锂离子动力电池基本知识.ppt
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1、锂离子动力电池基本知识,大纲,电池分类电池术语与及使用基本常识磷酸铁锂动力电池之结构磷酸铁锂动力电池之应用领域磷酸铁锂动力电池之工艺流程磷酸铁锂动力电池之生产设备锂离子电池之性能指标,电池种类划分,一次电池小型二次电池:镍镉、镍氢、锂离子铅酸电池动力电池燃料电池太阳能电池-地面光伏发电其他新型电池,电池术语与及使用基本常识,容量,电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量,以符号C表示。常用的单位为安培小时,简称安时(Ah)或毫安时(mAh)。电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得的最高理论值。为了比较不同系列的电池,常用比容量的概
2、念,即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量,单位为Ah/kg(mAh/g)或Ah/L(mAh/cm3)。实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积,单位为Ah,其值小于理论容量。额定容量也叫保证容量,是按国家或有关部门颁布的标准,保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。,内阻,电流通过电池内部时受到阻力,使电池的电压降低,此阻力称为电池的内阻。电池的内阻不是常数,在放电过程中随时间不断变化,因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻,极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在,使电池放电时的端电压低于电
3、池电动势和开路电压,充电时端电压高于电动势和开路电压。欧姆电阻遵守欧姆定律;极化电阻随电流密度增加而增大,但不是线性关系,常随电流密度的对数增大而线性增大。,负载能力,当电池的正负极两端连接在用电器上时,带动用电器工作时的输出功率,即为电池的负载能力。,内压,指电池的内部气压,是密封电池在充放电过程中产生的气体所致,主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶液分解产生的气体于电池内聚集所致。,充电率(C-rate),C是Capacity的第一个字母,用来表示电池充放电时电流的大小数值。例如:充电电池的额定容量为1100mAh时,即表示以1100mAh
4、(1C)放电时间可持续1小时,如以200mA(0.2C)放电时间可持续5小时,充电也可按此对照计算。,终止电压(Cut-off discharge voltage),指电池放电时,电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。根据不同的电池类型及不同的放电条件,对电池的容量和寿命的要求也不同,因此规定的电池放电的终止电压也不相同。,开路电压(Open circuit voltage OCV),电池不放电时,电池两极之间的电位差被称为开路电压。电池的开路电压,会依电池正、负极与电解液的材料而异,如果电池正、负极的材料完全一样,那么不管电池的体积有多大,几何结构如何变化,其开路电压都一样的。,工作
5、电压,工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示的电压,又称放电电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。电池在接通负载后,由于欧姆电阻和极化过电位的存在,电池的工作电压低于开路电压。,放电深度(Depth of discharge DOD),在电池使用过程中,电池放出的容量占其额定容量的百分比,称为放电深度。放电深度的高低和二次电池的充电寿命有很深的关系,当二次电池的放电深度越深,其充电寿命就越短,因此在使用时应尽量避免深度放电。,过放电(Over discharge),电池若是在放电过程中,超过电池放电的终止电压值,还继续放电时就可能会造成电池内压升高,正、负极活性物质的可逆性遭到损坏,使
6、电池的容量产生明显减少。,过充电(Over charge),电池在充电时,在达到充满状态后,若还继续充电,可能导致电池内压升高、电池变形、漏夜等情况发生,电池的性能也会显著降低和损坏。,能量密度(Energy density),电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。一般在相同体积下,锂离子电池的能量密度是镍镉电池的2.5倍,是镍氢电池的1.8倍,因此在电池容量相等的情况下,锂离子电池就会比镍镉、镍氢电池的体积更小,重量更轻。,自我放电(Self discharge),电池不管在有无被使用的状态下,由于各种原因,都会引起其电量损失的现象。电池完全充电后,放置一个月。然后用1C放电至3.0V,其
7、容量记为C2;电池初始容量记为C0;1-C2/C0即为该电池之月自放电率行业标准锂离子电池月自放电率小于12%电池自放电与电池的放置性能有关,其大小和电池内阻结构和材料性能有关,放电平台,锂离子电池完全充电后,放电至3.6V时的容量记为C1,放电至3.0V时的容量记为C0,C1/C0称为该电池之放电平台行业标准1C放电平台为70%以上,放电倍率,电池放电电流的大小常用放电倍率表示,即电池的放电倍率用放电时间表示或者说以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数来表示,由此可见,放电倍率表示的放电时间越短,即放电倍率越高,则放电电流越大。(放电倍率=额定容量/放电电流)根据放电倍率的大小,可分为低倍
8、率(7.0C)如:某电池的额定容量为20Ah,若用4A电流放电,则放完20Ah的额定容量需用5h,也就是说以5倍率放电,用符号C/5或0.2C表示,为低倍率。,充电循环寿命(Cycle life),电池在完全充电后完全放电,循环进行,直到容量衰减为初始容量的75%,此时循环次数即为该电池之循环寿命循环寿命与电池充放电条件有关锂离子电池室温下1C充放电循环寿命可达300-500次(行业标准),最高可达800-1000次。,记忆效应(Memory effect),记忆效应是针对镍镉电池而言的,由于传统工艺中负极为烧结式,镉晶粒较粗,如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电,镉晶粒容易聚集成块而使
9、电池放电时形成次级放电平台。电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点,尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量。同样在每一次使用中,任何一次不完全的放电都将加深这一效应,使电池的容量变得更低。要消除这种效应,有两种方法,一是采用小电流深度放电(如用0.1C放至0V)一是采用大电流充放电(如1C)几次。镍氢电池和锂离子电池均无记忆效应,化成,电池制造后,通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活,改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成,电池只有经过化成后才能体现真实性能。,分容,电池在制造过程中,因工艺原因使得电池
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