1、電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)2022/7/28電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第一部分 電池基礎(chǔ)常識(shí)電池的定義：不必要伴隨有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而將各種能量直接轉(zhuǎn)化為直流電能的發(fā)電裝置。一種能量轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存的裝置.1. 化學(xué)電池：將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電裝置；2. 物理電池：通過(guò)物理變化將光能、熱能等直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置；3. 組成化學(xué)電池的必要條件： 3.1 必須把化學(xué)反應(yīng)中的氧化過(guò)程（失去電子過(guò)程）和還原過(guò)程（得到電子過(guò)程）分隔在兩個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行； 3.2 正負(fù)極之間有離子導(dǎo)電物質(zhì)； 3.3 物質(zhì)在進(jìn)行氧化還原時(shí)，電子必須通過(guò)外線路。電池的概念電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第一部分 電池基礎(chǔ)常識(shí) 電池在放電過(guò)程中

2、，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，向外提供電子；在正極上進(jìn)行還原反應(yīng)，從外電路接收電子，電子從負(fù)極流到正極，而電流方向正好與電子流動(dòng)方向相反，故電流經(jīng)外電路從正極流向負(fù)極。 電解質(zhì)是離子導(dǎo)體，離子在電池內(nèi)部的正負(fù)極之間定向移動(dòng)而導(dǎo)電，陽(yáng)離子流向正極，陰離子流向負(fù)極。整個(gè)電池形成了一個(gè)由外電路的電子體系和電解質(zhì)的離子體系構(gòu)成的完整放電體系，從而產(chǎn)生電能。電池的工作原理電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第一部分 電池基礎(chǔ)常識(shí)電池的連接：根據(jù)電池的電壓與容量的需求，可以把電芯做串聯(lián)，并聯(lián)及混聯(lián)連接。a、串聯(lián)：電壓升高，容量基本不變；b、并聯(lián)：電壓基本不變，容量升高；c、混聯(lián)：電壓與容量都會(huì)升高。+-+-并聯(lián)串聯(lián)混聯(lián)電池及鋰

3、電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第一部分 電池基礎(chǔ)常識(shí)化學(xué)電池的種類二次電池電池 一次電池鎳鎘電池鎳氫電池鉛酸電池鋰電池金屬鋰電池液態(tài)鋰離子電池聚合物鋰離子電池糊式電池普通碳性鋅-錳電池堿性電池電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第一部分 電池基礎(chǔ)常識(shí)電池的構(gòu)成電池一般由電芯、Fuse（或PTC）、保護(hù)板（或電路板）、五金片、外殼以及一些輔料組成。 單節(jié)電池的電路示意圖電芯B+B-電路板P+P-PTC或Fuse電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第一部分 電池基礎(chǔ)常識(shí)保護(hù)板 保護(hù)板通常包括控制IC、MOS開關(guān)及輔助器件NTC、ID存儲(chǔ)器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路溝通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流

4、超過(guò)規(guī)定值時(shí)，它立刻控制MOS開關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。PCB電容電阻MOS管控制IC電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第一部分 電池基礎(chǔ)常識(shí)過(guò)充保護(hù)：當(dāng)電芯電壓升到一定值時(shí)（4.4V以下），保護(hù)板會(huì)切斷充電回路。過(guò)放保護(hù)：當(dāng)電芯電壓低到一定值時(shí)（2.2V以上），保護(hù)板會(huì)切斷放電回路。短路保護(hù)：當(dāng)電池正、負(fù)極兩端短路時(shí)，可迅速切斷回路，保護(hù)電芯。過(guò)流保護(hù)：當(dāng)電池輸出電流超過(guò)某一值時(shí)（2A左右），保護(hù)電路會(huì)切斷輸出回路。其它輔助功能：保護(hù)板上一般還有NTC、識(shí)別電阻以及解碼芯片等，主要作用是保證電池能與主機(jī)及原裝充電器正常充電與使用。保護(hù)板的功能電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第二部 電池基本術(shù)語(yǔ)(一)、電壓（

5、概念：即電位差，是產(chǎn)生電流的力）1.開路電壓：電池與外電路沒(méi)有接通時(shí)，即沒(méi)有電流流過(guò)時(shí)電極之間的電位差，等于正極電位與負(fù)極電位之間的差值。2.工作電壓：又稱放電電壓或負(fù)荷電壓，是指電池對(duì)外輸出電流時(shí)，電池兩 極間的電位差。工作電壓總是低于開路電壓。3.終止電壓：電池充放電時(shí)，電壓上升或下降到某數(shù)值，電池不宜再繼續(xù)充電或放電的工作電壓。一般在充電時(shí)，終止電壓為4.2V，放電時(shí)為3 .0V或2 .75V。電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第二部 電池基本術(shù)語(yǔ)(二)、容量 電池容量是電池對(duì)用電器輸出的電量。單位為mAh或Ah。(1Ah=1000mAh) ，容量大小是由正負(fù)極中活性物質(zhì)的數(shù)量多少來(lái)決定的（一是活

6、性物質(zhì)的重量；二是活性物質(zhì)的利用率）。1.額定容量：在設(shè)計(jì)和制造電池時(shí)，規(guī)定電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的電量。2.比容量：為了對(duì)不同的電池進(jìn)行比較，引入比容量概念。 比容量是指單位質(zhì)量或單位體積電池所給出的容量，稱為質(zhì)量比容量或體積比容量。電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第二部 電池基本術(shù)語(yǔ)(三)、內(nèi)阻 電池內(nèi)阻包括歐姆電阻(R)和電極在電化學(xué)反應(yīng)時(shí)所表現(xiàn)的極化電阻(Rf )。 歐姆電阻、極化電阻之和為電池的內(nèi)阻(Ri )。歐姆電阻由電極材料、電解液、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成。 極化電阻Rf是指電化學(xué)反應(yīng)時(shí)由極化引起的電阻，包括電化學(xué)極化和濃差極化引起的電阻。電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)

7、培訓(xùn)第二部 電池基本術(shù)語(yǔ)(四)、能量和比能量 電池在一定條件下對(duì)外作功所能輸出的電能叫做電池的能量，單位一般用wh表示。1.理論能量 電池的放電過(guò)程處于平衡狀態(tài)，放電電壓保持電動(dòng)勢(shì)(E)數(shù)值，且活性物質(zhì)利用率為100，在此條件下電池的輸出能量為理論能量(W0)，即可逆電池在恒溫恒壓下所做的最大非膨脹功(W0=C0E)2.實(shí)際能量 電池放電時(shí)實(shí)際輸出的能量稱為實(shí)際能量。 W=V工作I t V工作= V開路I R電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第二部 電池基本術(shù)語(yǔ)3.比能量 單位質(zhì)量和單位體積的電池所給出的能量，稱質(zhì)量比能量或體積比能量，也稱能量密度。比能量的單位為wh/kg或wh/L。 目前聚合物鋰離子

8、電池重量比能量為 170-190 wh/kg.電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第二部 電池基本術(shù)語(yǔ)1.2放電平臺(tái) 放電平臺(tái)是指在電池任何倍率的電流下恒流充到電壓為4.2V，再恒壓充電，并且充電電流小于0.01C時(shí)停止充電即充滿電后，然后擱置10分鐘，在任何倍率的放電電流下放電至3.6V時(shí)的放電時(shí)間。 因一般使用鋰離子電池的家用電器的工作電壓都要求在3.6V以上，如果低于這個(gè)值，則會(huì)出現(xiàn)無(wú)法工作的情況。所以放電平臺(tái)是衡量電池性能好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。 電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第三部分 鋰離子電池工作原理鋰離子電池工作原理 鋰離子電池實(shí)際上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器件。 它的正負(fù)電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。

9、充電時(shí)，Li+ 從正極脫嵌經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極。放電時(shí)則相反， Li+ 從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入正極。充電是一個(gè)強(qiáng)制的過(guò)程，把電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能；而放電則是一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程，化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，供用電器件使用。 鋰離子進(jìn)入電極過(guò)程叫嵌入，從電極中出來(lái)的過(guò)程叫脫出，在充放電時(shí)鋰離子在電池正負(fù)極中往返的嵌入 脫出，正像搖椅子一樣在正負(fù)極中搖來(lái)?yè)u去，故有人將鋰離子電池形象的稱為“搖椅電池”。 在正常充放電情況下，鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和層狀結(jié)構(gòu)氧化物的層間嵌入和脫出，一般只引起層面間距變化，不破壞晶體結(jié)構(gòu)，在充放電過(guò)程中，負(fù)極材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本不變。因此，從充放電反應(yīng)的可逆性看，鋰離子電池反應(yīng)是一種

10、理想的可逆反應(yīng)。電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第三部分 鋰離子電池工作原理鋰離子電池結(jié)構(gòu)a.正極：預(yù)先鋰化的過(guò)渡金屬氧化物，如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰等b.負(fù)極：具有特殊結(jié)構(gòu)的碳材，如軟碳、硬碳石墨和石墨化碳纖維等c.電解液：有機(jī)溶劑和鋰鹽的溶液，例如PC (碳酸丙烯酯)、EC(碳酸 乙烯酯)、 DMC (二甲基碳酸酯)、DEC(二乙基碳酸酯)、1M LiPF6 。電導(dǎo)率為 6.79 mS/cm，水含量6ppm，HF含量8ppm。d.隔膜： 多孔聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)膜e.包裝材料：鋁塑復(fù)合膜/鋁合金料電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第三部分 鋰離子電池工作原理液態(tài)鋰離子電芯與聚合物鋰離子電芯結(jié)構(gòu)比較

11、電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第三部分 鋰離子電池工作原理鋰離子電池充放電曲線電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第三部分 鋰離子電池工作原理鋰離子電池的特點(diǎn)高能量密度：鋰離子電池與同容量的鎳鎘或鎳氫電池相比較，質(zhì)量約減輕一半, 體積比鎳鎘電池小35%45%，比鎳氫電池小20%25%。高電壓：鋰離子電池的工作電壓相當(dāng)于三個(gè)鎳鎘電池或鎳氫電池串聯(lián)組合在一起。高倍率放電：能夠用2C電流持續(xù)放電。無(wú)污染：不包含重金屬污染物質(zhì)，如鎘、鉛、水銀等。安全可靠：具有極高安全性，不受航空禁運(yùn)條例限制。循環(huán)壽命長(zhǎng)：可達(dá)300500次以上。無(wú)記憶效應(yīng)，可快速充電特別是鋰聚合物電芯，其安全性更高，且可柔性設(shè)計(jì)。電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培

12、訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理保護(hù)板的由來(lái) 鋰離子電池(可充型)之所以需要保護(hù)，是由它本身特性決定的。由于鋰電池本身的材料決定了它不能被過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路及超高溫充放電，因此鋰電池鋰電組件總會(huì)跟著一塊精致的保護(hù)板和一片電流保險(xiǎn)器出現(xiàn)。 鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC等電流器件協(xié)同完成，保護(hù)板是由電子電路組成，在-40至+85的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流，及時(shí)控制電流回路的通斷；PTC在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。 電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理鋰離子電池構(gòu)造保護(hù)板電芯PTC電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理保護(hù)板的

13、組成 保護(hù)板通常包括控制IC、MOS開關(guān)及輔助器件NTC、ID存儲(chǔ)器等。其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導(dǎo)通，使電芯與外電路溝通，而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過(guò)規(guī)定值時(shí)，它立刻控制MOS開關(guān)關(guān)斷，保護(hù)電芯的安全。 NTC是Negative temperature coefficient的縮寫，意即負(fù)溫度系數(shù)，在環(huán)境溫度升高時(shí)，其阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時(shí)反應(yīng)、控制內(nèi)部中斷而停止充放電。 ID是Identification 的縮寫，即身份識(shí)別的意思它分為兩種：一是存儲(chǔ)器，常為單線接口存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)電池種類、生產(chǎn)日期等信息；二是識(shí)別電阻。兩者可起到產(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制。電池及鋰

14、電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理保護(hù)板的組成MOS管電阻PCB保護(hù)IC電容電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理保護(hù)板的基本指標(biāo)1、導(dǎo)通電阻：定義：當(dāng)充電電流為500mA時(shí)，MOS管的導(dǎo)通阻抗。 由于通訊設(shè)備的工作頻率較高，數(shù)據(jù)傳輸要求誤碼率低，其脈沖串的上升及下降沿陡，故對(duì)電池的電流輸出能力和電壓穩(wěn)定度要求高，因此保護(hù)板的MOS管開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電阻要小，單節(jié)電芯保護(hù)板通常在70m，如太大會(huì)導(dǎo)致通訊設(shè)備工作不正常，如手機(jī)在通話時(shí)突然斷線、電話接不通、噪聲等現(xiàn)象。電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理保護(hù)板的基本指標(biāo)2、自耗電流 定義：IC工作電壓為3.6V，

15、空載狀態(tài)下，流經(jīng)保護(hù)IC的工 作電流，一般極小. 保護(hù)板的自耗電流直接影響電池的待機(jī)時(shí)間，通常規(guī)定單節(jié)保護(hù)板的自 耗電流小于7微安.3、電流能力 保護(hù)板作為鋰電芯的安全保護(hù)器件,既要在設(shè)備的正常工作電流范圍內(nèi),能可靠工作,又要在當(dāng)電池被意外短路或過(guò)流時(shí)能迅速動(dòng)作,使電芯得到保護(hù).5、機(jī)械性能、溫度適應(yīng)能力、抗靜電能力 保護(hù)板必須能通過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的震動(dòng),沖擊試驗(yàn);保護(hù)板在-40到85度能安全工作,能經(jīng)受15KV的非接觸ESD靜電測(cè)試.電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理單節(jié)電芯保護(hù)板電路原理IC過(guò)放控制過(guò)充控制+-充電FUSE電芯MOS管電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池

16、電源管理單節(jié)電芯保護(hù)板電路原理如圖中，IC由電芯供電，電壓在1.5v10v均能保證可靠工作。電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理單節(jié)電芯保護(hù)板電路原理1、過(guò)充保護(hù)當(dāng)電池被充電使電壓超過(guò)設(shè)定值VC(4.25-4.35V)后，VD1翻轉(zhuǎn)使Cout變?yōu)榈碗娖剑琓1截止，充電停止，當(dāng)電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V)時(shí)，Cout變?yōu)楦唠娖?，T1導(dǎo)通充電繼續(xù)。電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理單節(jié)電芯保護(hù)板電路原理1、過(guò)充保護(hù)IC電量過(guò)放控制過(guò)充控制+-充電電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理單節(jié)電芯保護(hù)板電路原理1、過(guò)充保護(hù)IC電量過(guò)放控制過(guò)充控

17、制+-充電STOP4.25-4.35V3.8-4.1V此時(shí)充電MOS關(guān)電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理單節(jié)電芯保護(hù)板電路原理2、過(guò)放保護(hù) 當(dāng)電池電壓因放電而降低至設(shè)定值VD（2.3-2.5V）時(shí)， VD2翻轉(zhuǎn)，以IC內(nèi)部固定的短時(shí)間延時(shí)后，使Dout變?yōu)榈碗娖剑琓2截止，放電停止。電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理單節(jié)電芯保護(hù)板電路原理2、過(guò)放保護(hù)電量過(guò)放控制過(guò)放控制-IC+放電LOAD電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理電壓-放電STOP2.3-2.5VIC+此時(shí)放電MOS管關(guān)LOAD單節(jié)電芯保護(hù)板電路原理2、過(guò)放保護(hù)電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)

18、培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理 當(dāng)電路放電電流超過(guò)設(shè)定值或輸出被短路時(shí)，過(guò)流、短路檢測(cè)電路動(dòng)作，使MOS管關(guān)斷，電流截止。3、過(guò)流、短路保護(hù)單節(jié)電芯保護(hù)板電路原理電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理IC過(guò)放控制過(guò)放控制+-放電STOP！電流門限此時(shí)放電MOS管關(guān)單節(jié)電芯保護(hù)板電路原理3、過(guò)流、短路保護(hù)電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理多電芯鋰離子電芯串聯(lián)電池保護(hù)板電路原理電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理1、原理框圖同單節(jié)電芯一樣，在多節(jié)電芯保護(hù)電路中，保護(hù)板同樣必須能對(duì)電芯提供過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路等保護(hù)。IC過(guò)放控制過(guò)充控制-n節(jié)電芯+多電芯鋰離子電芯串聯(lián)電池保護(hù)板電路原理電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理2、工作過(guò)程說(shuō)明：以用美上美MM1414保護(hù)IC的四節(jié)電芯保護(hù) 板為例。原理圖如下圖所示。多電芯鋰離子電芯串聯(lián)電池保護(hù)板電路原理電池及鋰電池基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第四部分 鋰離子電池電源管理 For overchargeOvercharge detection voltageCell voltageOV pin(for pull up)Sensing deadNormal stateOverchargeNormal stateOvercharge rele