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一.電池分類、動(dòng)力電池及發(fā)展史 分類： 按工作性質(zhì)及存儲方式分：原電池,，蓄電池,，儲備（激活）電池，燃料電池,； 按電解質(zhì)性質(zhì)分：酸性電池,，堿性電池，中性電池,，有機(jī)電解質(zhì)溶液電池,， 固體電解質(zhì)電池； 按電池特性分：高容量電池,，密封電池,，免維護(hù)電池，防爆電池等,。 動(dòng)力電池的概念： 電池輸出的能量用于車輛（汽車,、電動(dòng)自行車等）牽引、驅(qū)動(dòng)用途的電池,。 動(dòng)力電池發(fā)展史： 1859 Plante鉛酸蓄電池 1901 鎘鎳蓄電池 1943 鋅銀蓄電池 60年代 燃料電池 80年代 氫鎳電池 90年代 鋰離子電池 二.電池的組成和基本原理 1.電池簡介及其組成 電池即化學(xué)電源,，是通過化學(xué)反應(yīng)把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成低壓直流電能的裝置。要實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)變,，電池必須具備兩個(gè)條件：①氧化和還原反應(yīng)必須分隔在兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行,；②電子必須通過外電路。因此電池應(yīng)該包括以下基本組成部分： 正極——提供容量,，主要有活性物質(zhì)和導(dǎo)電骨架組成 負(fù)極——同上 電解液——離子傳輸 隔膜——防止正負(fù)極間形成電子導(dǎo)電通路 外殼——保護(hù)作用 2.基本工作原理 構(gòu)成適用的二次電池的條件： a電極反應(yīng)必須可逆,；b只能采用一種電解質(zhì)溶液；c電池放電時(shí)生成的產(chǎn)物在溶液中是難溶的,。 以鋰離子電池為例 鋰離子電池實(shí)際上是一種鋰離子濃差電池,，正負(fù)電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。充電時(shí),，Li+ 從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極,，負(fù)極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài),，同時(shí)電子的補(bǔ)償電荷從外電路供給到碳負(fù)極,，保證負(fù)極的電荷平衡,。放電時(shí)則相反， Li+ 從負(fù)極脫嵌,，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極,，正極處于富鋰態(tài)。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)是一種理想的可逆反應(yīng)。 三.電池常用術(shù)語及電性能 1. 電動(dòng)勢：電池兩極在斷路時(shí)處于可逆平衡狀態(tài)下,，兩極平衡電極電位之差,，是經(jīng)過計(jì)算的理論值。 2. 開路電壓：電池在斷路時(shí)電池兩極的電極電位之差,。開路電壓是一個(gè)實(shí)際測量的值,。如鋰離子電池的開路電壓為4.1V，鉛酸蓄電池為2.1V 電動(dòng)勢＞開路電壓 電池的電動(dòng)勢或開路電壓值取決于所組成電池的電極材料與電解質(zhì)的活度和放電的溫度,，與電池的幾何形狀和尺寸大小無關(guān),。 3. 額定電壓：在規(guī)定條件下電池工作的標(biāo)準(zhǔn)電壓。用來區(qū)分電池體系,。 如：鉛酸電池：2.0V 鎘鎳電池：1.2V 氫鎳電池：1.2V 鋅錳電池：1.5V 鋰離子電池：3.6-3.8V 4. 放電終止電壓：指放電時(shí),，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓值。 為人為規(guī)定的值,。例如：鋰離子電池充電時(shí),，終止電壓為4.2V，放電時(shí)為3 .0V或2 .75V,。 5. 工作電壓：又稱放電電壓或負(fù)荷電壓,，是指電池對外輸出電流時(shí)，電池兩極間的電位差,。工作電壓總是低于開路電壓,。 電池放電電壓的變化與放電制度有關(guān)，即放電曲線的變化還受放電制度的影響,，包括：放電電流,，放電溫度，放電終止電壓,；間歇還是連續(xù)放電。放電電流越大，工作電壓下降越快,；隨放電溫度的增加,，放電曲線變化較平緩； 對于二次電池,，放電電壓低于規(guī)定的終止電壓叫做過放電,，過放電常常會影響到蓄電池的循環(huán)壽命。 恒阻放電 恒流放電 連續(xù)放電 間歇放電 8. 電池容量： 指一定放電制度下（在一定的I放,，T放,，V終），電池所給出的電量,。表征電池儲存能量的能力,，單位是Ah或C。容量受很多引素的影響,，如：放電電流,、放電溫度等。容量大小是由正負(fù)極中活性物質(zhì)的數(shù)量多少來決定的,。 理論容量：活性物質(zhì)全部參加反應(yīng)所給出的容量,。 實(shí)際容量：在一定的放電制度下實(shí)際放出的容量。 額定容量：又稱公稱容量,，指電池在設(shè)計(jì)的放電條件下,，電池保證給出的最低電量。 在實(shí)際應(yīng)用中,，電池容量＝正極容量 比容量：為了對不同的電池進(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,。通常計(jì)算方法為：電池首次放電容量/（活性物質(zhì)量*活性物質(zhì)利用率） 影響電池容量的因素： a. 電池的放電速度(通常以電流強(qiáng)度mA來表示)：電流越大，輸出的容量減少,； 注：圖中A區(qū)(陰影部分)為電池對外輸出的能量,；B區(qū)為電池自身損耗的能量。 b.電池的放電溫度：溫度降低,，輸出容量減少,； c.電池的放電終止電壓：是由用電器以及電池反應(yīng)本身的限定來設(shè)定的，例如：充電時(shí),，終止電壓為4.2V,，放電時(shí)為3 .0V或2 .75V。 d.電池的貯存時(shí)間：電池經(jīng)過長時(shí)間貯存后,，電池的放電容量會相應(yīng)減少,。 9. 放電時(shí)率及放電倍率 是一種表達(dá)電池放電電流大小的方法,。 放電時(shí)率：指在規(guī)定的放電時(shí)間內(nèi)，電池放出全部額定容量,。 放電倍率：指放電電流為電池額定容量的某一個(gè)倍數(shù),。 放電時(shí)率×放電倍率＝1 C5—電池5小時(shí)率的容量，即電池5小時(shí)放電的全部容量,。單位Ah或mAh 0.5C---電池以0.5倍容量的電流放電 ,單位：A或mA 例如：某電池的額定容量為1Ah,用0.5C放電時(shí)的電流即為0.5A
10. 能量和比能量 電池在一定條件下對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。 a.理論能量 電池的放電過程處于平衡狀態(tài),，放電電壓保持電動(dòng)勢(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),。 b.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 Ri c.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,。
是指電池沒有負(fù)載時(shí)電池容量自行降低的現(xiàn)象,。主要是電極材料自發(fā)發(fā)生了氧化還原反應(yīng)；在兩個(gè)電極中,，負(fù)極的自放電是主要的,，自放電使活性物質(zhì)白白被消耗。 電池自放電與電池貯存性能有很密切的關(guān)系,。電池在貯存時(shí)貯存性能一定要好,，貯存時(shí)要求自放電小，不能出現(xiàn)漏液或爬堿,。 各種電池的存儲方式：滿電荷存儲,、部分電荷儲存、放電狀態(tài)存儲,。 自放電與溫度的關(guān)系曲線： 13.循環(huán)壽命及其影響因素 電池經(jīng)歷一次充放電,，稱一個(gè)周期。在一定的放電制度下,，電池容量降至規(guī)定值之前,，電池所經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)，稱為電池的循環(huán)壽命,。 影響電池循環(huán)壽命的主要因素有： a.在充放電過程中,，電極活性物質(zhì)表面積減少，使工作電流密度上升,，極化增大,； b.電極上活性物質(zhì)脫落或轉(zhuǎn)移,； c.電極材料發(fā)生腐蝕； d.電池內(nèi)部短路,； e.隔膜損壞和活性物質(zhì)晶型改變,，活性降低,。 14. SOC和DOD SOC（State of Charge ）－為荷電狀態(tài),，表示電池剩余容量與總?cè)萘康陌俜直取? DOD（Depth of Discharge ）－為放電深度，表示放電程度的一種量度,，為放電容量與總放電容量的百分比,。放電深度的高低和二次電池的壽命有很大的關(guān)系：放電深度越深，其壽命就越短,。 性 能 比 較(一)
四.電池結(jié)構(gòu),、組合方式及生產(chǎn)流程簡介 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：
主要組成部分：正負(fù)電極，電解質(zhì),，隔膜,，外殼 正負(fù)電極：參加成流反應(yīng)和導(dǎo)電；由活性物質(zhì)和導(dǎo)電骨架構(gòu)成,。 液態(tài)鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖
聚合物鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖
隔膜：也叫隔離層,，作用是防止正負(fù)極接觸。是非金屬材料制成,，顯著的特點(diǎn)是具有大量的微孔以保證離子的通過,。不同的電池所用的材料不同，電池對隔離層的要求是：a材料本身是絕緣的,，防止電池內(nèi)部短路（即對電子絕緣）,；要對離子的傳導(dǎo)的電阻要小。b耐電解質(zhì)腐蝕,；能經(jīng)受正極氧化劑的氧化,。C成本低。如：AGM隔膜 電解質(zhì)：主要起正負(fù)極間的離子導(dǎo)電作用,，有的還參與成流反應(yīng),。要求：a化學(xué)穩(wěn)定性好；b比電導(dǎo)高,，具有良好的離子導(dǎo)電性,。 電池組合方式
五.各種電池簡介 1.鉛酸電池 1859 Plante（France）鉛酸蓄電池 應(yīng)用領(lǐng)域：汽車啟動(dòng)用、固定用（發(fā)電廠,、變電所及通訊用）,、車用、電動(dòng)車用,。 優(yōu)點(diǎn)：可以大電流放電,、使用溫度范圍很寬,、可逆性好、電動(dòng)勢較高,、原材料來源豐富,、制造工藝簡便、價(jià)格便宜,。 缺點(diǎn)：比性能差,、材料污染、且有毒,。 主要類型：開口式電池,、免維護(hù)電池、閥控式電池,、水平式電池,、三端子雙電源式電池。 失效模式：板柵腐蝕變形,、活性物質(zhì)脫落,、 不可逆硫酸鹽化、熱失控,、電池膨脹,。
2.鎳系列電池 鐵鎳蓄電池 ／鎘鎳蓄電池 ／鋅鎳蓄電池 應(yīng)用領(lǐng)域：電動(dòng)工具、錄音機(jī),、電動(dòng)車用,。 優(yōu)點(diǎn)：使用壽命長、自放電小,、溫度范圍廣,、耐過充過放。 缺點(diǎn)：活性物質(zhì)利用率低,、價(jià)格較貴,、且鎘有毒、有記憶效應(yīng),。 主要類型：圓形和方形,。 從鎘鎳電池開始，實(shí)現(xiàn)了對電池的密封,。
3.氫鎳電池 出現(xiàn)在80年代,，兩大類別：高壓氫鎳電池和金屬氫化物鎳電池 優(yōu)點(diǎn)：能量密度高、可快速充放電,、低溫性能良好,、可密封、耐過充過放能力強(qiáng)、安全可靠,、對環(huán)境無污染,、無記憶效應(yīng)，可以和鎘鎳電池互換,。 缺點(diǎn)：價(jià)格高,。 密封電池：
4.鋰離子電池 出現(xiàn)在90年代 應(yīng)用領(lǐng)域：手機(jī)、筆記本電腦,、攝像機(jī),、電動(dòng)車用。 優(yōu)點(diǎn)：開路電壓高（單體電池電壓高達(dá)3.6～3.8V）,比能量大,、循環(huán)壽命長,、無公害,、無記憶效應(yīng),、自放電小。 缺點(diǎn)：過充放電的保護(hù)問題,、成本很高,、不能用大電流放電（有機(jī)電解質(zhì)的原因）。 主要類型：液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池,。
為何鋰離子電池保護(hù)更關(guān)鍵,？ 鋰離子電池的負(fù)極主要是碳或石墨，它能儲存及釋放鋰離子,。一旦過充電發(fā)生,，鋰離子變成鋰金屬沉積在碳或石墨表面。因?yàn)殇嚱饘俜浅,；顫?，任何沖擊或其它原因都能導(dǎo)致其燃燒； 鋰離子電池的電解液為易燃的有機(jī)物,。因此,，一旦錯(cuò)誤充電導(dǎo)致過充電電壓出現(xiàn)，在電壓達(dá)到4.7V以上時(shí),，鋰離子電池將過度發(fā)熱,，甚至燃燒； 為了防止過度放電導(dǎo)致電池壽命的縮短,，鋰離子電池需要過放電保護(hù),。 保護(hù)鋰離子電池的作用：、 1,、防止過充電電壓 2,、防止放電超過限定值 3、防止過電流 4,、短路保護(hù) 5,、防止電池溫度過高 6,、防止電池內(nèi)部壓力的升高 六.電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及測試 鉛酸電池常用標(biāo)準(zhǔn)：GB/T5008.1 啟動(dòng)電池標(biāo)準(zhǔn)（國）；SAE J 537 （美）,；EN 50342 （歐）,；JIS D 5301（日）；Q/SQR04.075 啟動(dòng)電池標(biāo)準(zhǔn)（企）,；QC/T 742-2006 電動(dòng)汽車用鉛酸蓄電池（國）,； 氫鎳電池常用標(biāo)準(zhǔn)： QC/T 744-2006 電動(dòng)汽車用金屬氫化物鎳蓄電池（國）；IEC 61951-2 金屬氫化物鎳電池,； 鋰離子電池常用標(biāo)準(zhǔn)： QC/T 743-2006 電動(dòng)汽車用鋰離子蓄電池（國）,； 電池測試-鉛酸起動(dòng)電池 額定容量測試 冷啟動(dòng)性能測試 耐振動(dòng)性能測試 荷電保持能力測試 壽命測試 耐溫變測試 密封性測試 水損耗測試 電池測試-氫鎳電池 鋰離子電池 高低溫容量測試 耐振動(dòng)性能測試 荷電保持能力測試 壽命測試 安全性測試 動(dòng)力電池安全性測試 短路：滿充電池外部短路后不漏液、不爆炸,、不燃燒 過充電：滿充電池1C充電至5V或90min后不漏液,、不爆炸、不燃燒 擠壓：擠壓滿充電池至殼體破裂或內(nèi)部短路后不爆炸,、不燃燒 針刺：針刺滿充電池至貫穿后不爆炸,、不燃燒 跌落：滿充電池自1.5米高處跌落至木板上后不變形、不漏液,、不破裂,、不爆炸、不燃燒 熱沖擊：滿充電池在70℃±2℃條件下擱置20min后不變形,、不漏液,、不破裂、不爆炸,、不燃燒 七.世界電池公司大匯總 鉛酸電池： 德國VARTA 美國EXIDE 德國陽光（gel） 風(fēng)帆 駱駝 南都 臥龍 金屬氫化物鎳電池： 日本Panasonic 日本Sanyo 美國Ovonic 法國Saft 德國VARTA 湖南神舟,、和平海灣,、沈陽三普,、中山中炬 鋰離子電池： 日本Panasonic 日本Sanyo 美國Ovonic 法國Saft 德國VARTA 蘇州星恒、北京盟固利,、廈門中橋,、天津藍(lán)天,、深圳雷天、北京有色金屬 各國廠商在民用可充電池市場所占份額
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