鋰離子電池原理及基本引數技術規範

2021-03-04 01:22:59 字數 4603 閱讀 8911

鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成,負極則是特殊分子結構的碳。常見的正極材料主要成分為 licoo2 (也有其他鋰鹽可作為正極材料),充電時,加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物發布鋰離子,嵌入負極分子排列呈片層結構的碳中。放電時,鋰離子則從片層結構的碳中析出,重新和正極的化合物結合。

鋰離子的移動產生了電流。

化學反應原理雖然很簡單,然而在實際的工業生產中,需要考慮的實際問題要多得多:正極的材料需要新增劑來保持多次充放的活性,負極的材料需要在分子結構級去設計以容納更多的鋰離子;填充在正負極之間的電解液,除了保持穩定,還需要具有良好導電性,減小電池內阻。

雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應,記憶效應的原理是結晶化,在鋰電池中幾乎不會產生這種反應。但是,鋰離子電池在多次充放後容量仍然會下降,其原因是複雜而多樣的。主要是正負極材料本身的變化,從分子層面來看,正負極上容納鋰離子的空穴結構會逐漸塌陷、堵塞;從化學角度來看,是正負極材料活性鈍化,出現副反應生成穩定的其他化合物。

物理上還會出現正極材料逐漸剝落等情況,總之最終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動的鋰離子數目。

過度充電和過度放電,將對鋰離子電池的正負極造成永久的損壞,從分子層面看,可以直觀的理解,過度放電將導致負極碳過度發布鋰離子而使得其片層結構出現塌陷,過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負極碳結構裡去,而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。這也是鋰離子電池為什麼通常配有充放電的控制電路的原因。

不適合的溫度,將引發鋰離子電池內部其他化學反應生成我們不希望看到的化合物,所以在不少的鋰離子電池正負極之間設有保護性的溫控隔膜或電解質新增劑。在電池公升溫到一定的情況下,複合膜膜孔閉合或電解質變性,電池內阻增大直到斷路,電池不再公升溫,確保電池充電溫度正常。

鋰離了電池的充放電原理(以石墨為負極、licoq2為正極為例)簡示如圖下。

電極反應如下:

正極1-6)

負極1-7)

總的反應

1-8)

極中(以licoq2為例),和各自位於立方緊密堆積氧層中交替的八面體位置。充電時,鋰離子從八面體位置發生脫嵌,釋放乙個電子,氧化為;放電時,鋰離子嵌入到八面體位置,得到乙個電子,還原為。而在負極中,當鋰插入到石墨結構中後,石墨結構與此同時得到一定的靜電作用,因此鋰的實際大小比在正極中要大。

在多種有關鋰離子電池工作原理示意圖中,我們選擇圖1-1作為說明,在一定程式上更科學些。在「鋰離子電池」的命名以前,也有人將該種型別的鋰二次電池稱為「搖椅電池」,因為鋰在正極和負極之間來回擺動。

可充電的鋰離子電池具有輸出電壓高、比能量高、放電電壓穩定、工作溫度範圍寬、自放電率低、儲存壽命長、無記憶效應等優點,應用越來越廣泛,特別是手機的小型化及普及,使鋰離子電池用量猛增。為了適應各種不同的可攜式電子產品的需要,除單節鋰離子電池外,還有2~4節鋰離子電池組成的電池組。

鋰離子電池較為「嬌氣」,若在充電過程中充電電壓高於規定電壓,充電電流超過規定電流;或在放電過程中有過大的放電電流;放電到終止放電電壓還繼續放電,就會損壞電池或使之報廢。由於目前鋰離子電池**較貴,因此開發出各種保護元件、保護器及監控器,它們可有效地保護鋰離子電池在充電或使用不當而損壞,監控電池能量的訊號輸出。

ptc聚合物保護元件是最簡單的保護器,它可保護鋰離子電池在充電或放電過程中不因過大充、放電流或短路而造成電池損害。但它解決不了在充電過程中的充電電壓過高(過充電)或放電過程中的電池電壓過低(低於終止放電電壓,稱過放電),所以開發出功能完善的保護器積體電路。

鋰離子電池的基本引數及技術規範

1、描述和定義

1.1電池連線端的描述和定義

1.1.1 p+ 電池的輸出正極

1.1.2 t 熱敏電阻的訊號端

1.1.3 p- 電池的輸出負極

1.2 充電方式

標準充電方式(0.2c5a) i恆=130ma, v恆=4.2v(環境溫度範圍:0~45℃)

快速充電方式(1c5a) i恆=650ma, v恆=4.2v(環境溫度範圍:10~45℃)

1.3 放電電流

快速放電電流(1c5a) 650ma

最大放電電流(2c5a) 1.3a

1.4 重量g±2g

1.5 環境溫度

充電溫度 0~45℃

放電溫度 -20℃~50℃

儲存 3個月內(溫度-20℃~45℃,相對濕度:45%~75%,大氣壓強:70~106kpa;)

3個月以上(溫度:5~35℃,相對濕度:45%~75%,大氣壓強:70~106kpa)

1.6 保用期限 1年

2、標準條件下的電氣特性、試驗及判定

2.1 標準測試環境條件

溫度 20℃±5℃

相對濕度 60±15%

大氣壓強 86~106kpa

2.2 測量儀表要求

電壓表要求:測量電壓的儀表的準確度應不低於0.5級,內阻應不小於10kω/v。

電流錶要求:測量電流的儀表準確度應不低於0.5級。

溫度計要求:測量溫度的儀表準確度應不低於±0.5℃。

恆流源的電流恆定可調,其電流變化應在±1%範圍內。

恆壓源的電壓恆定可調,其電壓變化應在±0.5%範圍內。

2.3 充電、放電方法

2.4 電氣效能、試驗方法和判定規則

2.4.1 0.2c5a放電容量

試驗方法:電池按規定充電方式標準充電後,擱置一段時間(0.5h-1h),在20℃±5℃以0.2c5a電流放電到終止電壓。

判定規則:上述試驗可以重複迴圈5次,當迴圈過程中有一次電池放電時間不小於300分鐘,試驗時取該次放電容量。

2.4.2 1c5a放電容量

試驗方法:在環境溫度為(20±5)℃的條件下,電池標準充電後,將電池放入(55±2)℃的高溫箱中恆溫2h,然後以1c5a電流恆流放電至2.75v,將電池取出放在(20±5)℃環境溫度下擱置2h後目視外觀。

判定規則:放電時間不少於51分鐘,外觀應無變形、無漏液、無爆裂。

2.4.3.2 低溫放電試驗

試驗方法:在環境溫度為(20±5)℃的條件下,電池標準充電後,將電池放入

-20℃±2℃的低溫箱中恆溫16~24h,以0.2c5a電流放電至2.75v,將電池取出在環境(20±5)℃的條件下擱置2小時,然後目視電池外觀。

判定規則:放電時間應不小於60%(180)分鐘,外觀應無變形、無漏液。

2.4.4 荷電保持能力

電池標準充電結束後,在環境溫度為(20±5)℃的條件下擱置2小時,將電池開路擱置28d,再以0.2c5a電流進行放電,其放電時間應不低於255分鐘。

2.4.5 迴圈壽命

試驗方法:在環境溫度為(20±5)℃的條件下,以1c5a恆流充電,當電池端電壓達到4.2v時,改為恆電壓充電,直到充電電流小於或等於20ma,停止充電,擱置0.

5h-1h,然後以1c5a電流恆流放電至終止電壓2.75v。放電結束後,擱置0.

5h-1h,再進行下乙個充放電迴圈,電池按上述方法進行充放電迴圈,直到連續兩次放電時間小於48分鐘,則認為壽命終止.

判定規則:迴圈壽命超過400次。

2.4.6 內阻值

試驗方法:使用ac 1khz檢測方法及準確度不低於0.5級的儀表,測量電池介面處正負極之間的內阻值,若檢測儀表在檢測過程中使用附加的電池固定夾具和引線,可以視情況減去固定引線的電阻值,且記錄最大與最小之差值。

判定規則:電池內阻值小於150mω,同批次電池的內阻最大值與最小值的差值不得大於30mω。

3、電池安全效能:所有測試均在標準試驗條件下進行

3.1 過充電電壓保護

用最高電壓通過dc15v的電源給電池充電,當電池電壓高於(4.275±0.1)v時,充電應被禁止,保護啟動延遲時間應在0.

5s-1s。當電池電壓回落於(4.175±0.

1)v以下時,充電過程應可重新開始。

3.2 過放電電壓保護

當電池電壓低於(2.30±0.1)v時,放電應禁止,保護啟動延遲時間應小於1.2s。

3.3 過電流(短路)保護

給電池正負極之間連線乙隻固定負載電阻,當電池放電電流超過(3.5a±1a)時,放電應被禁止,保護啟動延遲時間應小於20ms。

3.4 保護功能電源電壓適應範圍

當電池電壓大於等於(2.70±0.05)v時,有短路線連線正負極,過流保護應能啟動,放電過程應被禁止。

3.5 工作電流消耗

當電池正常工作狀態下,保護板電流消耗應小於10μa。

3.6 靜態電流消耗

電池處在欠壓,過流保護狀態下,保護板電流消耗應小於1μa。

3.7 靜電esd保護

esd電壓為±15kv時,電池各項保護功能工作正常。

4、 安全效能試驗方法及判定

4.1 過充電保護效能

試驗方法:電池快速充電結束後,用電壓為2倍標稱電壓,可輸出電流為2c5a的電流的外接電源持續給電池載入8h,電池應啟動過充電保護功能。試驗後,檢查電池外觀,測量電池開路電壓。

判定規則:電池外觀應不變形、不爆裂、不**、不冒煙或不漏液。

4.2 過放電保護效能

試驗方法:在環境溫度(20±5)℃的條件下,以0.2c5a恆流放電至過放電保護電壓後,外接30ω負載放電24h,然後檢查電池外觀,測量開路電壓。

判定規則:電池應不變形、不爆裂、不**、不冒煙或不漏液。

4.3 內阻值

試驗方法:使用ac 1khz檢測方法及準確度不低於0.5級的儀表,測量電池介面處正負極之間的內阻值,若檢測儀表在檢測過程中使用附加的電池固定夾具和引線,可以視情況減去固定引線的電阻值,且記錄最大與最小之差值。

鋰離子電池原理及工藝流程

一 原理 1.0 正極構造 licoo2 鈷酸鋰 導電劑 乙炔黑 粘合劑 pvdf 集流體 鋁箔 正極 2.0 負極構造 石墨 導電劑 乙炔黑 增稠劑 cmc 粘結劑 sbr 集流體 銅箔 負極 3.0工作原理 3.1 充電過程 如上圖乙個電源給電池充電,此時正極上的電子e從通過外部電路跑到負極上,...

鋰離子電池原理及工藝流程

3.電壓低 產生原因 a.副反應 電解液分解 正極有雜質 有水 b.未化成好 sei膜未形成安全 c.客戶的線路板漏電 指客戶加工後送回的電芯 d.客戶未按要求點焊 客戶加工後的電芯 e.毛刺 f.微短路 g.負極產生枝晶。4.超厚 產生超厚的原因有以下幾點 a.焊縫漏氣 b.電解液分解 c.未烘乾...

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一 原理 1.0正極構造 licoo2 鈷酸鋰 導電劑 乙炔黑 粘合劑 pvdf 集流體 鋁箔 正極 2.0負極構造 石墨 導電劑 乙炔黑 增稠劑 cmc 粘結劑 sbr 集流體 銅箔 負極 3.0工作原理 3.1充電過程 如上圖乙個電源給電池充電,此時正極上的電子e從通過外部電路跑到負極上,正鋰離...