电池培训材料

电池培训材料电池培训材料一、电池基本知识1、电池组成要素①基本组成要素有：正极、负极、隔膜、电解液②辅助组成要素有：集流体、导电柱、外壳等电池培训材料2、电池分类电池一次电池(原电池）二次电池（充电电池）镍—镉镍—氢锂离子电池等锂锰等碱锰锌锰贮存电池燃料电池电池培训材料（1）、什么是电池？•电池是一种能源。当它正负极连接在用电器上时，因为正负极之间存在电势之差，电流从正极流向负极，储存在电池中的化学能直接转化成电能释放出来，一只电池必然由两种不同电化学活性的物质组成正负两极，正负极活性物质之间的电动势差形成电池的电压，根据其电化学系统的不同，各种类型的电池电压各有不同。电池培训材料（2）一次电池•该种电池又称原电池，如果原电池中的电解质不流动，则称为干电池。由于电池反应本身不可逆或可逆反应很难进行，电池充电后不能充电再用。如：锌-锰干电池（一）Zn|NH4C1+ZnC12|MnO2(c)(+)•镉-汞电池（一）Cd|KOH|HgO(+)•碱性锌-空气电池（一）Zn|KOH|O2(c)(+)电池培训材料（3）二次电池•习惯上又称蓄电池，即充放电能反复多次循环使用的一类电池。•如：金属氢化物-镍（MH-Ni）电池；•固体电解质电池（钠-硫电池）；•锂离子电池。电池培训材料（4）贮存电池•这种电池又称“激活电池”，这类电池的正、负极活性物质在贮存期不直接接触，使用前临时注入电解液或用其它方法使电池激活。•如：锌-银电池（一）Zn|koH|Ag2O（+）•铅-高氯酸电池（一）Pb|HCIO4|PbO2（+）电池培训材料（5）燃料电池•该类电池又称“连续电池”，即将活性物质连续注入电池，使其连续放电的电池。•如：氢-氧燃料电池（一）H2|KOH|O2（+）肼-空气燃料电池（一）N2H4|KOH|O2（空气（+）电池培训材料（6）、一次电池和二次电池有什么区别?•电池内部的电化学设计决定了该类型的电池是否可充。根据它们的电化学成分和电极的结构可知，可充电电池的内部结构之间所发生的反应是可逆的。•理论上，这种可逆性是不会受循环次数的影响，既然充放电会在电极的体积和结构上引起可逆的变化，那么可充电电池的内部设计就支持这种变化。而一次电池在给定的电池环境中两个电极之间的电化学反应是不可逆的，因此，不可以将一次电池拿来充电，这种做法很危险也很不经济。如果需要反复使用，应选择真正的循环次数在1000次左右的充电电池，这种电池又称为二次电池。•另一明显的区别就是它们具有较高的比能量和负载能力，以及自放电率。一次电池能量密度远比二次电池高。然而他们的负载能力相对要小。•二次电池具有相对较高的负载能力，可充电电池Li-ion，随着近几年的发展，具有高能量容量。•不管何种一次电池的电化学系统属于哪种，所有的一次电池的自放电率都很小。电池培训材料（7）什么是Li-ion电池？•Li-ion电池是由锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion电池之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是锂金属。负极材料是碳材。按照大家习惯上的命名规律，我们称这种电池为锂电池。•Li-ion电池的正极材料是氧化锂钴，负极材料是碳材。电池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程，所以人们称之为Li-ion电池。•自1991年日本索尼公司开发成功以碳材料为负极的锂离子电池以来，锂离子电池已迅速向产业化发展，并在移动电话、摄像机、笔记本电脑、便携式电器上大量应用。电池培训材料（8）Li-ion电池有哪些优点？•Li-ion电池具有以下优点：•1）单体电池的工作电压高达3.6-3.8是镍-镉、镍-氢电池的三倍；•2）比能量大。目前钢壳电池能达到的实际比能量为125W.h/kg和240-253W.h/L（2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH），随着技术发展，比能量可高达150W.h/kg和400W.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发生短路，缩减了其应用领域；Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素；部分工艺（如烧结式）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电池不存在这方面的问题。•5）自放电小•室温下充满电的Li-ion电池储存1个月后的自放电率为10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的30-35%。电池培训材料（9）Li-ion电池有哪些缺点？•1）电池成本较高。主要表现在LiCoO2的价格高（Co的资源较少），电解质体系提纯困难。•2）不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对其他类电池大，故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在1C以下，只适合于中小电流的电器使用。•3）需要保护线路控制。•A、过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命；同时过充电使电解液分解，内部压力过高而导致漏液等问题；因电池在充电过程中电压会不断上升，故必须在4.1V-4.2V的恒压下充电；•B、过放保护：过放会导致大量活性物质容量不可逆而大量衰减，故也需要有保护线路控制。电池培训材料●容量●平台●内阻●工作电压●循环寿命●自放电二、锂离子电池性能指标电池培训材料（1）什么是电池的容量?影响电池容量有哪些因素？•电池的容量有额定容量和标称容量之分。•电池的额定容量是指电池在环境温度为20℃±5℃条件下，以5h率放电至终止电压时所应提供的电量，用C5表示。•电池的标称容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际平均电量，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）。•容量常见单位有：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。•影响电池容量的因素主要有两个方面：一是活性物质的重量；二是活性物质的利用率。活性物质的利用率包括A、活性物质的活性：残余电化学反应的能力，与其晶形结构、制造方法和含杂质多少有关；B、电极和电池的结构：成型方法、极板孔径、厚度、真实表面积大小；C、电解液的组成；D、制造工艺；E、放电制度（T放、I放、V终）电池培训材料（2）什么是放电平台？•放电平台是指在电池任何倍率的电流下恒压充到电压为4.2V，并且充电电流小于0.01C时停止充电即充满电后，然后搁置10分钟，在任何倍率的放电电流下放电至3.6V时的放电时间。•因一般使用锂离子电池的用电器的工作电压都要求在3.6V以上，如果低于这个值，则会出现无法工作的情况。所以放电平台是衡量电池性能好坏的重要标准之一。电池培训材料（3）什么是开路电压？什么是工作电压？•开路电压是指电池在非工作状态下即电路中无电流流过时，电池正负极之间的电势差。一般情况下，Li-ion电池充满电后开路电压为4.1—4.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右。通过对电池的开路电压的检测，可以判断电池的荷电状态。•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流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电工作状态下，当电流流过电池内部时，不需克服电池的内阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。Li-ion电池的放电工作电压在3.6V左右。电池培训材料（4）什么是电池内阻？•内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，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，才能确保所得到的值的精确度。电池培训材料（5）什么是自放电率？•自放电率又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。主要受电池的制造工艺、材料、储存条件等因素的影响。是衡量电池性能的重要参数。•注：电池100%充满电开路搁置后，一定程度的自放电正常现象。在GB标准规定Li-ion后在20±2℃条件下开路搁置28天，可允许电池有的15%容量损失。电池培训材料（6）电池的循环寿命•电池寿命是衡量二次电池的一个重要参数，在一定的充放电制度下，电池容量降至某一规定值之前（初始容量的70%），电池所能承受的循环次数，称为二次电池的循环寿命。电池培训材料（7）电池的可靠性测试项目有哪些？•1.循环寿命2.不同倍率放电特性3.不同温度放电特性4.充电特性5.自放电特性6.不同温度自放电特性7.存贮特性8.过放电特性•9.不同温度内阻特性10.高温测试11.温度循环测试12.跌落测试13.振动测试14.容量分布测试15.内阻分布测试16.静态放电测试ESD•电池培训材料（8）电池的安全性测试项目有哪些?•1.内部短路测试2.持续充电测试3.过充电4.大电流充电5.强迫放电6.坠落测试7.从高处坠落测试8.穿透实验9.平面压碎实验10.切割实验11.低气压内搁置测试12.热虐实验13.浸水实验14.灼烧实验15.高压实验16.烘烤实验17.电子炉实验电池培训材料三、锂离子电池反应机理电池培训材料锂电池在充电是正极失去电子，同时正极中的锂离子脱嵌进入溶液，而负极在得到电子的同时，溶液中的锂离子嵌入负极的碳中形成LixC6，放电是与充电相反，锂离子从负极脱嵌到正极嵌入，其反应式如下：负极：正极：电池反应：C6xLixeCLi6x放电充电22x1LiCoOxLixeCoOLi放电充电22x16xLiCoOC6CoOLiCLi放电充电电池培训材料•锂电池工作原理即充放电原理。Li-ion电池的正极材料是氧化钴锂，负极是碳。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，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，又运动回正极。回正极的锂离子越多，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。在Li-ion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。Li-ion电池就象一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅两端来回奔跑。所以，Li-ion电池又叫摇椅式电池（RockingChairBatteries,简写为RCB）。电池培训材料一、锂离子含量即正极活性物质的量决定容量。►LiCoO2+CLiC6+LixCoO2二、正极过量会析出锂枝晶，易产生安全问题，所以负极比正极要稍微过量。►LiCoO2+CLiC6+LixCoO2+Li三、电解液起到运输锂离子的作用，因此实际量必须保证。四、锂离子电池设计原则电池培训材料四、水分会消耗锂离子，影响容量，同时产生气体造成鼓壳；同时可能和电解质反应，影响电池的循环、平台等，所以锂离子电池不能有水分。►LiCoO2+C＋H2OLiC6+LixCoO2+LiOH+H2►LiPF6＋H2OLiF+PF3O+HF电池培训材料正极五、隔膜纸起着隔离的作用，一定不能破损，否则正、负极直接短路会带来安全问题。负极隔膜纸充电放电电池培训材料1、过充锂离子电池过充时一方面损坏正极结构，影响寿命；另一方面析出锂枝晶，引起安全问题。►LiCoO2+C＋H2OLiC6+LiyCoO2+Li理论上，Li-ion电池在一定倍率的恒流恒压下充电，当充电转换为恒压4.2V充电后，充电电路中电流为0.01C时，恒压充电的状态仍在进行，即被视为过充。过充可能导致漏液、变形、起火、在恒压失效后随着充电的加深电压达到一定程度(一般限值为6.0V)会引起爆炸，是损害电池性能的主要原因之一。五、锂离子电池常见故彰分析电池培训材料•2、短路•锂离子电池短路时产生极大电流可能会伤害人，而且容易引起电池的安全问题。••电池短路瞬间电流：I=V/R=4.2/0.06=700A•人体承受的正常电流：I=V/R=36/800