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bifa必发收藏丨锂离子电池相关的98个必备知识点

来源:网络 |最近更新: 2024-01-25

  bifa必发电池(Batteries)是一种能量转化与储存的装置,它通过反应,将化学能或物理能转化为电能。根据电池转化能量的不同,可以将电池分为化学电池和物理电池。

  化学电池或化学电源就是将化学能转化为电能的装置。它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极,由一种能提供媒体传导作用的化学物质作为电解质,当连接在某一外部载体上时,通过转换其内部的化学能提供电能。

  最主要的区别是活性物质的不同,二次电池的活性物质可逆,而一次电池的活性物质并不可逆。一次电池的自放电远小于二次电池,但内阻远比二次电池大,因此负载能力较低,此外,一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池。

  镍氢电池采用Ni氧化物作为正极,储氢金属作为负极,碱液(主要为KOH)作为电解液,镍氢电池充电时:

  电池常用IEC标准:镍氢电池的标准为IEC61951-2:2003;锂离子电池行业一般依据UL或者国家标准。

  IEC即国际电工委员会(International Electrical Commission),是由各国电工委员会组成的世界性标准化组织,其目的是为了促进世界电工电子领域的标准化。IEC标准是由国际电工委员会制定的标准。

  镍氢电池的主要组成为:正极片(镍氧化物)、负极片(储氢合金)、电解液(主要为KOH)、隔膜纸、密封圈、正极帽、电池壳等。

  锂离子电池的主要组成为:电池上下盖、正极片(活性物质为氧化锂钴)、隔膜(一种特殊的复合膜)、负极(活性物质为碳)、有机电解液、电池壳(分为钢壳和铝壳两种)等。

  是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力。由欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻大,会导致电池放电工作电压降低,放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。是衡量电池性能的一个重要参数。注:一般以充电态内阻为标准。测量电池的内阻需用专用内阻仪测量,而不能用万用表欧姆档测量。

  电池的标称电压指的是在正常工作过程中表现出来的电压, 二次镍镉镍氢电池标称电压为1.2V;二次锂电池标称电压为3.6V。

  开路电压是指电池在非工作状态下即电路无电流流过时,电池正负极之间的电势差。 工作电压又称端电压,是指电池在工作状态下即电路中有电流过时电池正负极之间电势差。

  电池的容量有额定容量和实际容量之分。电池的额定容量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下,应该放出最低限度的电量。IEC标准规定镍镉和镍氢电池在20℃±5℃环境下,以0.1C充电16小时后以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量,以C5表示。而对于锂离子电池,则规定在常温、恒流(1C)—恒压(4.2V)控制的充电条件下充电3 h,再以0.2C放电至2.75V时所放出的电量为其额定容量,而电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量,主要受放电倍率和温度的影响(故严格来讲,电池容量应指明充放电条件)。电池容量的单位有Ah,mAh(1Ah=1000mAh)。

  当对可充电电池用大电流(如1C或以上)放电时,由于电流过大使内部扩散速率存在的“瓶颈效应”,致使电池在容量未能完全放出时已到达终点电压,再用小电流如0.2C还能继续放电,直至1.0V/支(镍镉和镍氢电池)和3.0V/支(锂电池)时所放出的容量称为残余容量。

  镍氢充电电池的放电平台通常是指电池在一定的放电制度下放电时,电池的工作电压比较平稳的电压范围,其数值与放电电流有关,电流越大,其数值就越低。锂离子电池的放电平台一般是恒压充到电压为4.2V且电流小于0.01C时停充电,然后搁置10分钟,在任何们率的放电电流下下放电至3.6V时的放电时间。是衡量电池好坏的重要标准。

  02)电池尺寸资料:包括圆形电池的直径、高度、方型电池的高度、宽度、厚度、 数值之间用斜杠隔开,单位: mm

  05)电池连接片表示:CF代表无连接片,HH表示电池拉状串联连接片用的连接片, HB表示电池带并排串联连接用连接片。

  KRMT33/62HH表示镍镉电池,放电倍率在0.5C-3.5之间,高温系列单体电池(无连接片),直径33mm,高度为62mm。

  01)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。

  02)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。

  03)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bifa必发。

  04)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。

  05)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。

  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。

  02)恒压充电:充电过程中充电电源两端保持一恒定值,电路中的电流随电池电压升高而逐渐减小;

  03)恒流恒压充电:电池首先以恒流充电(CC),当电池电压升高至一定值时,电压保持不变(CV),电路中电流降至很小,最终趋于0。

  恒流恒压充电:电池首先以恒流充电(CC),当电池电压升高至一定值时,电压保持不变(CV),电路中电流降至很小,最终趋于0。

  电池的内阻越小,输出功率越高,电池的内阻应小于用电器的内阻,否则电池本身消耗的功率还要大于用电器消耗的功率,这是不经济的,而且可能损坏电池。

  电池充满电开路搁置一段时间后,一定程度的自放电属于正常现象。IEC标准规定镍氢电池充满电后在温度为20℃±5℃,湿度为(65±20)%条件下开路搁置28天,0.2C放电容量达到初始容量的60%。

  锂电池的自放电测试为:一般采用24小时自放电来快速测试其荷电保持能力,将电池以0.2C放电至3.0V,恒流恒压1C充电至4.2V,截止电流:10mA,搁置15分钟后,以1C放电至3.0V测其放电容量C1,再将电池恒流恒压1C充电至4.2V,截止电流:10mA,搁置24小时后测1C容量C2,C2/C1*100%应大于99%。

  一般说来,放电态内阻不太稳定,且偏大,充电态内阻较小,阻值也较为稳定。在电池的使用过程中bifa必发,只有充电态内阻具有实际意义,在电池使用的后期,由于电解液的枯竭以及内部化学物质活性的降低,电池内阻会有不同程度的升高。

  04)0.1C充电16小时,搁置1小时,0.2C放电至1.0V(第50个循环)。对镍氢电池,重复1-4共400个循环后,其0.2C放电时间应大于3小时;对镍镉电池重复1-4共500个循环,其0.2C放电时间应大于3小时。

  产生的氧气与负极上析出的氢气反应生成水 2H2 + O2 → 2H2O ②

  如果反应②的速度低于反应①的速度,产生的氧气来不及被消耗掉,就会造成电池内压升高。

  电池以0.2C放至1.0V后,以0.1C充电16小时,在温度为20℃±5℃,湿度为65%±20%条件下,储存28天后,再以0.2C放电至1.0V,而镍氢电池应大于3小时。

  国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为:(IEC无相关标准)电池以0.2C放至3.0/支,后,以1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,在温度为20℃±5℃下,储存28天后,再以0.2C放电至2.75V,计算放电容量,再与电池标称容量相比,应不小于初始容量的85%。

  电池充满电后,将其置于定温度、湿度条件下储存若干天,贮存过程中观察无有漏液现象。

  将电池1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,然后放入(40±2)℃,相对湿度为90%-95%的恒温恒湿箱中搁置48h后,将电池取出在(20±5)℃的条件下搁置2h,观测电池外观应该无异常,再以1C恒流放电到2.75V,然后在(20±5)℃的条件下,进行1C充电、1C放电循环,直至放电容量不少于初始容量的85% ,但循环次数不多于3次。

  此4步即完成一个循环,经过此27个循环实验后,电池应该无漏液,爬碱、生锈或其它异常情况出现。

  电池以0.2C放电至1.0V后,0.1C充电16小时,搁置24小时后按下述条件振动:

  使电池在10HZ-55HZ之间震动,每分钟以1HZ的振动速率递增或递减。

  电池电压变化应在±0.02V之间,内阻变化在±5mΩ以内。(振动时间在90min)

  电池以0.2C放电至3.0V后,1C充电恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA ,搁置24小时后按下述条件振动:

  以振动频率在5分钟内由10 Hz 到 60 Hz 再到 10 Hz为一循环,振幅为0.06英寸进行振动实验。电池在三轴方向上振动,每轴振动半小时 。

  02)电器和电池接触件应清洁,必要时用湿布擦净,待干燥后按极性标示装入;

  03)新旧电池不要混用,同一种型号但不同种类的电池也不能混用,以免降低使用效能;

  09)无成人监护时,勿让儿童更换电池,小型电池应放在儿童不能拿到的地方;

  目前镍镉,镍氢,锂离子充电电池大量应用于各种便携式用电设备(如笔记本电脑,摄像机和移动电话等到)中,每种充电电池都具自已独特的化学性质。镍镉和镍氢电池之间主要差别在于:镍氢电池能量密度比较高。与相同型号电池对比,镍氢电池容量是镍镉电池的二倍。这意味着在不为用电设备增加额外重量时,使用镍氢电池能大大地延长设备工作时间。镍氢电池另一优点是;A大大减少了处镉电池中存在的:“记忆效应”问题,从而使得镍氢电池可更方便地使用。镍氢电池比镍镉电池更环保,因为它内部没有有毒重金属元素。 Li-ion也已经快速成为便携设备的标准电源,Li-ion能提供和镍氢电池一样的能量,但在重量方面则可减少大约35%,这对于旬摄像机和笔记本电脑之类的用电设备来说是至关重要的。Li-ion完全没有“记忆效应”和不含有毒物质的优点也是使它成为标准电源的重要因素。

  镍氢电池的放电效率在低温会有显著的降低,一般充电效率会随温度的升高而升高,但当温度升到45℃以上,高温下充电电池材料的性能会退化,电池的循环寿命也将大大缩短。

  选择充电器时,最好使用具备正确终止充电装置(例如防过充时间装置、负电压差(-dV)切断充电和防过热感应装置)的充电器,以免电池因过充而缩短使用寿命。一般来说,慢速充电较快速充电更能延长电池的使用寿命。

  a.放电的深度是影响电池寿命的主要因素,放电的深度越高,电池的寿命就越短。换句话说,只要降低放电深度,就能大幅延长电池的使用寿命。因此,我们应避免将电池过放至极低的电压。

  c.如果设计的电子器材不能完全停止所有电流,若将该器材长时间搁置不用,而不把电池取出, 其残余电流有时会令电池过分消耗, 造成电池过放电。

  d.把不同电容量、化学结构或不同充电水平的电池,以及新旧不一的电池混合使用时,亦会令电池放电过多, 甚至会造成反极充电。

  就理论上讲,电池储存时总有能量损失。电池本身固有的电化学结构决定了电池容量不可避免地要损失,主要是由于自放电造成的。通常自放电大小与正极材料在电解液中的溶解性和它受热后的不稳定性(易自我分解)有关。可充电电池的自放电远比一次电池高。

  如果要长期保存电池,尽量放在干燥低温的环境下并让电池剩余电量在 40% 左右最为理想。当然,每个月最好要把电池拿出来用一次,既能保证电池良好的保存状态,又不至于让电量完全流失而损坏电池。

  标准电池的正极是硫酸亚汞电极,负极是镉汞齐金属(含有10%或12.5%的镉),电解液是带酸性的饱和硫酸镉水溶液,实际上是饱和的硫酸镉和硫酸亚汞水溶液。

  02)电池受高倍率大电流连续过充,导致电池极芯膨胀,正负极直接接触短路等;

  03)电池内部短路或微短路,如:正负极片放置不当造成极片接触短路,或正极片接触等。

  05)计时控制:通过设置一定的充电时间来控制充电终点,一般设定要充进130%标称容量所需的时间来控制;

  04)放电效率较低,如大电流放电时普通电池由于内部物质扩散速度跟不上反应速度,造成电压急剧下降而无法放出电。

  由于在设计时负极容量比正极容量要高,因此正极产生的氧气透过隔膜纸与负极产生的氢气复合,故一般情况下电池的内压不会有明显升高,但如果充电电流过大,或充电时间过长,产生的氧气来不及被消耗,就可能造成内压升高,电池变形、漏液等不良现象。同时,其电性能也会显著降低。

  电池放完内部储存的电量,电压达到一定值后,继续放电就会造成过放电,通常根据放电电流来确定放电截止电压,0.2C-2C放电一般设定1.0V/支,3C以上如5C或10C放电设定为0.8V/支。电池过放可能会给电池带来灾难性的后果,特别是大电流过放或反复过放,对电池影响更大,一般而言,过放电会使电池内压升高,正负极活性物质可逆性受到破坏,即使充电也只能部分恢复,容量也会有明显衰减。

  便携式电池的家族包括一次电池和可充电电池(二次电池)。纽扣电池属于它们中特殊的一群。

  在不同电化学类型中均有可充电便携式电池,铅酸类型(2V/支)、镍镉类型(1.2V/支)、镍氢类型(1.2V/支)、锂离子电池(3.6V/支),这几种电池的典型特征是相对有恒定的放电电压(放电时有一个电压平台),在放电开始及末尾电压均很快衰减。

  不是,因为任何充电器都只对应于一特定充电工艺,只能对应一特定电化学过程,如锂离子、铅酸或Ni-MH电池,它们不仅电压特性不同,而且充电模式也不同。只有特别开发的快速充电器才能使Ni-MH电池得到最适宜的充电效果。慢速充电器可以在急需时使用,但需要更多的时间,应该特别注意的是,虽然有些充电器上有合格的标签,但使用其作为不同电化学系统电池的充电器时还是应该特别小心,合格的标签只是表明这一装置合乎欧洲电化学标准或其它的国家标准,这种标签并不给出任何它适于何种类型电池的信息,使用低廉的充电器对Ni-MH电池充电不会得到满意的效果,而且还有危险,对于其它类型的电池充电器同样应该注意这一点。

  可充电电池的优点是使用寿命长,即使价格比一次电池要贵,但从长期使用的观点来看,则很经济实惠,而且可充电电池的负荷力要比绝大部分一次电池高。但普通二次电池放电电压基本恒定,很难预测放电何时结束,所以在使用的过程中会造成一定的不便。但锂离子电池能给照相机设备提供较长的使用时间,高负荷力,高能量密度,且放电电压的下降随放电的深入而减弱。

  普通二次电池的自放电率较高,因此适合大电流放电用如数码相机、玩具、电动工具、应急灯等等,而不适合小电流长时间放电的场合如遥控器、音乐门铃等,也不适合长时间间断使用的地方如手电筒等。目前比较理想的电池是锂电池,几乎拥有电池所有的优点,自放电率极低,唯一的缺点是对充放电要求很严格,这是对寿命的保证。

  02)可制成薄型电池:以3.6V,400mAh的容量,其厚度可薄至0.5mm;

  05)可制成单颗高电压:液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压,高分子电池;

  充电器是采用电力电子半导体器件,将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。充电器有很多,如铅酸蓄电池充电器、阀控密封铅酸蓄电池的测试与监测、镍镉电池充电器、镍氢电池充电器、锂离子电池充电器、便携式电子设备锂离子电池充电器、锂离子电池保护电路多功能充电器、电动车蓄电池充电器等。

  纸电池是一种新型电池,其组成部分也包括电极、电解液和隔离膜。具体而言,这种新型的纸电池是由植入了电极和电解液的纤维素纸构成,其中纤维素纸就起到了隔离物的作用。电极分别是加入纤维素中的碳纳米管和覆盖在纤维素制成的薄膜上的金属锂;而电解液就是六氟磷酸锂溶液。这种电池可折叠,厚度只相当于纸张。研究者认为,由于这种纸电池具有诸多的性能,因此将会成为一种新型的能源存储设备。

  太阳能系统易于安装,易于扩充,易于拆卸等优点。同时使用太阳能也很经济实惠,在操作过程重没有能量耗费。另外此系统耐机械磨损;一个太阳能系统需要可靠的太阳能电池以便于接受和储存太阳能。一般太阳能电池有如下优点:

  最常见的分类方法是按照电解质的种类,据此,可将燃料电池分为碱性燃料电池,一般以氢氧化钾为电解质;磷酸型燃料电池,以浓磷酸为电解质;质子交换膜燃料电池,以全氟或部分氟化的磺酸型质子交换膜为电解质;熔融碳酸盐型燃料电池,以熔融的锂-钾碳酸盐或锂-钠碳酸盐为电解质;固体氧化物燃料电池,以固体氧化物为氧离子导体,如以氧化钇稳定的氧化锆膜为电解质。有时也按电池温度对电池进行分类,分为低温(工作温度低于100℃) 燃料电池,包括碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池;中温燃料电池( 工作温度在100-300℃),包括培根型碱性燃料电池和磷酸型燃料电池;高温燃料电池(工作温度在600-1000℃),包括熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。

  01)高效率。由于直接将燃料的化学能转换为电能,中间不经过热能转换,转换效率不受热力学卡诺循环的限制;由于没有机械能的转换,可免除机械传动损耗,再加上转换效率不因发电规模大小而变化,故燃料电池具有较高的转换效率;

  02)低噪声、低污染。燃料电池在化学能转换为电能的过程中,没有机械运动的部件,只是控制系统有一部分小型运动部件,故它是低噪音的。此外,燃料电池还是低污染的能源。以磷酸型燃料电池为例,它排放的硫氧化物及氮化物都低于美国规定标准两个数量级;

  03)适应性强。燃料电池可以使用各种含氢燃料,如甲烷、甲醇、乙醇、沼气、石油气、天然气和合成煤气等,氧化剂则是取之不尽、用之不竭的空气。燃料电池可以做成一定功率(如40千瓦)的标准组件,按照用户的需要组装成不同的功率和型式,安装在用户最方便的地方。如果需要也可以装成大型电站,与常规供电系统并网使用,这将有助于调节电力负荷;

  04)建设周期短,维护简便。燃料电池在形成工业化生产之后,发电装置的各种标准组件,可在工厂进行连续化生产。它运输方便,还能在发电站现场进行组装。有人估算40千瓦磷酸型燃料电池的维护量,仅为同等功率柴油发电机的25%。

  纳米即10-9米,纳米电池即用纳米材料(如:纳米MnO2,LiMn2O4,Ni(OH)2等)制作的电池。纳米材料具有特殊的微观结构和物理化学性能(如量子尺寸效应,表面效应,和隧道量子效应等)。目前国内技术成熟的纳米电池是纳米活性碳纤维电池。主要用于电动汽车、电动摩托和电动助力车上。该种电池可充电循环1000次,连续使用达10年左右。一次充电只需20分钟左右,平路行程达400km,重量在128kg,已经超越美、日等国的电池汽车水平,它们生产的镍氢电池充电约需6-8小时,平路行程300km。

  充电电池特别适用于需要相对较高能源供给的用电设备或要求大电流放电的设备,如便携式单放机、CD播放机、小型收音机、电子游戏机、电动玩具、家用电器、专业照相机、移动电话、无绳电话、笔记本计算机等其它需要较高能量的设备。不常用的设备最好不要使用充电电池,因为充电电池自放电较大,但如果设备需要大电流放电,则必须用充电电池,一般用户最好按照生产商提供的使用说明书的指导来选择适合设备的电池。

  03)其它类型电池如果符合IEC 60598(2000)(应急灯部分)标准(应急灯部分)的相应安全和性能标准也可使用。

  03)无绳电话与机座的距离需越来越近,即无绳电话能够的使用范围越来越窄。

  遥控装置只能通过确保电池在其固定的位置上才能使用。不同类型的锌碳电池可用于不同的遥控装置。 他们可通过IEC标准指示来识别,通常使用的电池有AAA、AA以及9V的大型电池。使用碱类电池也是比较好的选择,这种类型的电池可提供锌碳电池两倍的工作时间。它们也可通过 IEC标准来识别(LR03,LR6,6LR61)。不过,因为遥控装置只需较小的电流,锌碳电池使用起来要经济实惠。

  充电的二次电池原则上也可使用,但是真正用在遥控装置上,由于二次电池存在的较高的自放电率,需要反复充电,因此这种类型的电池不太实用。

  在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大,在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关,电极/电解液界面被视为电池的心脏。如果温度下降,电极的反应率也下降。假设电池电压保持恒定,放电电流降低,电池的功率输出也会下降。如果温度上升则相反,即电池输出功率会上升。温度也影响电解液的传送速度。温度上升则加快传送,温度下降传送减慢,电池充放电性能也会受到影响,但温度太高,超过45℃,会破坏电池内的化学平衡,导致副反应。

  绿色环保电池是指近年来已投入使用或正在研制、开发的一类高性能、无污染电池。目前已经大量使用的金属氢化物镍蓄电池、锂离子蓄电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰原电池和可充电电池以及正在研制、开发的锂或锂离子塑料蓄电池和燃料电池等都属于这一范畴。此外,目前已广泛应用并利用太阳能进行光电转换的太阳电池(又称光伏发电),也可列入这一范畴。

  新型绿色环保电池是指近年来已经投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染的电池bifa必发。目前已经大量使用的锂离子蓄电池、金属氢化物镍蓄电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰电池以及正在研制开发的锂或锂离子塑料蓄电池、燃烧电池、电化学储能超级电容器都属于新型绿色环保电池的范畴。此外,目前已经广泛应用的利用太阳能进行光电转换的太阳电池。

  这些电池的组成物质在使用过程中,被封存在电池壳内部,并不会对环境造成影响。但经过长期机械磨损和腐蚀,使得内部的重金属和酸碱等泄露出来,进入土壤或水源,就会通过各种途进入人的食物链。全过程简述如下:土壤或水源——微生物——动物——循环粉尘——农作物——食物——人体——神经——沉积并发病。 其它水源植物食品消化生物从环境中摄取的重金属可以经过食物链的生物放大作用,逐级在较高级的生物中成千上万地富积,然后经过食物进入人的身体,在某些器官中积蓄造成慢性中毒。

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