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锂离子电池的基本工作原理分析

来源:宝鄂实业    2019-08-30 11:30    点击量:
基本工作原理
 
当对电池进行充电时,正极的含锂化合物有锂离子脱出,锂离子经过电解液运动到负极。负极的炭材料呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。
 
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。
 
锂离子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。这就像一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就在摇椅两端来回运动。所以锂离子电池又叫摇椅式电池。
充放电机理
 
锂离子电池的充电过程分为两个阶段:恒流充电阶段和恒压电流递减充电阶段。
 
锂离子电池过度充放电会对正负极造成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷,而塌陷会造成充电过程中锂离子无法插入;过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构,而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。
 
锂离子电池保持性能最佳的充放电方式为浅充浅放。一般60%DOD是100%DOD条件下循环寿命的2~4倍。
 
 
电池的容量
 
电池的容量有额定容量和实际容量之分。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。电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量,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)。
 
容量单位:mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。
 
电池内阻
 
电池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。电池内阻是衡量电池性能的一个重要参数。
 
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,锂离子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。锂离子电池的放电工作电压在3.6V左右。
 
放电平台时间
 
放电平台时间是指在电池满电情况下放电至某电压的放电时间。例对某三元电池测量其3.6V的放电平台时间,以恒压充到电压为4.2V,并且充电电流小于0.02C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时的放电时间即为该电流下的放电平台时间。
 
因某些使用锂离子电池的用电器的工作电压都有电压要求,如果低于要求值,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。