锂离子电池基础知识普及《高手就不要看了吧》

tingni · 发表于 2004-11-17 03:25

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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。

锂离子电池基础知识普及《高手就不要看了吧》

[此贴子已经被作者于2004-11-16 20:55:01编辑过]

tingni · 发表于 2004-11-17 04:39

占位5

tingni · 发表于 2004-11-17 04:39

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400 W.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。

[此贴子已经被作者于2004-11-22 19:45:55编辑过]

tingni · 发表于 2004-11-17 04:38

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。
ICR20/1050
ICP083448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。

[此贴子已经被作者于2004-11-19 16:40:32编辑过]

tingni · 发表于 2004-11-17 04:34

要注意的几点
1 0.2c，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/cv 0.5c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

[此贴子已经被作者于2004-11-17 20:59:22编辑过]

失地农民 · 发表于 2004-11-17 20:50

这么好的帖怎么不顶，通俗易懂。

Raptor · 发表于 2004-11-18 20:19

<DIV class=quote>以下是引用XENON在2004-11-16 20:57:12的发言：

另外，也纠正一下，电池不是电容，里面没有“电量”，</DIV>
电量和电容有必然联系吗？

suns · 发表于 2004-11-18 22:44

好啊。这个叫理论指导实践[em07]

lymex · 发表于 2004-11-19 00:40

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.

suns · 发表于 2004-11-19 17:10

看了大家的贴子，大都希望有锂电池充电器，估计是因为市面上铬镍/镍氢电池充电器满天飞，而锂电池充电器很少见到吧？这个可能也因为锂电池外观尺寸种类太多，生产锂电池充电器难于统一开发模具，成本很难降低，所以厂商热情不高。在一个电子技术网站有人正召集志愿者协同设计智能充电器，我去看看，如果能挤出时间，我也加入。设计成果没准能为大家所用，给筒友们做点贡献[em05]

tingni · 发表于 2004-11-19 21:51

不好意思，昨天停电，今天厂庆，都没时间写了，周末又要休息，下周再写吧。智能充电器电路根本不用设计了，atmel有现成的应用笔记，是tiny15和4434的设计，支持所有充电电池类型，只要更换程序就可以了，也是下面我要贴的倒是外壳没有现成的，如果做出来的话倒是很好，不过如果没有商业运营，谁来开模呢，我担心做不做的出，要是有商业运作，那就要考虑版权问题，等等。反正想出活不容易啊。希望可以有更好更便宜的东西用。

Raptor · 发表于 2004-11-20 16:50

<DIV class=quote>以下是引用XENON在2004-11-19 19:39:48的发言：

有啊，电容里面才有电量，单位是库仑。电池里面没有电量，只有化学能。</DIV>

电池的容量单位是AH，也就是电流乘上时间，结果的量纲是什么？就是电量！
和你说的恰恰相反，电容自身是没有电量的，其电量完全来自外部。

innly1999 · 发表于 2004-11-21 04:06

[em04]

jjlqg · 发表于 2004-11-27 01:17

好帖子

失地农民 · 发表于 2004-11-28 19:47

我再来顶一下，见意更多的玩家来看一下，收获定会不少的。贴主继续呀。

aman888 · 发表于 2005-9-17 06:27

好帖就要顶！！

hhh7 · 发表于 2005-11-11 20:40

好帖子阿，必看！

tzzlj · 发表于 2005-11-11 23:49

是好东东

老糊涂 · 发表于 2005-11-12 17:46

请教一下楼主:我刚邮购的LID123A-L电池,有3V的锂电规格吗?常说只有3.6V多的,我又好象在哪看到介绍说"3V的是里面加了保护电路的,因而电压低一点"对吗?那个"力兴"的充电器不知有无你上面说的充电三阶段和一些保护电路?有人解剖过吗?了解后使用起来也心里踏实!

老糊涂 · 发表于 2005-11-12 17:59

我脸厚再问个问题:能将通常里电冲电的三个阶段的参数的确定方法讲讲吗?谢谢!

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