小型充电电池知识讲座

电 池 基 础 知 识 介 绍 第一部分电化学基础知识 电化学名词1n电化学研究电现象与化学现象之间内 在联系的学科n电化学系统电极电解质 n电极学电极的平衡性质和通电后的极 化性质，即电极和电解质界面上的电化学行为 n电解质学电解质的导电性质、离子的 传输性质、参与反应离子的 平衡性质 n化学电源n金属防腐蚀：大部分金属腐蚀是电化学腐蚀n机械工业：电镀、电抛光、电泳涂漆 n环境保护：电渗析除去氰、铬离子等污染物 n电解、电冶炼工业 n生命科学：如肌肉运动、神经的信息传递都涉 及到电化学机理 电化学应用 电化学历史n电化学的起源 1791年伽伐尼发表了金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象n化学电源雏形 1799年伏打在伽伐尼工作的基础上发明了用不同的金属片夹湿纸组成的“电堆”n电化学定量基础 1834年法拉第电解定律n引入热力学 19世纪下半叶，亥姆霍兹和吉布斯赋于电池的 “电动势”热力学含义n能斯特公式 1889年能斯特用热力学导出了参与电极反应的物质浓度与电极电势的关系 n 1791年意大利的伽伐尼发现以金属片接触青蛙腿部肌肉时，有收缩的现象发生。电化学起源 伏打电池n上述现象1799年被意大利的伏打捕捉到并加以研究，发明了世界上第一个电池-伏打电池，即原电池。 法拉第定律n在电极上起反应的物质的量与通入的电量成正比 电动势化学能 原电池原理n较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）流向较不活泼的金属（正极）n化学能转变为电能的装置 组成原电池的条件n有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极n电极材料均插入电解质溶液中n两极相连形成闭合电路 电流与离子的流向n当电池中有电流通过时，电解质中的离子在电场的作用下作定向移动n阴离子总是移向阳极n阳离子总是移向阴极n整个电流在溶液中的传导是由阴、阳离子的移动共同承担的 第二部分 电池的基本知识 电池分类依据n电解质种类n电池所用正负极材料n工作特性和储存方式 电解质种类n碱性电池电解质以KOH溶液為主，如碱性 锌锰电池（俗称碱锰电池或碱性电池）、镍镉电池和镍氢电池等n酸性电池电解质以硫酸水溶液为主，如铅酸电池n中性電池电解质为盐溶液，如锌锰电池和海水电池n有机电解质电池电解质为有机溶液，如锂电池、锂离子电池 电池所用正负极材料n锌系列电池锌锰电池和锌银电池等n镍系列電池镍镉电池和镍氢电池等n铅系列電池铅酸电池等n锂系列電池锂离子电池和锂锰电池等n二氧化锰系列電池锌锰电池和碱锰电池n空气（氧气）系列電池锌空气电池 工作特性和储存方式n一次电池又称原电池，即不能再次充电的电池，如锌锰电池和锂电池等n二次电池又称蓄电池，即可充电电池，如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等n燃料電池正、负极本身不包含活性物质，活性材料连续不断从外部加入的电池n储备电池电池储备时不直接接触电解质，直到电池使用时，才加入电解液，如镁氯化银（海水电池）。 四种主要的二次电池 绿色环保电池n锂离子电池n镍氢电池n无汞碱性锌锰电池n燃料电池n电化学贮能超级电容器n太阳电池（光伏发电） n技术参数 镍镉电池 镍氢电池 锂离子电池 n工作电压（V） 1.2 1.2 3.6n重量比能量(Wh/Kg) 50 65 105-140n体积比能量(Wh/l) 150 200 300 镍镉、镍氢、锂离子电池性能对比 电池组成 1）电极(electrode)：电池的核心部分，由活性物质添加剂和导电骨架组成n 2） 电 解 质 （ electrolyte） ： 主 要 组成 之 一 ， 传 递 正 、 负 极 之 间 电 荷n 3） 隔 膜 (separator)： 正 、 负 电 极 之间 ， 避 免 正 、 负 极 活 性 物 质 直 接 接n 4） 外 壳 （ case） 电池的性能1、电动势：两电极电势之差（平衡电极电法）2、 内 阻 ： 是 指 电 池 在 工 作 时 ， 电 流 流 过 电 池 内部 所 受 到 的 阻 力 。3、 电 压 :n 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 。n 工 作 电 压 ： 又 称 端 电 压 ， 是 指 电 池 的 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 。 V = V开 IR n 终 点 电 压 ： 电 池 在 放 电 过 程 中 ， 电 压 下 降 到 不 宜 再 继 续 放 电的 工 作 电 压 为 终 点 电 压 。 n4、 容 量 、 比 容 量n电 池 的 容 量 ： 电 池 的 容 量 有 额 定 容 量 与 实 际 容 量 之 分 。 A 电 池 的 额 定 容 量 ： 是 指 设 计 与 制 造 电 池 时 规 定 或 保 证 电池 在 一 定 的 放 电 条 件 下 ， 应 该 放 出 最 低 限 度 的 电 量 。 B 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 ， 容 量 常 见 单 位 有 ： mAh 、 Ah(1Ah=1000mAh)n体 积 比 容 量 、 重 量 比 容 量 ： C重 = （ Ah/Kg） C体 = （ Ah/L）5、 比 能 量 ： n比 能 量 ： 体 积 比 能 量 ： W体 = （ Wh/L） 重 量 比 能 量 ： W重 = （ Wh/l） 6、 贮 存 性 能 和 循 环 寿 命 ：n贮 存 性 能 ： （ 自 放 电 ） 电 池 的 贮 存 性 能 是 衡 量 电 池 综 合 性 能 稳 定 程 度 的一 个 重 要 参 数 ， 电 池 经 过 一 定 时 间 的 贮 存 后 ， 允 许 电 池的 容 量 及 内 阻 有 一 定 程 度 的 变 化 。 电 池 自 放 电 与 活 性 物质 本 身 、 电 极 结 构 、 制 造 工 艺 、 电 池 工 作 条 件 等 因 素 相关 。n 循 环 寿 命 ： 充 、 放 电 循 环 的 数 目 。 第三部分锂离子电池基本知识 锂 离 子 电 池 的 电 化 学 反 应 原 理 及 特 性 ： 充 电 时 ： Li+从 正 极 逸 出 ， 嵌 入 负 极 放 电 时 Li+则 从 负 极 脱 出 ， 嵌 入 正 极 。 以 LiCoO2为 正 极 材 料 ， 石 墨 为 负 极 材 料 的 锂 离 子 电池 ， 充 放 电 反 应 式 为 ： 锂 离 子 二 次 电 池 反 应 的 实 质 为 一 个 Li+浓 差 电 池 ： 充 电 时 ，Li+从 正 极 化 合 物 中 脱 出 并 嵌 入 负 极 晶 格 ， 正 极 处 于 贫 锂 态 ；放 电 时 ， Li+从 负 极 脱 出 并 插 入 正 极 ， 正 极 为 富 锂 态 。 为 保持 电 荷 的 平 衡 ， 充 、 放 电 过 程 中 应 有 相 同 数 量 的 电 子 经 外电 路 传 递 ， 与 Li+一 起 在 正 负 极 间 迁 移 、 使 正 负 极 发 生 氧 化还 原 反 应 ， 保 持 一 定 的 电 位 。 工 作 电 位 与 构 成 电 极 的 插 入化 合 物 的 化 学 性 质 、 Li+的 浓 度 有 关 。 这 种 充 、 放 电 过 程 似一 把 摇 椅 ， 故 锂 离 子 二 次 电 池 又 称 摇 椅 电 池 （ Rocking Chair Batteries,简 称 为 RCB） 。 特点 锂离子二 次电池的一般特性：1、体积及质量的能量密度高；其能量密度大于300Wh/L，比能量达110120Wh/kg， 分别是Ni/Cd、Ni/MeH电池的25和15倍 2、寿命长 3、单电池的输出电压高，为4.2 V； 3、自放电率小，可实现快速充放电，也可做成大容量的电池组。 4、无记忆效应 5、不含有毒物质等。 第五部分锂离子电池生产流程 电 池 生 产 流 程 1、 配 料 将 活 性 物 质 、 导 电 剂 、 粘 结 剂 、 溶 剂 按 照 一 定 的 比例 均 匀 的 混 合 在 一 起 ， 配 制 成 溶 浆 料 的 过 程 。 2、 拉 浆 通 过 设 备 将 配 置 好 的 浆 料 均 匀 的 粘 附 在 集 流 体 上 的 过程 。 3、 制 片 将 拉 浆 制 成 的 大 片 采 用 不 同 的 设 备 制 成 满 足 工 艺 要 求的 卷 绕 的 极 片 的 过 程 。 4、 卷 绕 将 极 片 、 隔 膜 纸 按 照 一 定 的 层 次 ， 通 过 设 备 卷 绕 在一 起 并 放 入 电 池 外 壳 内 的 过 程 5、 焊 接 通 过 设 备 将 电 池 的 盖 板 和 壳 体 焊 接 在 一 起 的 过 程 ， 6 、 注 液 将 电 解 液 注 入 电 池 壳 体 的 过 程 7、 化 成 电 池 制 造 后 ， 通 过 一 定 的 充 放 电 方 式 将 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 。 8、 封 口 通 过 一 定 的 方 法 将 注 液 孔 密 封 起 来 的 过 程 。 9、 分 容 ： 电 池 在 制 造 过 程 中 ， 因 工 艺 原 因 使 得 电 池 的 实 际容 量 不 可 能 完 全 一 致 ， 通 过 一 定 的 充 放 电 制 度 检 测 ， 并将 电 池 按 容 量 分 容 的 过 程 称 为 分 容 。 主 要 性 能 参 数 : 1、外 观 、 尺 寸 2、 容 量 3、 内 阻 4、 循 环 寿 命 电 池 充 放 电 (电 压 )曲 线 : 电 池 充 放 电 (电 流 )曲 线 : 容 量 曲 线 内 阻 曲 线电 池 充 放 电 循 环 曲 线 : 锂 离 子 电 池 块 : 振 动 马 达 电 芯 PCB板 PCB板Poiyswitch 电 芯柔 性PCB板胶 壳 锂 离 子 电 池 块 主 要 性 能 参 数 : 1、外 观 、 尺 寸 、 2、 容 量 （ 略 小 于 电 芯 容 量 ） 3、 内 阻 （ 电 芯 内 阻 +温 度 保 护 器 内 阻 +MOS管 内 阻 +接线 内 阻 ） 4、 循 环 寿 命 锂 离 子 电 池 块 保 护 线 路 板 : ( -M马 达 驱 动 电 路MOSFET I C IR+ ) 2502 N TC P C B M -P -IRNTCVIDIP +Polyswitch锂 电 池 振 动 马 达