小型充電電池知識講座

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1、電 池 基 礎 知 識 介 紹 第一部分電化學基礎知識 電化學名詞1n電化學研究電現(xiàn)象與化學現(xiàn)象之間內(nèi) 在聯(lián)系的學科n電化學系統(tǒng)電極電解質(zhì) n電極學電極的平衡性質(zhì)和通電后的極 化性質(zhì)，即電極和電解質(zhì)界面上的電化學行為 n電解質(zhì)學電解質(zhì)的導電性質(zhì)、離子的 傳輸性質(zhì)、參與反應離子的 平衡性質(zhì) n化學電源n金屬防腐蝕：大部分金屬腐蝕是電化學腐蝕n機械工業(yè)：電鍍、電拋光、電泳涂漆 n環(huán)境保護：電滲析除去氰、鉻離子等污染物 n電解、電冶煉工業(yè) n生命科學：如肌肉運動、神經(jīng)的信息傳遞都涉 及到電化學機理 電化學應用 電化學歷史n電化學的起源 1791年伽伐尼發(fā)表了金屬能使蛙腿肌肉抽縮的“動物電”現(xiàn)象n化學

2、電源雛形 1799年伏打在伽伐尼工作的基礎上發(fā)明了用不同的金屬片夾濕紙組成的“電堆”n電化學定量基礎 1834年法拉第電解定律n引入熱力學 19世紀下半葉，亥姆霍茲和吉布斯賦于電池的 “電動勢”熱力學含義n能斯特公式 1889年能斯特用熱力學導出了參與電極反應的物質(zhì)濃度與電極電勢的關(guān)系 n 1791年意大利的伽伐尼發(fā)現(xiàn)以金屬片接觸青蛙腿部肌肉時，有收縮的現(xiàn)象發(fā)生。電化學起源 伏打電池n上述現(xiàn)象1799年被意大利的伏打捕捉到并加以研究，發(fā)明了世界上第一個電池-伏打電池，即原電池。 法拉第定律n在電極上起反應的物質(zhì)的量與通入的電量成正比 電動勢化學能 原電池原理n較活潑的金屬發(fā)生氧化反應，電子從較

3、活潑的金屬（負極）流向較不活潑的金屬（正極）n化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 組成原電池的條件n有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬導體）作電極n電極材料均插入電解質(zhì)溶液中n兩極相連形成閉合電路 電流與離子的流向n當電池中有電流通過時，電解質(zhì)中的離子在電場的作用下作定向移動n陰離子總是移向陽極n陽離子總是移向陰極n整個電流在溶液中的傳導是由陰、陽離子的移動共同承擔的 第二部分 電池的基本知識 電池分類依據(jù)n電解質(zhì)種類n電池所用正負極材料n工作特性和儲存方式 電解質(zhì)種類n堿性電池電解質(zhì)以KOH溶液為主，如堿性 鋅錳電池（俗稱堿錳電池或堿性電池）、鎳鎘電池和鎳氫電池等n酸性電池電解質(zhì)以硫酸水溶液為主，如

4、鉛酸電池n中性電池電解質(zhì)為鹽溶液，如鋅錳電池和海水電池n有機電解質(zhì)電池電解質(zhì)為有機溶液，如鋰電池、鋰離子電池 電池所用正負極材料n鋅系列電池鋅錳電池和鋅銀電池等n鎳系列電池鎳鎘電池和鎳氫電池等n鉛系列電池鉛酸電池等n鋰系列電池鋰離子電池和鋰錳電池等n二氧化錳系列電池鋅錳電池和堿錳電池n空氣（氧氣）系列電池鋅空氣電池 工作特性和儲存方式n一次電池又稱原電池，即不能再次充電的電池，如鋅錳電池和鋰電池等n二次電池又稱蓄電池，即可充電電池，如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池等n燃料電池正、負極本身不包含活性物質(zhì)，活性材料連續(xù)不斷從外部加入的電池n儲備電池電池儲備時不直接接觸電解質(zhì)，直到電池使用

5、時，才加入電解液，如鎂氯化銀（海水電池）。 四種主要的二次電池 綠色環(huán)保電池n鋰離子電池n鎳氫電池n無汞堿性鋅錳電池n燃料電池n電化學貯能超級電容器n太陽電池（光伏發(fā)電） n技術(shù)參數(shù) 鎳鎘電池 鎳氫電池 鋰離子電池 n工作電壓（V） 1.2 1.2 3.6n重量比能量(Wh/Kg) 50 65 105-140n體積比能量(Wh/l) 150 200 300 鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池性能對比 電池組成 1）電極(electrode)：電池的核心部分，由活性物質(zhì)添加劑和導電骨架組成n 2） 電 解 質(zhì) （ electrolyte） ： 主 要 組成 之 一 ， 傳 遞 正 、 負 極 之 間 電 荷

6、n 3） 隔 膜 (separator)： 正 、 負 電 極 之間 ， 避 免 正 、 負 極 活 性 物 質(zhì) 直 接 接n 4） 外 殼 （ case） 電池的性能1、電動勢：兩電極電勢之差（平衡電極電法）2、 內(nèi) 阻 ： 是 指 電 池 在 工 作 時 ， 電 流 流 過 電 池 內(nèi)部 所 受 到 的 阻 力 。3、 電 壓 :n 開 路 電 壓 ： 是 指 電 池 在 非 工 作 狀 態(tài) 下 ， 即 電 路 中 無 電 流 流 過時 ， 電 池 正 負 極 之 間 的 電 勢 差 。n 工 作 電 壓 ： 又 稱 端 電 壓 ， 是 指 電 池 的 工 作 狀 態(tài) 下 ， 即 電 路

7、中有 電 流 ， 流 過 時 電 池 正 負 極 之 間 的 電 勢 差 。 V = V開 IR n 終 點 電 壓 ： 電 池 在 放 電 過 程 中 ， 電 壓 下 降 到 不 宜 再 繼 續(xù) 放 電的 工 作 電 壓 為 終 點 電 壓 。 n4、 容 量 、 比 容 量n電 池 的 容 量 ： 電 池 的 容 量 有 額 定 容 量 與 實 際 容 量 之 分 。 A 電 池 的 額 定 容 量 ： 是 指 設 計 與 制 造 電 池 時 規(guī) 定 或 保 證 電池 在 一 定 的 放 電 條 件 下 ， 應 該 放 出 最 低 限 度 的 電 量 。 B 電 池 的 實 際 容 量 ：

8、 是 指 電 池 在 一 定 的 放 電 條 件 下 所 放 出的 實 際 電 量 ， 容 量 常 見 單 位 有 ： mAh 、 Ah(1Ah=1000mAh)n體 積 比 容 量 、 重 量 比 容 量 ： C重 = （ Ah/Kg） C體 = （ Ah/L）5、 比 能 量 ： n比 能 量 ： 體 積 比 能 量 ： W體 = （ Wh/L） 重 量 比 能 量 ： W重 = （ Wh/l） 6、 貯 存 性 能 和 循 環(huán) 壽 命 ：n貯 存 性 能 ： （ 自 放 電 ） 電 池 的 貯 存 性 能 是 衡 量 電 池 綜 合 性 能 穩(wěn) 定 程 度 的一 個 重 要 參 數(shù) ，

9、電 池 經(jīng) 過 一 定 時 間 的 貯 存 后 ， 允 許 電 池的 容 量 及 內(nèi) 阻 有 一 定 程 度 的 變 化 。 電 池 自 放 電 與 活 性 物質(zhì) 本 身 、 電 極 結(jié) 構(gòu) 、 制 造 工 藝 、 電 池 工 作 條 件 等 因 素 相關(guān) 。n 循 環(huán) 壽 命 ： 充 、 放 電 循 環(huán) 的 數(shù) 目 。 第三部分鋰離子電池基本知識 鋰 離 子 電 池 的 電 化 學 反 應 原 理 及 特 性 ： 充 電 時 ： Li+從 正 極 逸 出 ， 嵌 入 負 極 放 電 時 Li+則 從 負 極 脫 出 ， 嵌 入 正 極 。 以 LiCoO2為 正 極 材 料 ， 石 墨 為

10、負 極 材 料 的 鋰 離 子 電池 ， 充 放 電 反 應 式 為 ： 鋰 離 子 二 次 電 池 反 應 的 實 質(zhì) 為 一 個 Li+濃 差 電 池 ： 充 電 時 ，Li+從 正 極 化 合 物 中 脫 出 并 嵌 入 負 極 晶 格 ， 正 極 處 于 貧 鋰 態(tài) ；放 電 時 ， Li+從 負 極 脫 出 并 插 入 正 極 ， 正 極 為 富 鋰 態(tài) 。 為 保持 電 荷 的 平 衡 ， 充 、 放 電 過 程 中 應 有 相 同 數(shù) 量 的 電 子 經(jīng) 外電 路 傳 遞 ， 與 Li+一 起 在 正 負 極 間 遷 移 、 使 正 負 極 發(fā) 生 氧 化還 原 反 應 ， 保

11、持 一 定 的 電 位 。 工 作 電 位 與 構(gòu) 成 電 極 的 插 入化 合 物 的 化 學 性 質(zhì) 、 Li+的 濃 度 有 關(guān) 。 這 種 充 、 放 電 過 程 似一 把 搖 椅 ， 故 鋰 離 子 二 次 電 池 又 稱 搖 椅 電 池 （ Rocking Chair Batteries,簡 稱 為 RCB） 。 特點 鋰離子二 次電池的一般特性：1、體積及質(zhì)量的能量密度高；其能量密度大于300Wh/L，比能量達110120Wh/kg， 分別是Ni/Cd、Ni/MeH電池的25和15倍 2、壽命長 3、單電池的輸出電壓高，為4.2 V； 3、自放電率小，可實現(xiàn)快速充放電，也可做成大

12、容量的電池組。 4、無記憶效應 5、不含有毒物質(zhì)等。 第五部分鋰離子電池生產(chǎn)流程 電 池 生 產(chǎn) 流 程 1、 配 料 將 活 性 物 質(zhì) 、 導 電 劑 、 粘 結(jié) 劑 、 溶 劑 按 照 一 定 的 比例 均 勻 的 混 合 在 一 起 ， 配 制 成 溶 漿 料 的 過 程 。 2、 拉 漿 通 過 設 備 將 配 置 好 的 漿 料 均 勻 的 粘 附 在 集 流 體 上 的 過程 。 3、 制 片 將 拉 漿 制 成 的 大 片 采 用 不 同 的 設 備 制 成 滿 足 工 藝 要 求的 卷 繞 的 極 片 的 過 程 。 4、 卷 繞 將 極 片 、 隔 膜 紙 按 照 一 定

13、的 層 次 ， 通 過 設 備 卷 繞 在一 起 并 放 入 電 池 外 殼 內(nèi) 的 過 程 5、 焊 接 通 過 設 備 將 電 池 的 蓋 板 和 殼 體 焊 接 在 一 起 的 過 程 ， 6 、 注 液 將 電 解 液 注 入 電 池 殼 體 的 過 程 7、 化 成 電 池 制 造 后 ， 通 過 一 定 的 充 放 電 方 式 將 內(nèi) 部 正 負極 活 性 物 質(zhì) 激 活 ， 改 善 電 池 的 充 放 電 性 能 及 自 放 電 、 貯存 等 綜 合 性 能 的 過 程 稱 為 化 成 。 8、 封 口 通 過 一 定 的 方 法 將 注 液 孔 密 封 起 來 的 過 程 。

14、9、 分 容 ： 電 池 在 制 造 過 程 中 ， 因 工 藝 原 因 使 得 電 池 的 實 際容 量 不 可 能 完 全 一 致 ， 通 過 一 定 的 充 放 電 制 度 檢 測 ， 并將 電 池 按 容 量 分 容 的 過 程 稱 為 分 容 。 主 要 性 能 參 數(shù) : 1、外 觀 、 尺 寸 2、 容 量 3、 內(nèi) 阻 4、 循 環(huán) 壽 命 電 池 充 放 電 (電 壓 )曲 線 : 電 池 充 放 電 (電 流 )曲 線 : 容 量 曲 線 內(nèi) 阻 曲 線電 池 充 放 電 循 環(huán) 曲 線 : 鋰 離 子 電 池 塊 : 振 動 馬 達 電 芯 PCB板 PCB板Poiyswitch 電 芯柔 性PCB板膠 殼 鋰 離 子 電 池 塊 主 要 性 能 參 數(shù) : 1、外 觀 、 尺 寸 、 2、 容 量 （ 略 小 于 電 芯 容 量 ） 3、 內(nèi) 阻 （ 電 芯 內(nèi) 阻 +溫 度 保 護 器 內(nèi) 阻 +MOS管 內(nèi) 阻 +接線 內(nèi) 阻 ） 4、 循 環(huán) 壽 命 鋰 離 子 電 池 塊 保 護 線 路 板 : ( -M馬 達 驅(qū) 動 電 路MOSFET I C IR+ ) 2502 N TC P C B M -P -IRNTCVIDIP +Polyswitch鋰 電 池 振 動 馬 達