲击：

不起火，不爆炸（10㎏重物自1m高处砸向电池）

（6）焚烧：

不爆炸（煤气火焰烧烤电池）

综上所述，锂离子电池自上世纪初产业化以来，一直处于快速发展的趋势之中。

目前锂离子电池已被广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、数码相机等便携式产品，同时其作为动力电池的基本条件已经具备，正在向电动自行车、摩托车及汽车等方向发展。

可见，锂离子电池的市场前景和容量均较为广阔，根据新材料在线的预测，全球锂电池的需求将保持年均10%左右的增长速度，我国的锂离子电池需求量也将保持快速增长趋势。

因此对于众多锂离子电池生厂家来说，进一步改善其设计及提高其性能，尽早设计出安全实用、质量优异的产品，就能更早的在市场中占据领先地位，抢占商机。

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。

锂离子电池是怎样工作的？

锂离子电池已成为目前具实用意义、最好的充电电池体系。

锂离子电池负极是可大量储锂的碳素材料，正极是含锂的过渡金属氧化物、磷化物如LiCoO2、LiFePO4等，电解质是锂盐的有机溶液。

锂离子电池具有工作电压高（3.6V）、能量密度高（分别是Ni/Cd和Ni/MH电池的3和1.5倍）、完全无记忆效应，自放电小（是镍氢电池的15%），安全环保等优点。

锂离子电池工作原理图

锂离子电池的性能特点是什么？

与目前广泛使用的Ni-Cd和Ni-MxH电池相比,商业化锂离子电池具有以下优点:

工作电压高,（4.2-3.6V）。

相当于3节Ni-Cd和Ni-MxH电池。

　　能量密度高,目前能量密度为140Wh/Kg,350Wh/l,是Ni-Cd的四倍,Ni-MxH的两倍.而且其能量密度每年增加5%。

　　能量效率高,锂离子电池为99%,Ni-MxH为55-65%,NiCd为55-75%。

　　自放电率小,一般自放电率小于6%。

　　循环寿命长。

　　无任何记忆效应。

　　不含重金属及有毒物质,不污染环境,是真正的绿色电源。

　　可以大电流充放

如何正确使用锂离子电池？

正确使用锂离子电池应注意以下几点：

　　避免在严酷条件下使用，如：

高温、高湿度、夏日阳光下长时间暴晒等，避免将电池投入火中；

　　装、拆电池时，应确保用电器具处于电源关闭状态；

　　使用温度应保持在-20~55℃之间；

　　避免将电池长时间"

存放"

在停止使用的用电器具中；

如何正确储存锂离子电池？

如果要较长时间储存锂离子电池，请务必注意以下条件：

　　请将锂离子电池储存于干燥通风处；

　　储存温度应保持在-30~60℃之间；

　　储存前，请将电池充电至50%满电，并于半年时再次充电；

　　请将电池置于儿童无法拿到的地方。

锂离子电池的充电要注意哪些方面？

　　使用专用充电器；

　　充电温度保持在0~50℃之间。

锂离子电池的使用寿命是多长？

锂离子电池的使用寿命取决于使用条件及使用方法等多种因素。

从理论上讲，大约可充放电500次左右。

锂离子电池充电前需要放电吗？

锂离子电池没有记忆效应，无需放电。

锂电池原理

锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳．常见的正极材料主要成分为LiCoO2