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1、锂电池基础知识（一）锂电池的构成 锂电池主要由两大块构成，电芯和保护板PCM（动力电池一般称为电池管理系统BMS），电芯相当于锂电池的心脏，管理系统相当于锂电池的大脑。 电芯主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜和外壳构成，而保护板主要由保护芯片（或管理芯片）、MOS管、电阻、电容和PCB板等构成。锂电池的产业链结构如下图： 电芯的构成如下面两图所示: 锂电池的PACK的构成如下图所示: （二）锂电池优缺点锂电池的优点很多，电压平台高，能量密度大（重量轻、体积小），使用寿命长，环保。锂电池的缺点就是，价格相对高，温度范围相对窄，有一定的安全隐患（需加保护系统）。对比参数 各类电池铅酸电池镍镉电

2、池（Ni-Cd）镍氢电池（Ni-MH）锂电池标称电压(V)21.21.23.2/3.6/3.7重量能量密度(Wh/kg)253040456065120200体积能量密度（Wh/L）6580150180300350350400最佳工作温度()-4070-2060-2045045安全性安全安全安全有一些隐患环保铅污染镉污染环保环保循环寿命（次）20030050010005001500电池成本(RMB/Wh)0.61.02.02.62.53.82.03.5充电器成本低(稳压源)一般（恒流源）一般（恒流源）高(恒流恒压)（三）锂电池分类锂电池可以分成两个大类：一次性不可充电电池和二次充电电池（又称为蓄

3、电池）。不可充电电池如锂二氧化锰电池、锂-亚硫酰胺电池。二次充电电池又可以分为下面根据不同的情况分类。1 按外型分：方形锂电池（如普通手机电池）和圆柱形锂电池（如电动工具的18650）；2 按外包材料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；3按正极材料分：钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、三元锂（LiNixCoyMnzO2）、磷酸铁锂（LiFePO4）；4 按电解液状态分：锂离子电池（LIB）和聚合物电池（PLB）；5 按用途分：普通电池和动力电池。6 按性能特性分：高容量电池、高倍率电池、高温电池、低温电池等。 （四）常用术语解释1. 容量(Capacity)指一定的放电条件下

4、可以从电池锂获得的电量。我们在高中学物理是知道，电量的公式为Q=I*t，单位为库伦，电池的容量单位规定为Ah（安时）或mAh（毫安时）。意思是1AH的电池在充满电的情况下用1A的电流放电可以放1个小时。以前的NOKIA的老手机的电池（像BL-5C）一般是500mAh，现在的智能手机电池8001900mAh，电动自行车一般都是1020Ah，电动汽车一般都是20200Ah等。2. 充放电倍率（Charge-Rate/Discharge-Rate）表示以多大的电流充电、放电，一般以电池的标称容量的倍数为计算，一般称为几C。像容量1500mAh的电池，规定1C=1500mAh，如果以2C放电也就是以3

5、000mA的电流放电，0.1C充放电就是以150mA的电流充放电。3. 电压（OCV: Open Circuit Voltage）电池的电压一般指锂电池的标称电压（也叫额定电压）。普通锂电池的标称电压一般为3.7V，我们也称其电压平台为3.7V。我们说的电压一般指的是电池的开路电压。当电池2080%的容量时，电压集中在3.7V左右（3.63.9V左右），容量太高或太低，电压变化较大。4. 能量（Energy）/功率（Power）电池以一定的标准放电，电池所能放出的能量（E），单位为Wh（瓦时）或KWh（千瓦时），另外1KWh=1度电。物理书上有基本概念，E=U*I*t，也等于电池电压乘以电池的

6、容量。而功率的公式为，P=U*I=E/t，表示单位时间能够释放的能量。单位为W（瓦）或KW（千瓦）。像容量为1500mAh的电池，标称的电压一般为3.7V，故对应的能量为5.55Wh。5. 内阻（Resistance）由于充放电时不能等效为一个理想的电源，有一定的内阻。内阻是要消耗能量的，当然内阻越小越好。电池内阻单位用毫欧（m）。一般电池的内阻由欧姆内阻和极化内阻组成，内阻的大小受电池的材料、制造工艺，还有电池的结构的影响。6. 循环寿命（Cycle Life）电池充电和放电一次就称为一个循环，循环使用寿命是衡量电池寿命性能的一个重要指标。IEC标准规定手机锂电池，0.2C放电至3.0V，1

7、C充电至4.2 V，反复循环 500次后电池容量应保持为初始容量的60%以上。也就是说锂电池的循环寿命为500次。国标规定，循环寿命300次后，容量应保持初始容量的70%。电池容量低于初始容量的60%一般要考虑报废处理了。7. 放电深度（DOD: Depth of Discharger）定义为电池放出的容量占额定容量的百分比。锂电池一般放电深度越深，电池寿命越短。8. 终止电压（Cut-Off Voltage）终止电压分为充电终止电压和放电终止电压，也就是说电池不能继续充电或放电的电压，在终止电压下再继续充电或放电对电池的寿命影响很大。锂电池的充电终止电压一般为4.2V，放电终止电压为3.0V

8、。锂电池超过终止电压的深充或深放是严格禁止的。9. 自放电率（Self-Discharge）指电池在存放期间容量的下降率，用单位时间内容量下降的百分比表示。一般的锂电池的自放电率为2%9%/月。10. SOC(State of Charge)指电池的剩余电量与可以放出总电量的百分比，0100%。反映电池剩余电量情况。（五）电池命名规则不同的厂家有不同的命名规则，但通用电池大家都遵循统一的标准，根据电池的名称可以知道电池的尺寸等。IEC61960规定，圆柱形和方形电池的规则如下：1. 圆柱形电池，3个字母后跟5个数字，3个字母，第一个字母表示负极材料，I表示有内置的锂离子，L表示锂金属或锂合金电

9、极。第二个字母表示正极材料，C表示钴，N表示镍，M表示锰，V表示钒。第三个字母为为R表示圆柱形。5个数字，前2个数字表示直径，后3个数字表示高度，单位都为mm。2. 方形电池，3个字母后更6个数字，3个字母，前两个字母的意义和圆柱形一样，后一个字母为P表示为方形。6个数字，前2个数字表示厚度，中间2个表示宽度，后面2个表示高度（长度），单位也为mm。如：ICR 18650就是直径为18mm，高度为65mm的通用的18650圆柱形电池；ICP 053353就是厚度为5mm，宽度为33mm，高度（长度）为53mm的方形电池。 （六）锂电池工艺不同的电池、不通的厂家工艺流程有一定的差异，详细的工艺流

10、程会很复杂，下面列出基本的工艺流程，电芯制作的工艺流程和PACK制作的工艺流程。电芯生产工艺流程主要为极片制造、电芯制作、电池装配、注液、化成、分选等工序。从配料到卷绕，是正极、负极分不同的车间同时做的，正负极做好后再一起做后面的工序。中间会插入不同的品质检测QA环节。（七）电池的成组和串并联应用在不同的领域中，对电池的要求不一样，系统对电压，容量，内阻等都有一些特殊的要求。往往单节电池不能满足要求，需要电池串并联后才能给外供电。电池串并联后的性能由最差那一节电池的性能决定，也就是我们常说的“木桶原理”，因此电池成组最重要的一点就是电池性能参数的一致性。像笔记本，电动自行车，电动汽车，储能系统

11、等都需要考虑电池的串并联组成电池包。笔记本电池电压一般是11.1V或14.8V，主要采用18650电池，所以一般2串3并或2串4并。Apple iPAD就是3块聚合物电池并联，容量25Wh左右。电动自行车和电动摩托车系统一般是24V、36V、48V、60V、72V系统，具体成组情况见下表（S代表串联）。纯电动汽车和混合动力（EV/PHEV）电压更高，250500V左右，最大会串联到150节以上。 另外电池成组串并联是要考虑很多东西，电池的电压平台的一致性，电池的容量的一致性，电池的内阻的一致性等。 电池的串并联后其参数的一致性对电池的性能和寿命有很大的影响。电池包电压锰酸锂/三元锂磷酸铁锂12

12、V4S4S18V5S6S24V7S8S36V10S12S48V13S15S/16S60V16S19S64V18S20S72V20S23S （八）各种动力电池对比动力电池主要是更具其应用来考虑的，主要应用在电动电动汽车、电动自行车、电动工具等。动力电池区别于普通电池又其一定的特殊性：1. 电池的串并联2. 电池的容量较大3. 电池的放电倍率较大（混合动力和电动工具）4. 电池的安全性要求较高5. 电池的工作温度范围较宽6. 电池的使用寿命长，一般要求510年由于动力电池的特殊性，其工艺和材料的也存在一定的差异，根据正极材料的情况主要分为锰酸锂（LiMn2O4）、三元锂（LiNixCoyMnzO2

13、）、磷酸铁锂（LiFePO4）等，其电压平台、能量密度、价格、安全性等都有一定的差异，具体见下表的对比：（其中钴酸锂由于其稳定性较差，价格较高等原因很少用做动力电池，放在下表一并列出对比）序号参数钴酸锂三元锂锰酸锂磷酸铁锂1振实密度（g/cm3）2.83.02.02.32.22.41.01.42比表面积（m2/g）0.40.60.20.40.40.812203容量密度（Ah/kg）1351401551651001151301404电压平台（V）3.73.63.63.25循环性能30080050020006过度金属贫乏贫乏丰富非常丰富7原料成本很高高低廉低廉8环保含钴含镍、钴无毒无毒9安全性能差较好良好优秀10适用领域小电池小电池、小型动力电池动力电池动力电池、超大容量电源（九）锂电池模型电池内阻在电气特性上，不完全等效为一个电阻，具体可以参考国外的PNGV等效电路模型。如下图所示。电池的内阻主要由欧姆内阻R0还有极化内阻R1构成，其中C1为极化电容。电池的内阻测量业内有2种主流的测试方式，直流放电法和交流注入法，不能用普通的测电阻的方法测量得到，一般用专门的内阻测量仪测试。电池的内阻是反映电池的性能和寿命的一个重