锂电池知识详解

1、www.qunling.cc 北京群菱能源科技有限公司 MrMr.Lidf.Lidf 2012年08月 北京 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc Contents 1. 锂电池的发展进程 2. 锂电池的原理与结构 3. 锂电池的特性指标 4. 锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 5. 锂电池的正确使用与维护 锂电池的发展进程 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 【锂原电池的研究开始于锂原电池的研究开始于20世纪世纪5

2、0年代，在以后的发展大致经历了以下过程年代，在以后的发展大致经历了以下过程】 1. 1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极 材料，制成首个锂电池。 2. 1982年伊利诺伊理工大学the IllinoisInstitute of Technology的R.R.Agarwal 和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。与 此同时，采用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂 离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试 制成功。 3. 1983年M.Thackeray

3、、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低 价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即 使出现短路、过充电，也能够避免了燃烧、爆炸的危险。 4. 1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电 压。 5. 1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产 品的面貌。 6. 1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸锂铁LiFePO4， 比传统的正极材料更具优越性，因此已成为当前主流的正极材料。 在更好的电池未出现前，锂电池作为一种高

4、能二次电池一其独特优势将会在很长 一段时间得到广泛应用于通信、仪器仪表、工控设备等各行业。 锂电池的分类 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 1.按锂电池的外型分：按锂电池的外型分：方型锂电池（如常用的手机电池电芯）和柱形锂电 池（如18650）； 2.按锂电池外包材料分：按锂电池外包材料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池； 3.按锂电池正负极材料（添加剂）分：按锂电池正负极材料（添加剂）分：沽酸锂（LiCoO2）电池或锰酸锂 （LiMn2O4），磷酸铁锂电池（ LiFePO4 ），一次性二氧化锰锂电池； 另一种分法：锂离子LIB，聚合物

5、PLB； 4.按不同的性能用途方面分：按不同的性能用途方面分： 一次性锂电池锂锰电池扣式3伏电池； 高容量（高平台）锂电池用在手机数码产品上； 高倍率锂电池；用在电动车和电动工具上及飞机模； 型高温锂电池；矿灯，室上灯饰，机器内置后备电源； 低温锂电池；室外环境，北方（冬天）南极； 5.锂电池还分成两类：锂电池还分成两类：不可充电的和可充电两类。 【锂电池的分类锂电池的分类】 锂电池的原理与结构 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 1、锂电池的工作原理、锂电池的工作原理 所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极

6、构成的二 次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，独特机理的锂离 子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。 以以LiCoO2为例：为例： (1)电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。 (2)正极材料：这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对锂而言电位大于3V且在 空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4。 (3)负极材料：为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包 括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、

7、锡复合 氧化物SnBxPyOz(x=0.40.6，y=0.60.4，z=(23x5y)/2)等。 正极上发生的反应为： LiCoO =Li -xCoO +xLi+xe-(电子) 负极上发生的反应为： C+xLi+xe-=CLix 电池总反应： LiCoO +C=Li1-xCoO + CLix 锂电池的原理与结构 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 2、锂电池的结构特点、锂电池的结构特点 锂电池一般包括：锂电池一般包括：正极（正极（positivepositive）、负极（）、负极（negativenegative）、电解质（）、电解质（ e

8、lectrolyte）、隔膜（）、隔膜（separatorseparator）、正极引线（）、正极引线（positiveleadpositivelead）、负）、负 极引线（极引线（negativeplatenegativeplate）、中心端子、绝缘材料（）、中心端子、绝缘材料（insulatorinsulator）、安全）、安全 阀（阀（safetyventsafetyvent）、密封圈（）、密封圈（gasketgasket）、）、PTCPTC（正温度控制端子）、电（正温度控制端子）、电 池壳及电极引线。池壳及电极引线。 目前较为常用的锂电池材料有钴酸锂、镍酸锂以及锰酸锂。用得最 多的材料

9、是钴酸锂，循环性能好，制造也方便，缺点是钴化合物价格较 贵。镍酸锂的因为性质不稳定，制造困难，通常用得较多的是钴酸锂掺 杂镍的化合物，又称镍钴酸锂。锰酸锂也是非常好的材料，在高温下锰 酸锂的衰减比较快等诸多原因，目前应用多数还停留在实验室阶段。 锂电池的结构主要分卷绕式和层叠式两大类。液态锂电池采用卷绕 结构，聚合物锂电池则两种都有。卷绕式将正极膜片、隔膜、负极膜片 依次放好，卷绕成圆柱形或扁柱形，主要以SANYO、TOSHIBA、SONY 、ATL为代表。层叠式则将正极、隔膜、负极、隔膜、正极这样的方式 多层堆叠。将所有正极焊接在一起引出，负极也焊成一起引出，主要以 ATL为代表。 锂电池的

10、原理与结构 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 3、锂电池常见的结构图、锂电池常见的结构图 磷酸铁锂电池的原理与结构 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 1、磷酸铁锂电池的工作原理、磷酸铁锂电池的工作原理 LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中通过聚合物隔膜向负极迁移；在放电过程中 ，负极中的锂离子，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就

11、是因锂离子在充放电时来回迁移而 命名的。命名的。 1、电池充电时：、电池充电时：Li+从磷酸铁锂晶体的010面迁移到晶体表面，在电场力的作用下，进入电解液 ，穿过隔膜，再经电解液迁移到石墨晶体的表面，然后嵌入石墨晶格中。与此同时，电子经 导电体流向正极的铝箔集电极，经极耳、电池极柱、外电路、负极极柱、负极耳流向负极的 铜箔集流体，再经导电体流到石墨负极，使负极的电荷达至平衡。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后 ，磷酸铁锂转化成磷酸铁，其晶格结构变化如下图。 2、电池放电时：、电池放电时： Li+从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解液，穿过隔膜，再经电解液迁移到磷酸 铁锂晶体的表面，然后重新经010面嵌入到磷酸铁

12、锂的晶格内。与此同时，电池经导电体流 向负极的铜箔集电极，经极耳、电池负极柱、外电路、正极极柱、正极极耳流向电池正极的 铝箔集流体，再经导电体流到磷酸铁锂正极，使正极的电荷达至平衡。 从磷酸铁锂电池的工作原理可知，磷酸铁锂电池的充放电过程需要锂离子和电子的共同参从磷酸铁锂电池的工作原理可知，磷酸铁锂电池的充放电过程需要锂离子和电子的共同参 与，而且锂离子的迁移速度与电子的迁移速度要达至平衡。这就要求锂离子电池的正负电极必与，而且锂离子的迁移速度与电子的迁移速度要达至平衡。这就要求锂离子电池的正负电极必 须是离子和电子的混合导体，而且其离子导电能力和电子导电能力必须一致。但是众所周知，须是离子和

13、电子的混合导体，而且其离子导电能力和电子导电能力必须一致。但是众所周知， 磷酸铁锂的导电性能很差。而石墨负极的导电性虽然要好一些，但是要实现大倍率放电时，仍磷酸铁锂的导电性能很差。而石墨负极的导电性虽然要好一些，但是要实现大倍率放电时，仍 然需要改善负极的导电性，使其的电子导电能力与锂离子从石墨中脱嵌的能力达至平衡。然需要改善负极的导电性，使其的电子导电能力与锂离子从石墨中脱嵌的能力达至平衡。 磷酸铁锂电池的原理与结构 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 1、磷酸铁锂电池的工作原理、磷酸铁锂电池的工作原理 【磷酸铁锂电池在充放电过程中发生如

14、下电化学反应磷酸铁锂电池在充放电过程中发生如下电化学反应】 图1：LiFePO4电池的内部结构示意图图2： LiFePO4电池的内部结构示意图 磷酸铁锂电池的原理与结构 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 2、磷酸铁锂电池的结构特点、磷酸铁锂电池的结构特点 1、正极：、正极：橄榄石(olivine)结构的LiFePO4作为电池的正极；由铝箔(aluminium foil)与电池正极连接， 2、负极：、负极：由碳(carbon)（石墨graphite）组成电池负极；由铜箔(copper foil)与 电池的负极连接。 3、隔膜、隔膜(diap

15、hragm)：为聚合物(polymer)材料； 4、电解质、电解质(electrolyte)：如如六氟磷酸锂，高氯酸锂、四弗硼酸锂等。 5、电解液：、电解液：电解液包含：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、丁酸乙 酯、氟代碳酸乙烯酯、双草酸硼酸酯锂、六氟磷酸锂。 6、另外还有绝缘材料、安全阀、密封圈、外壳等。、另外还有绝缘材料、安全阀、密封圈、外壳等。 锂电池的优缺点 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 锂电池锂电池(Lithium Battery, 简写成简写成LB)分为锂一次电池分为锂一次电池(又称锂原电池又称锂原电池, Primary

16、 LB)与锂二次电与锂二次电 池池(又称锂可充电电池又称锂可充电电池, Rechargeable LB)。锂原电池通常以金属锂或者锂合金为负极，用。锂原电池通常以金属锂或者锂合金为负极，用MnO2， SOCl2，(CF)n等材料为正极。锂二次电池研发分为金属锂二次电池、锂离子电池与锂聚合物电等材料为正极。锂二次电池研发分为金属锂二次电池、锂离子电池与锂聚合物电 池三个阶段。池三个阶段。 1能量比比较高。能量比比较高。具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍； 2使用寿命长。使用寿命长。使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池1C（100DOD）充放电

17、，有 可以使用10000次的记录； 3额定电压高额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V）。约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便 于组成电池电源组； 4具备高功率承受力。具备高功率承受力。其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力 ，便于高强度的启动加速； 5自放电率很低。自放电率很低。这是该电池最突出的优越性之一，目前一般可做到1/月以下，不到镍氢电池 的1/20；且无记忆效应 ； 6重量轻。重量轻。相同体积下重量约为铅酸产品的1/5-6； 7高低温适应性强。高低温适应性强。可以在-20-60的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45环境下 使用； 8绿

18、色环保。绿色环保。不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属 元素和物质。 9 生产基本不消耗水。生产基本不消耗水。对缺水的我国来说，十分有利。 1、锂电池的优点、锂电池的优点 锂电池的优缺点 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 1. 锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险。锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险。 2. 钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，安全性较差。钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，安全性较差。 3. 锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电

19、4. 在不使用的状态下存储一段时间后，其部分容量会永久丧失。在不使用的状态下存储一段时间后，其部分容量会永久丧失。 5. 生产要求条件高，成本高。生产要求条件高，成本高。 对于磷酸铁锂电池而言：对于磷酸铁锂电池而言： 1. 导电性差。导电性差。这个问题是其最关键的问题。但是，这个问题目前这个问题是其最关键的问题。但是，这个问题目前 已经可以得到完美的解决：就是添加已经可以得到完美的解决：就是添加C或其它导电剂。或其它导电剂。 2.振实密度较低。振实密度较低。一般只能达到一般只能达到1.3-1.5，低的振实密度可以说是，低的振实密度可以说是 磷酸铁锂的最大缺点。这一缺点决定了它在小型电池如手机电

20、磷酸铁锂的最大缺点。这一缺点决定了它在小型电池如手机电 池等没有优势。池等没有优势。 3. 一致性差。一致性差。原因原因:材料成分不均材料成分不均,生产过程控制不好。生产过程控制不好。 4. 不耐低温。不耐低温。 2、锂电池的缺点、锂电池的缺点 锂电池的特性指标 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 1、锂电池的术语和定义、锂电池的术语和定义 1、锂离子电池锂离子电池(lithium ion cell)：含有锂离子的能够直接将化学能转化为电能的装置。该装置包 括电极、隔膜、电解质、容器和端子等，并被设计成可充电。 2、锂离子电池组锂离子电池组

21、(lithium ion battery)：由任意数量的锂离子电池组合而成且准备使用的组合体。 该组合体包括适当的封装材料、连接器,也可能含有电子控制装置。 3、额定容量额定容量 (rated capacity) C：制造商标明的电池或电池组容量。 注：单位为安时（Ah）或毫安 时（mAh）。 4、充电限制电压充电限制电压 (limited charging volatge) Ucl：制造商规定的电池或电池组的额定最大充电电压 注：例如单节钴酸锂/石墨体系电池的充电限制电压一般为4.20V。 5、充电上限电压充电上限电压 (upper limited charging volatge)Uup：

22、制造商规定的电池或电池组能承受的最高 安全充电电压。注：例如单节钴酸锂/石墨体系电池的充电上限电压一般为4.25V。 6、过压充电保护电压过压充电保护电压 (over voltage for charge protection) Ucp：制造商规定的大电压充电时的保护 电 路动作电压。 7、放电截止电压放电截止电压 (discharge cut-off voltage) Udo：制造商规定的放电终止时电池或电池组的负载电 压。 8、欠压放电保护电压欠压放电保护电压 (low voltage for discharge protection)Udp：制造商规定的低电压放电时的保 护电路动作电压。

23、 9、推荐充电电流推荐充电电流 (reconnendation charging current) Icr：制造商推荐的恒流充电电流。 10、最大充电电流最大充电电流 (maximum charging current) Icm：制造商规定的最大的恒流充电电流。 锂电池的特性指标 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 1、锂电池的术语和定义、锂电池的术语和定义 11、过流充电保护电流过流充电保护电流 (over current for charge protection) Icp：制造商规定的大电流充电时的保护 电路动作电流。 12、推荐放电

24、电流推荐放电电流 (recommendation discharging current) Idr：制造商推荐的持续放电电流。 13、最大放电电流最大放电电流 (maximum discharging current) Idm：制造商规定的最大持续放电电流。 14、过流放电保护电流过流放电保护电流 (over current for discharge protection) Idp：制造商规定的大电流放电时的 保护电路动作电流。 15、上限充电温度上限充电温度 (upper limited charging temperature) Tcm：制造商规定的电池或电池组充电时 的最高环境温度。注

25、：该温度为环境温度，不是电池或电池组的表面温度。 16、上限放电温度上限放电温度 (upper limited discharging temperature) Tdm：制造商规定的电池或电池组放电 时的最高环境温度。注：该温度为环境温度，不是电池或电池组的表面温度。 17、漏液漏液 (leakage)：可见的液体电解质的漏出。IEC 62133:2002，定义1.3.9 18、泄气泄气 (venting)：电池或电池组中内部压力增加时，气体通过预先设计好的防爆装置释放出来 19、破裂破裂 (rupture)：由于内部或外部因素引起电池外壳或电池组壳体的机械损伤，导致内部物质 暴露或溢出，但没

26、有喷出。IEC 62133:2002，定义1.3.11 20、爆炸爆炸 (explosion)：锂离子电池或电池组的外壳剧烈破裂导致主要成分喷射出来。 IEC 62133:2002，定义1.3.13 21、型式试验型式试验 (type test)：对有代表性的样品所进行的试验，其目的是确定其设计和制造是否能符 合本标准的要求。GB 4943.1-200X，定义 22、例行试验例行试验 (routine test)：在制造期间或制造后对每个独立产品进行的试验，以检验其是否符合 相关的判据。GB 4943.1-200X，定义 锂电池的特性指标 群菱能源科技，专注于新

27、能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 2、锂电池常见的、锂电池常见的6个主要参数个主要参数 1、电池容量：、电池容量：电池的容量由电池内活性物质的数量决定，通常用毫安时(mAh)或者 (Ah)表示。 例如1 000 mAh就是能以1 A的电流放电1 h，换算为所含电荷量大约为 3600 C。 2、标称电压：、标称电压：电池正负极之间的电势差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料 的电极电位和内部电解液的浓度决定。 一般情况下单元锂离子电池为3.6V、磷酸铁锂电池为3.2V。 3、充电终止电压：、充电终止电压：可充电电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继

28、 续充电，蓄电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。 锂离子电池为4.2 V、磷酸铁锂电池为3.55-3.60V。 4、放电终止电压：、放电终止电压：放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。放电终止电压 和放电率有关，一般来讲单元锂离子电池为2.7 V、磷酸铁锂电池为2.0-2.5V。 5、电池内阻：、电池内阻：电池的内阻由极板的电阻和离子流的阻抗决定，在充放电过程中，极 板的电阻是不变的，但离子流的阻抗将随电解液浓度和带电离子的增减而变化。 一般来讲单元锂离子电池的内阻为80100 m、磷酸铁锂电池20m。 6、自放电率：、自放电率：是指在一段时间内，电池在没有使用的情况下，自

29、动损失的电量占总 容量的百分比。一般在常温下，锂离子电池自放电率为每月只有5%8%。 锂电池的特性指标 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 3、通信用磷酸铁锂电池（组）参考内阻值表、通信用磷酸铁锂电池（组）参考内阻值表 【中华人民共和国通信行业标准中华人民共和国通信行业标准 YD/T2344.12011】 锂电池的特性指标 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 4、锂电池充放电曲线图、锂电池充放电曲线图 请稍休息一会儿 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.q

30、unling.cc 请喝一杯热茶请喝一杯热茶 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 1、锂离子电池内阻变化对电池温升影响分析、锂离子电池内阻变化对电池温升影响分析 电池的内阻电池的内阻是电池最为重要的特性参数之一，它是表征电池寿命 以及电池运行状态的重要参数，是衡量电子和离子在电极内传输难易 程度的主要标志。内阻初始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。 对于锂离子电池而言，对于锂离子电池而言，电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻。欧姆 内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零

31、件的接触电阻组成。 极化内阻是指电化学反应时由极化引起的电阻，包括电化学极化和浓 差极化引起的电阻。 电池实际内阻电池实际内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻 力。电池内阻大，会产生大量焦耳热引起电池温升导致电池放电工作 电压降低，放电时间缩短，对电池性能、寿命等造成严重影响，严重 的甚至会产生爆炸。 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 1、锂离子电池内阻变化对电池温升影响分析、锂离子电池内阻变化对电池温升影响分析 1动力电池内阻动力电池内阻 1.1 不同工况下电池内阻变化趋势不同工况下电池内阻变化趋势 内

32、阻是动力电池的重要参数。电池的材料、制造工艺、电池结构等因素对内阻均有重要影响。 研究表明，电池内阻与温度及SOC （state of charge)存在密切关系。本文以某型号37V10 Ah 锰酸锂动力电池为样品，采用脉冲放电法测定不同温度和SOC工况下内阻的变化。实验数据及趋 势如图1和2所示。其中R为电池内阻，R0为电池标称内阻(25 ，0SOC)。图1(a)，电池内阻随 温度升高呈下降趋势，在温度低于10时，电池内阻随温度升高下降趋势明显，在高于25时， 电池内阻基本趋于稳定。图1(b)，电池内阻随SOC变大呈下降趋势，当SOC小于40时，电池内 阻随SOC变大下降明显，在电池SOC大

33、于401,j，电池内阻基本趋于稳定。 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 1、锂离子电池内阻变化对电池温升影响分析、锂离子电池内阻变化对电池温升影响分析 2 总结总结 对聚合物锰酸锂电池内阻进行实验测量，由结果分析可知，取定值内阻与变化内阻温 升计算结果有较大差别，并且这种误差会随着放电倍率上升而增大。因此，分析研究内 阻随温度与SOC变化关系对于聚合物锰酸锂电池温升分析及其热管理有重要意义。 1.2 综合拟合电阻变化趋势综合拟合电阻变化趋势 将上述实验结果进行综合拟合，可以得出电池内阻随温度和SOC综合变化趋势(图

34、2) 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 2、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用 锂离子电池的内阻特性可以由图1所示的脉冲响应来加以说明，对电池加载 电流后，电池组的电压响应首先出现一个跳跃式的压降，接着电池端电压开始 缓慢下降；而在电流加载撤除之后，电压响应也是先出现一个跳跃式的电压反 弹，接着电压开始缓慢升高。图中OR段即为欧姆内阻引起的电池压降；PR段 表示极化内阻所引起的电池压降。显然，根据欧姆定律，相应的电压降除以放 电电流即是相应的电阻值。 锂离子电池脉冲放电

35、电压响应锂离子电池脉冲放电电压响应 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 2、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用 图2是采用脉冲放电法得到的同一块电池样品的欧姆内阻和极化内阻随电池 衰减的变化趋势(该电池工作于40，以4C的电流速率进行满充满放)。可见极 化内阻值在电池不同的寿命阶段变化并不明显，电池内阻的变化绝大部分由欧 姆内阻所引起。因此，在评估动力电池性能优劣时最应关注的是欧姆内阻。 锂离子电池欧姆内阻和极化内阻随寿命衰减的变化趋势锂离子电池欧姆内阻和极化内阻随寿命衰

36、减的变化趋势 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 2、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用 另外，实验发现，电池欧姆内阻与电池荷电状态SOC的关系如图3所示，在 锂离子电池的电压平台区(SOC在30到80之间)中，电池的欧姆内阻基本上 保持稳定，受当时电池的SOC状态影响很小；且在不同的电流激励下，锂离子 电池欧姆内阻几乎没有变化，表明欧姆内阻更多的是电池自身状态的体现，在 温度恒定的工作环境中，欧姆内阻受外界影响较小。因此，相同环境下电池在 不向荷电状态下所表现出的欧姆内

37、阻具有普遍的意义。 锂离子电池欧姆内阻和和电池荷电状态锂离子电池欧姆内阻和和电池荷电状态SOC的关系的关系 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 2、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用 研究表明，电池内阻与电池的寿命状态存在着密切的关系。许多研究机构 和电池制造商往往将电池的内阻作为衡量电池寿命状态的最主要参数。 图4所示为锂离子电池进行加速寿命实验(恒温40下满充满放)，其内阻在 不同充放电电流下的变化情况。可见，电池内阻增速随充放电流的增大而提高 。其增幅与充放电强度存

38、在着一定的数学关系。 不同工况对电池内阻变化和寿命衰减的影响不同工况对电池内阻变化和寿命衰减的影响 图4 不同充放电电流下电池内阻的变化趋势 Fig.4 Changing trend of internal resistance under Different charge-discharge currents 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 2、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用 设置锂离子电池工作在不同的充放电深度(DOD)下(如20DOD即为电池工 作在100S

39、OC至80SOC之间)，进行恒温(40)、恒电流循环充放；以此类推 。图5为锂离子电池在不同的充放电深度下电池内阻的变化趋势。电池内阻随 着充放电深度的提高而加速增长。经过数据处理后的变化曲线显示出等比例提 高的趋势，内阻增长的幅度与充放电深度的加强成正比。 不同充放电深度下电池内阻的变化趋势不同充放电深度下电池内阻的变化趋势 图5 不同充放电深度下电池内阻的变化趋势 Fig.5 Changing trend of internal resistance under different DOD 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunli

40、ng.cc 2、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用、锂离子电池内阻辨识及其在寿命估计中的应用 另外，将锂离子电池实验样品放置于不同的环境温度下，进行相同条件下的满充满 放，研究环境温度对电池内阻变化和寿命衰减的影响。图6所示的即为不同环境温度下 电池内阻的变化情况。可以看到，电池内阻的增长速度随温度的提高呈现出明显的区别 ：当环境温度在20时，电池寿命衰减并不太明显，表现为内阻增长得非常缓慢；当环 境温度达到50时，电池内阻迅速增长，电池急剧衰减，加速循环寿命仅为100次左右 ；而当锂离子电池工作在3040时，电池内阻的增速差别并不大，电池体现出对该段 温度并不十分敏感。 不同环境温度下

41、电池内阻的变化趋势不同环境温度下电池内阻的变化趋势 图6 不同环境温度下电池内阻的变化趋势 Fig.6 Changing trend of internal resistance under Different ambient temperatures 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc （1）电池在30-80%SOC内的直流内阻变化比较平稳。 （2）充电测试的直流内阻略小于放电测试的直流内阻。 （3）随测试电流的加大，同一SOC下的直流内阻先下降，后逐 渐上升。 （4）在0-10S内，电池的直流内阻随测试持续时间的变

42、化呈线 性关系，随测试持续时间的延长而增大，但在0-1S内和1- 10S内的变化率不同。 （5）电池直流内阻的变化情况与采用的电流、持续时间等关系 较大，针对不同的电池和应用，应选择合适的电流和持 续时间。 结论结论 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 3、锂离子电池内阻偏大的原因总结、锂离子电池内阻偏大的原因总结 一、工艺方面一、工艺方面 1）、正极配料导电剂过少（材料与材料之间导电性不好，因为锂钴本身的导电性非常差）。 2）、正极配料粘结剂过多（粘结剂一般都是高分子材料，绝缘性能较强）。 3）、负极配料粘结剂过多（

43、粘结剂一般都是高分子材料，绝缘性能较强）。 4）、配料分散不均匀。 5）、配料时粘结剂溶剂不完全。（不能完全溶于NMP、水） 6）、涂布拉浆面密度设计过大。（离子迁移距离大） 7）、压实密度太大，辊压过实。（辊压过死，活性物质结构有的遭到破坏） 8）、正极耳焊接不牢，出现虚焊接。 9) 、负极耳焊接或铆接不牢，出现虚焊，脱焊。 10)、卷绕不紧，卷芯松弛。（使正负极片间的距离增大） 11)、正极耳与壳体焊接不牢固。 12)、负极极耳与极柱焊接不牢。 13)、电池烘烤温度过高，隔膜收缩。（隔膜孔径缩小）！ 14)、注液量过少（导电率降低，循环后内阻增大快！） 15)、注液后搁置时间太短，电解液未

44、充分浸润 16)、化成时未完全活化。 17)、化成过程电解液外漏太多。 18)、生产过程水分控制不严格，电池膨胀。 19)、电池充电电压设置过高，造成过充。 20)、电池贮存环境不合理。 关于锂电池内阻的探讨 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 3、锂离子电池内阻偏大的原因总结、锂离子电池内阻偏大的原因总结 二、材料方面二、材料方面 21）、正极材料电阻大。（导电性差，如如磷酸铁锂）正极材料电阻大。（导电性差，如如磷酸铁锂） 22）、隔膜材料影响（隔膜厚度、孔隙率小、孔径小） 23）、电解液材料影响。（电导率小、粘度大） 24）、正极PVD

45、F材料影响。（量多或者分子量大） 25）、正极导电剂材料影响。（导电性差，电阻高） 26）、正负极极耳材料影响（厚度薄导电性差，厚度不均，材料纯度差） 27）、铜箔，铝箔材料导电性差或表面有氧化物。 28）、盖板极柱铆接接触内阻偏大。 29）、负极材料电阻大。 三、其它方面其它方面 30）、内阻测试仪器偏差。 31）、人为操作。 32）、环境。 锂电池行业标准 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 锂电池行业标准 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 锂电池的正确使用与维护 群菱能源科技，专

46、注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 1、锂电池使用中出现的现象、锂电池使用中出现的现象 锂电池锂电池(Lithium Battery(Lithium Battery) )虽然有能量比虽然有能量比 高、寿命长、重量轻、自放电率低等优点，高、寿命长、重量轻、自放电率低等优点， 但是在长时间的使用过程中往往出现例如：但是在长时间的使用过程中往往出现例如： 电池端电压不均匀（主要是对锂电池组）、电池端电压不均匀（主要是对锂电池组）、 电池壳变形、电解液渗漏、容量不足、无法电池壳变形、电解液渗漏、容量不足、无法 充电、发热、甚至燃烧、爆炸充电、发热、甚至燃烧、爆炸等

47、现象，为通等现象，为通 讯安全、使用人身安全带来隐患。讯安全、使用人身安全带来隐患。 锂电池的正确使用与维护 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 2、锂电池使用中性能下降的原因、锂电池使用中性能下降的原因 锂电池性能下降原因分析：锂电池性能下降原因分析： 一、对于通讯用磷酸铁锂电池长期浮充 ，造成锂离子的失 散，有机电解液的减少； 二、均充频繁，造成有机电解液的干涸、加快正负极板栅 腐蚀； 三、大电流放电或过放电，造成极板变形、反应激烈等原 因，导致电池容量降低甚至失效，给通信安全造成隐 患； 四、由于锂电池的电解液是有机液体，再加上电解质

48、锂金 属非常活跃，因此电池必须密封。由于是密封状态， 所以在使用中会出现破裂、甚至燃烧、爆炸等现象。 这也是锂电池特有的故障现象。 锂电池的正确使用与维护 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 3、锂电池老化情况的判断、锂电池老化情况的判断 参照铅酸蓄电池老化情况：参照铅酸蓄电池老化情况： 一、当电池的实际容量下降到其本身额定容 量的90%以下时，电池便进入衰退期衰退期。 二、当电池容量下降到原来的80%以下时， 电池便进入急剧的衰退状态急剧的衰退状态，衰退期很 短，这时电池已存在事故隐患。 三、当电池容量下降到原来的60%以下时， 电池已达

49、到报废状态已达到报废状态。 锂电池的正确使用与维护 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 4、对于通信用的磷酸铁锂电池维护的效益、对于通信用的磷酸铁锂电池维护的效益 仅从经济角度上分析：仅从经济角度上分析： 一、对锂电池进行了维护，大大提高了系统 的安全性； 二、经常维护的电池，其使用寿命至少可延 长二至三年； 三、可以消除落后电池，避免落后电池影响 健康电池。 四、可以提高整组电池的均衡性，提高电池 的整组供电时间。 锂电池的正确使用与维护 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 5、原邮电

50、规程对铅酸蓄电池的维护规定、原邮电规程对铅酸蓄电池的维护规定 邮电规程关于蓄电池维护的规定 原邮电部电信总局颁布的原邮电部电信总局颁布的电信电源维护规程电信电源维护规程 第第83条规定维护规程规定：条规定维护规程规定： 蓄电池应蓄电池应每年每年做一次放电深度为做一次放电深度为30%-40%30%-40% 放放 电实验电实验 ；每三年每三年做一次放电深度为做一次放电深度为100%100%的容量试的容量试 验，使用年限达验，使用年限达六年后每年一次六年后每年一次，蓄电池放电期，蓄电池放电期 间应每小时测量一次端电压和放电电流。间应每小时测量一次端电压和放电电流。 锂电池的正确使用与维护 群菱能源科

51、技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 6、原电力行业标准对铅酸蓄电池的维护规定、原电力行业标准对铅酸蓄电池的维护规定 电力行业标准关于蓄电池维护的规定 中华人民共和国电力行业标准之电力系统用蓄电池直中华人民共和国电力行业标准之电力系统用蓄电池直 流电源装置运行与维护技术规程流电源装置运行与维护技术规程 第第6.3.3 C 条条（阀控阀控 蓄电池核对性放电周期蓄电池核对性放电周期 ）维护规程规定：维护规程规定： 新安装或大修后的阀控蓄电池组，应进行全核对新安装或大修后的阀控蓄电池组，应进行全核对 性放电试验，以后每隔性放电试验，以后每隔2 23 3年年进

52、行一次全核对性试验进行一次全核对性试验 ，运行了，运行了6 6年年以后的阀控蓄电池，应每年作一次全核以后的阀控蓄电池，应每年作一次全核 对性放电试验。对性放电试验。 锂电池的正确使用与维护 群菱能源科技，专注于新能源检测群菱能源科技，专注于新能源检测www.qunling.cc 7、锂电池的正确使用方法、锂电池的正确使用方法 1、按照标准的时间和程序充电，即使是前三次也要如此进行。 2、当出现锂电池电量过低提示时，应该尽量及时开始充电。不可完全用光 再充电。 3、充电时间不能过长，切勿长时间充电，时间长了会严重影响电池寿命和 发生危险。 4、长期不使用时,应将锂电池取出，置于阴凉干燥处。切不要进行冷冻,避免 水气侵蚀，避免放在高温的环境内使用。 5、如长时间保存,可每隔3-6个月进行充电一次，将电池充到40%后放置。 6、锂电池的激活并不需要特别的方法，在设备正常使用中锂电池会自然激 活。如果你执意要用流传的“前三次12小时长充电激活”方法，实际上也 不会有效果。 因此，所有追求12小时超长充电和把锂电池用