电池产品基础知识培训

SHENZHENDBKELECTRONICSCO.,LTD电池产品基础知识：第一部分：电池基本常识第一节：电池的种类第二节：电池的基本工作原理第三节：电池的常规充、放电第四节：电池的保护特性第二部分:电池产品生产技术基础知识第一节：电池产品的分类第二节：电池生产的工艺基础第三节：电池生产工艺制定的依据和标准第一部分电池基本常识第一节电池的种类•1一次电池：用完即回收，无法重复使用者•碳锌电池、碱性电池、糊式锌锰电池、纸板锌锰电池、碱性锌锰电池、扣式电池（扣式锌银电池、扣式锂锰电池、扣式锌锰电池）、锌空气电池、一次锂锰电池等、水银电池。•按使用隔离层区分为糊式和板式电池两种，板式又按电解质液不同分C型（铵型）和P型（锌型）纸板电池两种。•传统的糊式锌锰干电池，其正极材料采用活性较低的天然二氧化锰，隔离物是淀粉和面粉的浆糊隔离层，电解液是以H4CL为主的氯化铵、氯化锌水溶液，负极是锌筒，其放电性能一般较差，容量较低，电池使用末期易漏液，但价格便宜。•C型（铵型）纸板电池是在糊式电池的基础上用浆层纸代替了浆糊纸，不但正极填充量提高30%左右，而且用30-70%的高活性锰代替了天然锰，所以容量得以提高，使用范围得以扩大，多用于小电流放电场合，如用于钟表、遥控器、收音机、手电筒等场合。•P型（锌型）纸板电池采用氯化锌为主的电解液，正极材料全部采用高活性的锰粉，如电解锰、活性锰等，其防漏性能远高于糊式和C型电池，多用于大电流连续放电场合，如用于照相机、闪光订、收录机、剃须刀、电动玩具等。•圆柱型碱性锌锰电池alkaline，又称碱锰电池，俗称碱性电池，是锌锰电池系列中性能最优的品种。20世纪中期在锌锰电池基础上发展起来的，是锌锰电池的改进型。电池使用氢氧化钾（KOH）或氢氧化钠（NaOH）的水溶液做电解质液，采用了与锌锰电池相反的负极结构，负极在内为膏状胶体，用铜钉做集流体，正极在外，活性物质和导电材料压成环状与电池外壳连接，正、负极用专用隔膜隔开制成。•其外壳一般由08F镀镍钢带经冷轧冲压制成，同时兼作正极集流体，电解二氧化锰正极材料压成圆环紧贴在柱体内壁，以保证良好的接触，其负极采用粉状锌粒并制成膏剂，处于电池的中间，其间插入负极集流体（负极一般为铜钉），集流体与负极底部相连，在电池内部，正极间用隔膜（隔离层）隔开，其外部用尼龙或聚丙烯密封圈隔开，同时实现电池的密封，电池外部与一般电池几乎相同。常用9V干电池1.5V锌锰电池3V扣式电池1.2V干电池•2二次电池：可充电重复使用•二次碱性锌锰电池、镍镉充电电池、镍氢充电电池、锂充电电池、铅酸电池、太阳能电池。铅酸蓄电池可分为：开口式铅酸蓄电池、全密闭铅酸蓄电池。•镍镉电池（Ni-Cd）chemicalbatteries（secONdarybatteries•镍氢电池Ni-MH•锂离子电池Li-ion,lithiumbatteries•铅酸电池leadbatteries•其它other•物理电池physicalenergy•太阳电池solarcellbatteries•微生物电池•锂离子聚合物电池Li-polymer•任何一种电池由四个基本部件组成，四个主要部件是两个不同材料的电极、电解质、隔膜和外壳。1.2V镍氢电池3.7VLion电池Polymerli-on聚合物电池12V铅酸电池•电池成分和应用特性简介•绿色环保类电池指近年来已投入使用和正在研制的一类高性能、无污染电池，包括目前已投入使用的金属氢化物镍蓄电池、锂离子蓄电池，正在推广使用的无汞碱性锌锰原电池，及燃料电池、太阳能电池（光伏电池）等。•铅酸蓄电池1859年法国普兰特（Plante）发现，由正极板、负极板、电解液、隔板、容器（电池槽）等5个基本部分组成。用二氧化铅作正极活性物质，铅作负极活性物质，硫酸作电解液，微孔橡胶、烧结式聚氯乙烯、玻璃纤维、聚丙烯等作隔板制成的电池。•镉镍电池和金属氢化物电池二者均采用氧化镍或氢氧化镍作正极，以氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液作电解质溶液，金属镉或金属氢化物作负极。金属氢化物电池为20世纪80年代末，利用吸氢合金和释放氢反应的电化学可逆性发明制成，是小型二次电池主导产品。•锂离子电池指以金属锂或锂的化合物作活性物质的电池通称锂电池，分为一次锂电池和二次锂电池。能使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替纯锂作负极，锂的化合物作正极，混合电解液作电解质液制成的电池。•锂离子电池的正极材料通常有锂的活性化合物组成，负极则是特殊分子结构的碳。常见的正极材料主要成分为LiCoO2，充电时，加在电池两极的电势迫使正极的化合物释出锂离子，嵌入负极分子排列呈片层结构的碳中。放电时，锂离子则从片层结构的碳中析出，重新和正极的化合物结合。通过锂离子的移动来产生了电流。•化学反应原理虽然很简单，然而在实际的工业生产中，需要考虑的实际问题很多：正极的材料需要添加剂来保持多次充放的活性，负极的材料需要在分子结构级去设计以容纳更多的锂离子；填充在正负极之间的电解液，除了保持稳定，还需要具有良好导电性，以减小电池内阻。•虽然锂电池几乎没有记忆效应，但是，锂电池在多次充放后容量仍然会下降，其主要原因是正负极材料本身的变化。从分子层面来看，正负极上容纳锂离子的空穴结构会逐渐塌陷、堵塞；从化学角度来看，是正负极材料活性钝化，出现副反应生成稳定的其他化合物。物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况，总之最终降低了电池中可以自由在充放电过程中移动的锂离子数目。•过度充电和过度放电，将对锂电池的正负极造成永久的损坏，从分子层面看，可以直观的理解，过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，而使得其中一些锂离子再也无法释放出来。这也是锂电池为什么通常配有充放电的控制电路的原因。•燃料电池指一种利用燃料（如氢气或含氢燃料）和氧化剂（如纯氧或空气中的氧）直接连接发电的装置。它具有效率高、电化学反应转换效率可达40%以上，且无污染气体排出的特点。第二节电池的基本工作原理电池无处不在——在汽车、计算机、笔记本电脑、便携式MP3播放器以及手机……中都有它的身影。电池实际上是一个由大量可以生成电子的化学物质组成的装置，生成电子的化学反应称为“电化学反应”。如果留意一下电池，你便会发现它有两个端子。一个端子标记为（+）（正极），另一个端子标记为（-）（负极）。在AA型、C型或D型电池（普通的手电筒电池）中，电池的两端便是端子。在大型的汽车蓄电池中，有两个较重的极柱用作端子。电子聚集在电池的负极端子，如果在负极端子和正极端子之间连接一根金属线，电子便会从负极端子迅速流向正极端子（并且会瞬间击坏电池——这种情况通常比较危险，尤其对于大型电池更是如此，因此切勿执行此操作）。通常情况下，应使用金属线将某种类型的负载连接到电池，负载可以是灯泡、电动机或类似无线电这样的电路。电池内部的化学反应可生成电子，两个端子之间流动的电子数量取决于此化学反应生成电子的速度（电池的内部电阻）。电子从电池流入金属线，并且必须从负极端子流向正极端子才会发生化学反应。这就是电池在闲置一年以后仍具有大量能量的原因——除非电子从负极端子流向正极端子，否则将不会发生化学反应。当连接金属线后，将开始发生化学反应。在几乎所有使用电池的设备中，你都不可能一次仅使用一个电池单元。通常需要将电池单元串联在一起形成更高的电压，或将其并联在一起形成更高的电流。使用串联结构可以增加电压。使用并联结构可以增加电流。下图显示了这两种结构。电池的电压单位为伏特（V），容量为毫安时（mAh）。上面的结构称为“并联”结构。如果假设每个电池单元生成1.5伏电压，则四个并联电池也将生成1.5伏电压，但提供的电流却为单个电池单元的四倍，使用时间也会延迟为单节使用时的四倍。下面的结构称为“串联”结构。四个电压加在一起将生成6伏电压。仅以1.5V/节为例并联电压不会发生变化，但电池组总体内耗得到下降，容量和放电倍率均为原始数值的数量倍串联电池的基础放电倍率、容量不会发生增长变化，但是额定输出电压得到倍数增长，可驱动功率大二、电池的放电特性和自放电电池的放电就如同前面讲过的，当我们在电池的正负极中间加载了任何有阻值的导电体就会形成电池的放电动作。但是因电池的本身特性不一样我们在对电池进行放电时要按照其本身性质进行合理倍率放电（电池本身支持的最大电流值）。下图所示为电池基础放电动作和过流保护工作状态。其中放电过程温度低于85℃，电池自放电频率为0.02%C/day。4.2V-1800mAh2R正常工作2R2R2R4.2V-1800mAh无法持续工作I=U/R=2.1A满足持续放电条件I=U/R=5.6A不满足持续放电条件左图为模拟的一个电池包放电工作状态，其中电池的额定电压为4.2V，标称容量为1800mAh。支持放电倍率为2C（3.6A）。那么图示一即为可正常工作模式。图示二即为将进入过流保护工作模式。第四节电池的保护特性电池的保护特性分为以下几类：1，充电过压保护依保护板的设计可分为总电压过充保护和单节电压过冲保护。2，充电过流保护超过保护板最大限制充电电流状态下进行的过电流充电动作。3，充电过温保护通常设置的充电最高限制温度不高于85℃，超过此温度电池保护板即会切断充电MOS管使电池进入过温保护状态。以上三点为充电过程所会存在的保护功能，在充电中只要满足以上任何一个条件电池保护板就会迫使电池进入过充保护状态，立即切断MOS管停止充电并会以200ms/针的频率在MOS恢复后继续进行电流、电压和温度的侦测时时保护电池，确保电池在充电过程中不会因为内部气体的增加致使电池内部气压剧增引起电池爆裂或燃烧。4，放电欠压保护当电池进入低端持续放电且截至电压电池点低于电池地端电压特性时将会进入电池过放电保护。5，放电过流保护当电池以远大于自身放电率进行放电动作时，保护板会以侦测到的大电流数据强制保护板进入过流保护状态，切断放电MOS管，以防止持续的过流放电引起电池内部气体的产生结晶的析出损坏电池本体。6,放电过温保护同充电过温保护特性，保护温度稍高于充电限制温度。7，放电短路保护当电池正负极加载的用电器整体阻值小于5-50mΩ时自动默认为短路状态，保护板会迫使电池进入短路保护状态，切断放电MOSFET防止瞬态大电流引起内部高温产生燃烧或爆裂。小结通过以上内容的大致了解，我们知道了电池首先是一个储能装置，它分为一次性电池和可重复使用电池。可充式是一个可将电能转化为化学能存贮和将化学能转化为电能释放的装置。应用范围极其广泛，渗透生活中的每一个角落。通过电池的串并联能是电池的适用范围和使用路径得到更广泛的使用，解决单体电芯无法满足使用要求的现象。电池是危险品，如果你不正确对待。不经意的一个失误可能会导致电池发生燃烧或破裂。电池的充/放电都是有明确要求的，不能未经允许随意更换充电设备或放电设施。电池燃烧事例：第二部分电池产品生产技术基础知识第一节：电池产品的分类电池产品主要有以下类别一：移动通讯/手机/数码相机/PDA……二：笔记本电脑（内置/外置）电池三：工业设备（医疗/照明/电动工具……直流供电设备）电池四：移动充电/备用(移动电源5V-19V）五：生活用品（如，电动剃须刀……）电池……此些电池的输出电均为直流电（DC）LOOK要求要满足啊！各种类别产品电池的特性1，手机/数码相机等产品因其正常工作所需功率较小，所以，装置的电池一般均为工作电压低相对容量高，体积小供电时间长等特性2，笔记本电脑因最主要的使用价值是移动方便/轻捷，可快速充电结束和持续长时间放电……同时，因笔记本电脑的工作需求功率一般在20W工作电压为12.6V/16.8V，以及工作时持续的数据传送等。所以，笔记本电脑电池需要的绝对容量就要比较大，但是，因受重量(携带轻便）的限制，最终的笔记本电脑电池仅仅具有相对放电时间长，使用寿命长……的特性3，工业电池：工业电池的工作电压相对比较多，低到1.5V高到60V不等。同时，因不同的工作环境和工作条件而使产品的形状，工作电压，需求容量…均不一样。如，部分工业设备不需