锂电池基础知识

金属锂简介

锂是一种金属元素，在元素周期表中它位于金属首位。其化学符号为Li，是一种银白色、十分柔软、化学性能非常活泼的金属，在金属中是最轻的,在锂电池中它通常以化合物的形式作为电池的正极。

什么叫锂离子电池？

凡是以金属锂的化合物为正极的化学电源统称为锂离子电池。可充电锂离子电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。它能将电能转变成化学能储存起来，在使用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的。

1.锂电池基本概念

电压（V）：指电路中两点间的电势差，电压能使电子流动

开路电压：指电池在没有连接外电路或者外负载时的电压。开路电压与电池的剩余能量有一定的联系，电量显示就是利用这个原理。

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，必须克服内阻的阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。

放电截止电压：指电池充满电后进行放电，放完电时达到的电压（若继续放电则为过度放电，对电池的寿命和性能有损伤）。

充电限制电压：充电过程中由恒流变为恒压充电的电压值。

内阻（mΩ）：电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部受到的阻力。

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。

电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，欧姆内阻是由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成，极化内阻又包括电化学极化与浓差极化引起的电阻。

电池内阻是一个非常复杂而又非常重要的特性，影响内阻的因素有：①主要材料；②结构。

由于内阻的存在，当电池放电时，电流经过内阻要产生热量，消耗能量，电流越大，消耗能量越多，所以内阻越小，电池的性能越好，不仅电池的实际工作电压高，消耗在内阻上的能量也少。

电池容量（Ah）：电池容量是指从电池获得电量的量或电池所能够储存的电量多。

容量是电池电性能的重要指标，它由电极的容量决定，若电极的容量不等，电池的容量取决于容量小的那个电极，决不是正负极容量之和。

容量用C表示，单位用Ah（安时）或mAh（毫安时）表示。

公式：C=It,即电池容量（Ah）＝电流（A）x放电时间（h）。

容量为10安时的电池，以5安培放电可放2小时，以10安培放电可放1小时。C2表示用2小时放完电后所测得电池的容量，C5表示用5小时放完电后所测得电池的容量 。

电池的实际容量主要取决于以下几个因素：活性物质的数量、质量；活性物质的利用率。

电池能量（Wh）：指电池储存的电量（能量）的多少，用Wh来表示。

公式：能量（Wh）＝额定电压（V）×容量（Ah）。

意义：3.7V、15Ah单体电芯的能量为55.5Wh，37V、10Ah电池组的能量为370Wh。电池能量是衡量电池带动设备做功的重要指标，容量不能决定做功的多少。

能量密度（Wh/Kg）：指单位体积或单位质量所释放的能量，通常用体积能量密度（Wh/L）或质量能量密度（Wh/kg）表示。

如一节锂电池重325g，额定电压为3.7V，容量为10Ah，则其能量密度为113Wh/kg，下表为理论值，在实际应用情况中需要考虑电池结构中的壳体、零件等各方面因素。目前锂电池的能量密度是镍镉和镍氢电池的3和1.5倍，能量密度的高低是由材料密度与结构决定。

放电倍率（A）：放电倍率是指在规定时间内（N）放出其额定容量（C）时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。

放电时率与放电倍率互为倒数：1/N倍率放电＝N小时率放电；即1/N*C=C/N

以10Ah电池举例：

5小时放电率＝C/5＝10Ah/5h＝2A＝0.2C

0.5小时放电率＝C/0.5=10Ah/0.5h=20A=2C

充电方式 ：CC/CV：CC即恒流，以固定的电流对电池充电；CV即恒压，以固定的电压对电池充电，充电电流会随著下降。

涓流充电：指以小于0.1C电流对电池充电，一般在电池接近充满电时，进行补充充电时采用，若负载对充电时间没有严格要求的话，建议采用涓流充电方式充电（在此情况下，电池使用寿命较长）。

充、放电深度（COD DOD）：电池保有容量数值的表示方法，充、放电深度以百分比率来表示，如：容量为10Ah的电池放电后容量变为2Ah，可以称为80%DOD；容量为10Ah的电池，充电后容量为8Ah，80%COD。形容满充满放，通常称为100%DOD。

充电状态称为SOC：10Ah电池，5Ah状态时成为50％SOC

自放电率（％/月）：

定义：电池在储存（电路开路）过程中，容量会逐渐下降，其减少的电量与容量的比例，称为自放电率。

原因：由于电极在电解液中的不稳定性，电池的两个电极发生了化学反应，活性物质被消耗，转为电能的化学能减少，电池容量下降。

影响因素：环境温度对其影响较大，过高温度会加速电池的自放电。

表示：电池容量衰减（自放电率）的表达方法和单位为：%/月。

产生结果：电池自放电将直接降低电池的容量，自放电率直接影响电池的储存性能，自放电率越低，贮存性能越好。

循环寿命（次）：

概念：二次电池经历一次充放电称为一个周期或一次循环，电池在反复充放电后，容量会逐渐下降，在一定的放电条件下，电容量降至规定值之前，电池所经受的循环次数就是循环寿命。

定义：以电池的额定容量为标准，当电池容量降至80%时的充放电次数称为循环寿命。

影响因素：不正确使用电池，电池材料，电解质的组成和浓度，充放电倍率，放电深度（DOD%），温度，制作工艺等都对电池的循环寿命有影响。

放电平台：指放电曲线中电压基本保持水平的部分。放电平台越长、越平稳，电池的放电性能越好。

电池组的一致性：由多个单体电芯串连、并联在一起就组成了电池组。电池组的整体性能和寿命取决于其中性能较差的一个电芯，这就要求电池组中每个电芯性能的一致性要高。除了单体电芯本身性能的误差和原材料质量的好坏，最主要原因是制造工艺，工艺的改进对提高电池的质量非常重要。

化成：电池制成后，通过一定的充放电方式将其内部正负极活性物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、贮存等综合性能的过程称为化成。电池经过化成后才能体现其真实的性能。同时化成过程中的分选过程能够提高电池组的一致性，使最终电池组的性能提高。