鋰離子二次電池簡介
概述： 鋰離子二次電池是指li+嵌入化合物為正、負極的二次電池，正極採用鋰化合物licoo2、limn2o4,負極採用鋰—碳層間化合物lixc6，電解質為溶解有鋰鹽lipf6、liasf6等的有機溶液。在充、放電過程中，li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象地稱為「搖椅電池」（rocking chair batteries,縮寫為rcb）。
鋰離子二次電池由於工作電壓高（3.6v）、無記憶效應、無汙染、自放電小、迴圈壽命長，在移動**、攝相機、膝上型電腦、可攜式電器上得到大量應用。
一、 工作原理
1、化學反應方程式
鋰離子電池正極主要成分為licoo2，負極主要為c，充電時
正極反應：licoo2li( 1-x) coo2 + xli+ + xe-
負極反應：c + xli+ + xeclix
電池總反應：licoo2 + cli ( 1-x) coo2 + clix
放電時發生上述反應的逆反應。
2、化學反應原理圖
二、 命名
根據iec61960標準二次鋰電池的標識如下:
1. 電池標識組成3個字母後跟5個數字（圓柱形）或6個（方形數字）；
2. 第乙個字母表示電池的負極材料：i表示有內建電池的鋰離子，l表示鋰金屬電極或鋰合金電極;
3. 第二個字母表示電池的正極材料：c基於鈷的電極，n基於鎳的電極，m基於錳的電極v基於釩的電極;
4. 第三個字母表示電池的形狀：r表示圓柱形電池，p表示方形電池;
5. 數字:圓柱形電池5個數字分別表示電池的直徑和高度,直徑的單位為公釐,高度的單位為十分之一公釐，直徑或高度任一尺寸大於或等100mm時兩個尺寸之間應加一條斜線。
方型電池6個數字分別表示電池的厚度、寬度和高度，單位均為公釐，三個尺寸任乙個大於或等於100mm時尺寸之間應加斜線，三個尺寸中若有任一小於1mm,則在此尺寸前加字母t，此尺寸單位為十分之一公釐。
例如：icr18650：表示乙個圓柱形二次鋰離子電池正極材料為鈷其直徑約為18mm高約為 65mm。
icr20/1050
icp083448：表示乙個方形二次鋰離子電池正極材料為鈷，其厚度約為8mm,寬度約為34mm，高約為48mm。
icp08/34/150：表示乙個方形二次鋰離子電池正極材料為鈷其厚度約為8mm,寬度約為34mm，高約為150mm。
icpt73448：表示乙個方形二次鋰離子電池正極材料為鈷其厚度約為0.7mm,寬度約為34mm，高約為48mm。
三、 組成結構
1、 正極
正極材料一般由鈷酸鋰、導電石墨、碳黑、粘接劑、溶劑等組成。
2、 負極
負極材料一般由碳黑、粘接劑、溶劑等組成。
3、 隔膜紙
隔膜紙由pp、pe複合膜組成，厚度一般為25微公尺，國內有些廠家也有用16微公尺的，著名的生產廠家有日本ube。
4、 電解液
電解液為溶解有鋰鹽lipf6、liasf6等的有機溶液，常用的有機溶液有ec（碳酸乙烯酯）、dec（二乙基碳酸）、dmc（二甲基碳酸）等。
5、 絕緣墊片
6、 外殼
有鋼殼和鋁殼。
四、 製造工藝
五、 效能指標
1、充電模式
標準充電：在環境溫度20±5℃的條件下，以0.2c5a恆流充電，當電池端電壓達到充電限制電壓4.20v時，改為恆壓充電，直到充電電流小於0.01c5a，停止充電。
快速充電：在環境溫度20±5℃的條件下，以1c5a恆流充電，當電池端電壓達到充電限制電壓4.2v時，改為恆壓充電，直到充電電流小於10ma，停止充電。
2、電壓
標稱電壓：指的是在正常工作過程中表現出來的電壓,二次鋰電池標稱電壓為3.6v。
開路電壓：指在外電路斷開時，電池兩個極端間的電位差；
終點電壓：指電池放電實驗中，規定的結束放電的截止電壓；
中點電壓：指放到50%容量時，電池的電壓主要用來衡量大電流放電系列電池高倍率放電能力，是電池的乙個重要指標。
3、內阻
電池的內阻是指電池在工作時,電流流過電池內部所受到的阻力,一般分為交流內阻和直流內阻,由於充電電池內阻很小,測直流內阻時由於電極容量極化,產生極化內阻,故無法測出其真實值,而測其交流內阻可免除極化內阻的影響,得出真實的內值.
交流內阻測試方法為:利用電池等效於乙個有源電阻的特點,給電池乙個1000hz,50ma的恆定電流,對其電壓取樣整流濾波等一系列處理從而精確地測量其阻值.
充電態內阻指電池100%充滿電時的內阻,放電態內阻指電池充分放電時後的內阻.
一般說來,放電態內阻不太穩定,且偏大,充電態內阻較小,阻值也較為穩定.在電池的使用過程中,只有充電態內阻具有實際意義,在電池使用的後期,由於電解液的枯竭以及內部化學物質活性的降低,電池內阻會有不同程度的公升高.
4、容量
指在一定放電條件下,電池放電至截止電壓時放出的電量。iec標準規定電池在20±5℃環境下,恆流(1c)恆壓(4.2v)控制的充電條件下,充電3 h再以0.
2c放電至2.75v時,所放出的電量為其額定容量（電池容量）,電池容量的單位有ah,mah(1ah=1000mah).
5、平台
指電池充滿電（即4.2v）後，以恆定電流放電至3.60v時的放電時間，放電平台有0.2c5放電平台和0.5c5放電平台。
6、溫度特性
高溫效能
電池充電結束後，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。放電時間不小於51分鐘。
後將電池取出在環境溫度20±5℃的條件下擱置2h,電池外觀無變形、無爆裂。
低溫效能
電池充電結束後，將電池放入-20±2℃的低溫箱中恆溫16—24h後，以0.2c5a電流恆流放電至終止電壓 2.75v。
放電時間不小於3.5h。後將電池取出在環境溫度20±5℃的條件下擱置2h，電池外觀無變形、無爆裂。
7、自放電率（荷電保持能力）
自放電又稱荷電保持能力，它是指在開路狀態下，電池儲存的電量在一定環境條件下的保持能力。一般而言，自放電主要受製造工藝，材料，儲存條件的影響自放電是衡量電池效能的主要引數之一。一般而言，電池儲存溫度越低，自放電率也越低，但也應注意溫度過低或過高均有可能造成電池損壞無法使用，byd常規電池要求儲存溫度範圍為-20—45℃。
電池充滿電開路擱置一段時間後，一定程度的自放電屬於正常現象。iec標準規定：電池充滿電後，在溫度為20±5℃的條件下，開路擱置28天，再以0.
2c放電至終止電壓，放電時間應不低於4.25小時。
一般採用24小時自放電來快速測試其荷電保持能力,將電池以0.2c放電至3.0v,恆流恆壓1c充電至4.
20v,截止電流:10ma,擱置15分鐘後,以1c放電至3.0v測其放電容量c1,再將電池恆流恆壓1c充電至4.
2v,截止電流10ma,擱置24小時後測1c容量c2 ,c2/c1*100%應大於99%。
8、迴圈壽命
iec規定鋰電池標準迴圈壽命測試為:
在環境溫度20±5℃的條件下，以1c充電，當電池端電壓達到充電限制電壓時，改為恆壓充電，直到充電電流小於或等於20mah，停止充電，擱置0.5—1小時，然後以1c電流放電至終止電壓，放電結束後，擱置0.5—1小時，再進行下乙個充放電迴圈，直至連續兩次放電時間小於36分鐘，則認為壽命終止。
9、安全保護效能
過充電保護
過放電保護
短路保護
10、貯存效能
進行貯存效能試驗的電池應選自生產日期到試驗日期不足3個月的電池，電池貯存前應先充入40%—50%的容量，然後在環境溫度20±5℃，相對濕度45%—85%的環境中貯存。貯存12個月後，電池經完全充電，0.2c放電時間不小於4小時。
六、 常見故障分析
1、電池出現零電壓或低電壓的可能原因是什麼？
1. 電池遭受外部短路或過充,反充(強制過放)；
2. 電池受高倍率大電流連續過充,導致電池極芯膨脹,正極直接接觸短路。
3. 電池內部短路，或微短路，如：正負極片有毛刺穿透隔膜紙接觸短路，正負極片放置不當，造成極片接觸短路，或正極片接觸鋼殼短路，負極掉料進隔膜紙，隔膜紙本身有缺陷，正極極耳接觸負極片短路。
2、電池組零電壓或低電壓的可能原因有哪些？
1. 是否單支電池零電壓；
2. 插頭短路,斷路,與插頭連線不好 ；
3. 引線與電池脫焊,虛焊；
4. 電池內部連線錯誤,連線片與電池之間漏焊,虛焊,脫焊等；
5. 電池內部電子元件連線不正確,損壞。
3、電池電池組充不進電的可能原因是什麼?
1. 電池零電壓或電池組中有零電壓電池 ；
2. 電池組連線錯誤,內部電子元件,保護電路出現異常；
3. 充電裝置故障,無輸出電流;
4. 外部因素導致充電效率太低(如極低或極高溫度)。
4、電池電池組無法放電的可能原因是什麼?
1. 電池經儲存,使用後,壽命衰減;
2. 充電不足或未充電;
3. 環境溫度過低;
4. 放電效率較低,如大電流放電時普通電池由於內部物質擴散速度跟不上反應速度,造成電壓急劇下降而無法放出電。
5、環境溫度對電池效能有何影響？
在所有的環境因素中，溫度對電池的充放電效能影響最大，在電極/電解液介面上的電化學反應與環境溫度有關，電極/電解液介面被視為電池的心臟。如果溫度下降，電極的反應率也下降，假設電池電壓保持恆定，放電電流降低，電池的功率輸出也會下降。如果溫度上公升則相反，即電池輸出功率會上公升，溫度也影響電解液的傳送速度溫度上公升則加快，傳送溫度下降，傳送減慢，電池充放電效能也會受到影響。
但溫度太高，超過45℃，會破壞電池內的化學平衡，導致副反應。
鎳鎘鎳氫電池的放電效率在低溫會有顯著的降低（如低於-15℃），而在-20℃時，鹼液達到起凝固點，電池充電速度也將大大降低。在低溫充電低於0℃會增大電池內壓並可能時安全閥開啟。為了有效充電，環境溫度範圍應在5~30℃之間，一般充電效率會隨溫度的公升高而公升高，但當溫度公升到45℃以上，高溫下充電電池材料的效能會退化，電池的迴圈壽命也將大大縮短 。
6、不同容量的電池組合在一起使用會出現什麼問題?
如果將不同容量或新舊電池混在一起使用,有可能出現漏液,零電壓等現象。這是由於充電過程中，容量差異導致充電時有些電池被過充，有些電池未充滿電，放電時有容量高的電池未放完電，而容量低的則被過放。如此惡性迴圈，電池受到損害而漏液或低（零）電壓。
7、什麼是短路對電池效能有何影響？
電池外兩端連線在任何導體上都會造成外部短路，電池型別不同，短路有可能帶來不同嚴重程度的後果。如：電解液溫度公升，內部氣壓公升高，等氣壓值如果超過電池蓋帽耐壓值，電池將漏液。
這種情況嚴重損壞電池。如果安全閥失效，甚至會引起**。因此切勿將電池外部短路。
8、什麼是記憶效應怎樣消除記憶效應？
記憶效應是針對鎳鎘電池而言的，由於傳統工藝中負極為燒結式，鎘晶粒較粗，如果鎳鎘電池在它們被完全放電之前就重新充電，鎘晶粒容易聚整合塊而使電池放電時形成次級放電平台。電池會儲存這一放電平台並在下次迴圈中將其作為放電的終點，儘管電池本身的容量可以使電池放電到更低的平台上。在以後的放電過程中電池將只記得這一低容量。
同樣在每一次使用中，任何一次不完全的放電都將加深這一效應，使電池的容量變得更低。
要消除這種效應，有兩種方法，一是採用小電流深度放電（如用0.1c放至0v）一是採用大電流充放電（如1c）幾次。對byd鎳鎘電池來說，由於負極的工藝全部為拉漿式，鎘晶粒不會聚集，不存在記憶效應的問題。
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