聚合物锂离子电池要点

电池版权所有:何刚电池电池是何时发明的最好的电池是什么完美的锂离子电池?电池的结构电池的保护回路对镍基电池充电对锂离子电池充电在高低温环境充电在高低温环境放电放电方式电池的内阻聪明电电池的存储和使用电池的回收电池可供电能力的秘密不可恢复的电池问题记忆效应:传说?事实?怎样延长锂离子电池的寿命电池的循环为数字移动寻找最好的电池电池电池是何时发明的电池是何时发明的伏特干电池充电电池电池电池是何时发明的电池的发明历史1600Gilbert(英国)电化学体系的建立1791Galvani(意大利)动物电极的发现18001802182018331836185918881899Volta(意大利)Cruickshank(英国)Ampere(法国)Faraday(英国)Daniell(英国)Plante(法国)Gassner(USA)Jungner(瑞典)伏特电池的发明电极电池的批量生产磁电转换法拉第定律发表发明daniell电池发明铅酸电池发明干电池发明镍镉电池1901193219471960s1970s199019921999Edison(USA)Shlecht&Ackermann(德国)Neumann(法国)UnionCarbide(USA)Kordesch(加拿大)发明镍铁电池发明烧结电极电池成功密封镍镉电池发展了碱性干电池发展了阀调节铅酸电池镍氢电池的商业应用可充电碱性电池的商业应用锂离子聚合物电池的商业应用2002质子膜交换燃料电池的小批量生产电池最好的电池是什么最好的电池是什么镍镉电池镍氢电池锂离子电池电池最好的电池是什么高容量1000次以上的充放电能力超薄---象卡片一样镍氢电池(Ni-MH)镍金属氢可充电电池镍镉电池(NiCd)镍镉可充电电池铅酸蓄电池(LeadAcid)锂离子电池(LithiumIon)锂离子聚合物电池(LithiumPolymer)可充电碱性电池(ReusableAlkaline)电池最好的电池是什么NiCdNiMHSLALi-IonReusableAlkalineEnergydensity(Wh/kg)40-6060-803010080(initial)Cyclelife(capacitydecreasefromoriginal100%to80%)1500500200-300500-1,00010(to65%)Fastchargetime1-1.5h2-4h8-16h3-4h2-3hOverchargetolerancemoderatelowhighverylowmoderateSelf-dischargepermonth(roomtemperature)20%30%5%10%0.3%Cellvoltage(nominal)1.2V1.2V2V3.6V1.5VLoadcurrent2C0.5~1C0.2C1C0.2COperatingtemperature-40℃~60℃-20℃~60℃-20℃~60℃-20℃~60℃0℃~60℃Maintenancerequirement(toobtailmax.servicelife)30-60days60days3-6monthsnotreq.notreq.Typicalbatterycost(US$,referenceonly)$50.007.5V$70.007.5V$25.006V$100.007.2V$5.009VCostpercycle(US$)$0.04$0.14$0.10$0.10-$0.20$0.50Incommercialusesince19501990197019911992电池最好的电池是什么电池完美的锂离子电池?完美的锂离子电池电池完美的锂离子电池?镍镉NiCd镍氢NiMH1912G.N.Lewis金属锂电池研究工作1970金属锂电池(一次性)投入商业生产和应用可充电的金属锂电池研发失败1991索尼公司成功推出非金属态的锂离子可充电电池锂离子电池的历史电池完美的锂离子电池?电池完美的锂离子电池?锂离子电池优点:高能量密度:镍镉电池的三倍,镍氢电池的两倍电压平台高:3.6V,镍基电池为1.2V低维护性:没有记忆效应,无需定期放电低自放电率:环保:无重金属锂离子电池缺点:安全性能问题:需复杂的保护线路放电倍率低:1C~2C易于老化:存储的锂离子电池照样会容量衰竭价格昂贵:电池完美的锂离子电池?聚合物锂离子电池1970固体的聚合物电解质----导电性差,内阻高,无法提供瞬间的大电流NOW在固体聚合物电解质中加入凝胶状电解质典型液态锂离子电池和聚合物锂离子电池的杂合聚合物的研发速度不够快应有优点:高容量高安全性能(无需保护线路)电池完美的锂离子电池?聚合物锂离子电池优点:超薄信用卡可变形可随意设计外形重量更轻无需金属壳安全性能改善耐过充,不漏液聚合物锂离子电池缺点:低能量密度相对于液态锂离子电池生产昂贵没有标准外形电池电池的结构电池的结构电池电池的结构圆柱型电池结构电池电池的结构方形电池结构电池电池的结构纽扣型电池结构电池电池的结构聚合物电池结构电池电池的保护回路电池的保护线路电池电池的保护回路镍氢电池的保护PTC正温度系数热敏电阻过流温度过高PTC电池电池的保护回路PTC正温度系数热敏电阻polyswitch聚合物自复保险丝(polymerresettablefuse)聚合物自复保险丝由聚合物基体及使其导电的碳黑粒子组成。由于聚合物自复保险丝为导体，其上会有电流通过。当有过电流通过聚合物自复保险丝时，产生的热量（为I2R）将使其膨胀。从而碳黑粒子将分开、聚合物自复保险丝的电阻将上升。这将促使聚合物自复保险丝更快的产生热、膨胀得更大，进一步使电阻升高。当温度达到125°C时，电阻变化显著，从而使电流明显减小。此时流过聚合物自复保险丝的小电流足以使其保持在这个温度和处于高阻状态。当故障清除后，聚合物自复保险丝收缩至原来的形状重新将碳黑粒子联结起来，从而降低电阻至具有规定的保持电流这个水平。上述过程可循环多次.电池电池的保护回路电阻T温度25℃125℃225℃50毫欧100K欧姆电池电池的保护回路锂离子电池的保护Q1CONTROLICB+B-P-P+●BlockDiagramB-B+Q1ICP-P+电池电池的保护回路锂离子电池的保护过充(overcharge)4.25V~35V过放(overdischarge)2.3V~2.5V过流(overcurrent)5A短路(shortcircuit)/温度保护(PTC,Fuse)电池标识标识电阻,标识码电量计量库仑计实时时钟RTS电池电池的保护回路Q1CONTROLICB+B-P-P+VbatVchg过充:VchgVoc(4.35V)Q1切断过充电池电池的保护回路Q1CONTROLICB+B-P-P+VbatVload过放:VloadVod(2.5V)Q1切断过放电池电池的保护回路Q1CONTROLICB+B-P-P+Vbat短路:VP+~VP-=0VQ1切断短路短路保护可自恢复,短路故障移除后Q1自动导通短路保护不可自恢复,需充电来触发Q1导通电池电池的保护回路Q1CONTROLICB+B-P-P+IDNTC电池输出的其它管脚ID:通常是一个常规电阻,固定阻值,用来标识电池的类型或容量NTC:负温度系数热敏电阻,电阻随温度变化,用来反应电池的温度电池电池的保护回路P-NTCID上拉电阻(10K)3V电池手机接口电路CPUI/OVidID原理ID原理:电阻转电压A/D转换根据不同电压值识别电池的类型10K:NiMH75K:厚电150K:4.2VLi-Ion47K:薄电电池电池的保护回路P-NTCID上拉电阻(10K)3V电池手机接口电路CPUI/OVntcNTC原理NTC原理:电阻转电压A/D转换根据不同电压值识别电池的温度NTC电阻值随电池的温度变化电池电池的保护回路NTC原理NTC电阻参数:1.R25(室温电阻值),即标称电阻2.K(温度系数),反映热敏电阻的温度敏感性Rt=R25*exp[K*(1/T-1/298)];T=273+t;010203040506070024681012141618202224262830TempRntcK=2750K=3750电池电池的保护回路电池对镍基电池充电对镍基电池充电可以过充,而且只有过充了才能充饱电池限制电流电池对镍基电池充电慢充半恒流/小电流充电时间:10~15h最常规的充电方式简单/经济慢充恒流/中小电流时间控制充电时间:6~8h较可靠较简单/较经济快充恒流/大电流负压差控制充电时间:1.2h较常用快充恒流/大电流温升控制充电时间:1.2h较常用/较可靠较贵充电方式:CCconstantcurrent电池对锂离子电池充电对锂离子电池充电不允许过充严格限制电压和电流电池对锂离子电池充电充电方式:CC/CVconstantcurrent/constantvoltage电池在高低温环境充电在高低温环境下充电电池在高低温环境充电镍镉电池:5℃~45℃是可以接受的充电范围10℃~25℃是最佳的充电范围低于5℃,充电倍率必须小于0.1C,低温不利于氧气和氢气的结合高倍率充电将导致电池内压异常增减,结果导致电池漏气高温环境会严重影响充电接受能力镍基电池在室温充电可以得到100%的容量在45℃充电70%在60℃充电45%镍氢电池:比镍镉电池适应性差低于10℃,不能快充低于0℃,不能慢充锂离子电池:一些锂离子电池可以在0℃~45℃可以用1C进行充电一般尽量在5℃以下用慢充方式进行充电.•尽量避免在冰点以下进行充电,否则可能会导致金属锂的析出和电镀反应超快速充电:在前30分钟以大电流将电池容量充到70%左右在后阶段以较小电流将剩余的容量充足•超快速充电只能适合专门设计的允许超快速充电的电池脉冲充电:•在充电过程中间隔的进行放电有利于电极上氢气和氧气的结合,降低快速充电造成的内压升高现象(镍基电池)电池在高低温环境充电电池放电方式放电方式电池放电方式电池的主要作用:将存储的能力在适当的时间以可控的方式进行释放C倍率(C-rate)电池的充电和放电是以C倍率进行度量的,一般电池的容量是以1C进行规定的1C的定义:一个1000mAh容量的电池用1C倍率进行放电,可以提供1小时的1000mA电流输出能力同样的电池,用0.5C倍率进行放电可以提供2小时的500mA电流输出能力同样的电池,用2C倍率进行放电可以提供30分钟的2000mA电流输出能力(理想情况)因为电池内阻的影响,一般无法实现.2.52.72.93.13.33.53.73.94.14.34.50100200300400500600700800900DischargeCapacity(mAh)CellVoltage(V)2.0C0.5C0.2C1.0C3.0CICF3835621CmA=750mACharge:CC-CV1.0C-4.2V20mAcut-offat25℃Discharge:CC0.2C/0.5C/1.0C/2.0C2.75Vcut-offat25℃ItemCut-off0.2C0.5C1.0C2.0C3.0CDisch.2.75V800795786775755Capacity3.00V797789777760728Ratiovs.2.75V100%99%98%97%94%0.2C2.75V3.00V100%99%97%95%91%电池放电方式电池放电方式放电深度(DeepofDischarge)镍基电池的放电终止电压通常是1.0V/节锂离子电池的放电终止电压通常是3.0V/节(2.5V/节)放电深度和循环寿命循环寿命和放电深度是直接关联的300次------100%放电度(fulldischarge)600次------50%放电深度(partialdischarge)1000次以上---30%放电深度(shallowdischarge)电池放电方式50%放