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锂电池充放电特性剖析和测试

上传工夫:2017-04-18浏览次数:编纂:admin

锂离子电池手艺取测试要领
目次
第一部分
1.1锂离子电池简介----------------------------2
1.2.锂离子电池构成-------------------------3
1.3.锂离子电池道理-------------------------4
1.4.锂离子电池的品种------------------------5
1.5.锂离子电池优缺点------------------------7
1.6.怎样准确运用锂离子电池------------------8
第二局部
ST-BTJCY3000型智能电池充电放电检测仪
2.1.机能特性--------------------------------10
2.2.技术指标--------------------------------11
2.3技术支持取网站信息-----------------------12
第三局部
聚合物锂离子电池规格、测试要领和尺度
3.1.聚合物锂离子充电电池规格--------------15
3.2.测试尺度------------------------------------------16
3.3.文档参考的国标根据--------------------------------18


第一部分
1.1锂离子电池简介
1.1.1锂离子电池(Li-ionBatteries)是锂电池生长而去。在引见 Li-ion之前,应先引见锂电池。举例来说,之前照相机里用的扣式电池便属 于锂电池。锂电池的正极质料是二氧化锰或亚硫酰氯,负极是锂。电池组装 完成后电池即有电压,不需充电.这类电池也能够充电,但轮回机能欠好,在 充放电轮回历程中,轻易构成锂枝晶,形成电池内部短路,以是一般情况下那 种电池是制止充电的。
1.1.2厥后,日本索尼公司发清楚明了以冰质料为负极,以露锂的化合物 做正极,在充放电历程中,没有金属锂存在,只要锂离子,那就是锂离子电 池。当对电池停止充电时,电池的正极上有锂离子天生,天生的锂离子经由 电解液活动到负极。而作为负极的碳呈层状构造,它有许多微孔,到达负极 的锂离子便嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越下。一样, 当对电池停止放电时(即我们运用电池的历程),嵌在负极碳层中的锂离子 脱出,又活动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越下。
1.1.3我们一般所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充 放电历程中,锂离子处于从正极→负极→正极的活动状况。Li-ion Batteries便像一把摇椅,摇椅的两头为电池的南北极,而锂离子便象运动员 一样在摇椅往返奔驰。以是Li-ionBatteries又叫摇椅式电池。


1.2.锂离子电池的构成
1.2.1钢壳/铝壳系列:
(1)电池高低盖
(2)正极——活性物资一样平常为氧化锂钴
(3)隔阂——一种特别的复合膜
(4)负极——活性物资为碳
(5)有机电解液
(6)电池壳(分为钢壳和铝壳两种)
1.2.2软包装系列
(1)正极——活性物资一样平常为氧化锂钴
(2)隔阂——PP大概PE复合膜
(3)负极——活性物资为碳
(4)有机电解液
(5)电池壳——铝塑复合膜


1.3.锂离子电池道理
1.3.1锂系电池分为锂电池和锂离子电池。现在手机和笔记本电脑运用 的都是锂离子电池,一般人们俗称其为锂电池。手机等PDA产物运用的是 锂离子电池,而真正的锂电池因为危险性大,没有应用于一样平常电子产品。 锂离子电池以碳素质料为负极,以露锂的化合物做正极,没有金属锂存 在,只要锂离子,那就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物 为正极质料电池的总称。锂离子电池的充放电历程,就是锂离子的嵌入和脱 嵌历程。在锂离子的嵌入和脱嵌历程中,同时伴随着取锂离子等当量电子的 嵌入和脱嵌(风俗上正极用嵌入或脱嵌示意,而负极用插入或脱插示意)。 在充放电历程中,锂离子在正、负极之间往复嵌入/脱嵌和插入/脱插,被形 象天称为“摇椅电池”。
1.3.2锂离子电池能量密度大,均匀输出电压下。自放电小,每个月在 10%以下。没有影象效应。工作温度局限宽为-20℃~60℃。轮回机能优胜、 可快速充放电、充电效力高达100%,并且输出功率大。使用寿命少。没有 环境污染,被称为绿色电池。
1.3.3充电是电池重复使用的主要步调,锂离子电池的充电历程分 为两个阶段:恒流快充阶段(指示灯呈赤色或黄色)和恒压电流递加阶段(指 示灯呈绿色)。恒流快充阶段,电池电压逐渐降低到电池的尺度电压,随后 在掌握芯片下转入恒压阶段,电压不再降低以确保不会过充,电流则跟着电 池电量的上升逐渐削弱到0,而终究完成充电。电量统计芯片经由过程纪录放电 曲线能够抽样计算出电池的电量。锂离子电池在屡次运用后,放电曲线会发 死改动,锂离子电池固然不存在影象效应,然则充电欠妥会严峻影响电池性 能。 锂离子电池过分充放电会对正负极形成永久性破坏。过分放电致使负极 碳片层构造泛起陷落,而陷落会形成充电历程中锂离子没法插入;过分充电 使过多的锂离子嵌入负极碳构造,而形成个中局部锂离子再也没法开释出 去。
1.3.4充电量即是充电电流乘以充电工夫,在充电掌握电压肯定 的状况下,充电电流越大(充电速度越快),充电电量越小。电池充电速度 过快和停止电压掌握点欠妥,一样会形成电池容量缺乏,现实是电池的局部 电极活性物资没有获得充裕回响反映便住手充电,这类充电缺乏的征象跟着轮回 次数的增添而加剧。

1.4.锂离子电池的品种
1.4.1弗成充电的锂电池有多种,现在常用的有锂-二氧化锰电池、锂 —亚硫酰氯电池及锂和别的化合物电池。
1) 锂-二氧化锰电池(Li MnO2)
锂-二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极,并接纳有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压下,额定电压为3V(是一样平常碱性电池的2倍);停止放电电压为2V;比能量大(睹上面举的例子);放电电压稳固牢靠;有较好的贮存机能(贮存工夫3年以上)、自放电率低(年 自放电率≤2%);工作温度局限-20℃~+60℃。 该电池能够做成差别的形状以知足差别要求,它有长方形、圆柱形及纽 扣形(扣式)。
2)可充电锂离子电池
可充电锂离子电池是现在手机中运用最普遍的电池,但它较为“娇气”, 在运用中弗成过充、过放(会破坏电池或使之报废)。因而,在电池上有珍爱 元器件或珍爱电路以防备高贵的电池破坏。锂离子电池充电要求很下,要 包管停止电压精度在1%以内,现在各大半导体器件厂已开辟出多种锂离子 电池充电的IC,以包管平安、牢靠、快速天充电。
1.4.2凭据锂离子电池所用电解质质料差别,锂离子电池能够分为液 态锂离子电池(lithiumionbattery,简称为LIB)和聚合物锂离子电池(p olymerlithiumionbattery,简称为LIP)两大类。聚合物锂离子电池所 用的正负极质料取液态锂离子都是雷同的,电池的事情道理也根基同等。 它们的重要区分在于电解质的差别,液态锂离子电池运用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质去替代,这类聚合物能够是 “干态”的,也能够是“胶态”的,现在大部分接纳聚合物胶体电解质。散 合物锂离子电池可分为三类:
(1)固体聚合物电解质锂离子电池。电解质为聚合物取盐的混合物, 这类电池在常温下的离子电导率低,适于高温运用。
(2)凝胶聚合物电解质锂离子电池。即在固体聚合物电解质中到场删 塑剂等添加剂,从而进步离子电导率,使电池可在常温下运用。
(3)聚合物正极质料的锂离子电池。接纳导电聚合物作为正极质料, 其比能量是现有锂离子电池的3倍,是最新一代的锂离子电池。因为用固 体电解质替代了液体电解质,取液态锂离子电池比拟,聚合物锂离子电池具 有可薄形化、恣意面积化取恣意外形化等长处,也不会发生漏液取熄灭爆 炸等平安上的题目,因而能够用铝塑复合薄膜制造电池外壳,从而能够提 下全部电池的比容量;聚合物锂离子电池借能够接纳高分子做正极质料, 其质量比能量将会比现在的液态锂离子电池进步50%以上。

另外,聚合物锂离子电池在事情电压、充放电轮回寿命等方面皆比锂离 子电池有所进步。 基于以上长处,聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。聚合物锂离子(Lithiumionpolymer)电池,具有更高能量密度、小型化、薄型化、 沉量化、下安全性、少轮回寿命取低成本的新型电池。因而,在将来2~3 年内,聚合物锂电池庖代锂离子电池市场的份额将达50%。
1.4.3当前手机已被普遍运用,晚期的手机中多运用镍氢电池,但灵 巧型的手机则是锂离子电池。正确地运用锂离子电池对延伸电池寿命是非常 主要的。锂离子电池是现在运用最为普遍的锂电池,它凭据差别的电子产品 的要求能够做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式,而且有由几个电池串 联在一起构成的电池组。锂离子电池的额定电压为3.6V(有的产物为3.7 V)。布满电时的停止充电电压取电池阳极质料有关:阳极质料为石墨的4.2 V;阳极质料为焦炭的4.1V。差别阳极质料的内阻也不同,焦炭阳极的内阻 略大,其放电曲线也略有差异。一样平常称为4.1V锂离子电池及4.2V锂离子电 池。如今运用的大部分是4.2V的,锂离子电池的停止放电电压为2.5V~2. 75V(电池厂给出事情电压局限或给出停止放电电压,各参数略有差别)。低 于停止放电电压继承放电称为过放,过放对电池是有损伤的。
1.4.4锂离子电池不适合用作大电流放电,过大电流放电时会低落放 电工夫(内部会发生较下的温度而消耗能量)。因而电池消费工场给出最大放 电电流,在运用中应小于最大放电电流。锂离子电池对温度有一定要供, 工场给出了充电温度局限、放电温度局限及生存温度局限。锂离子电池对 充电的要求是很高的,它要求周详的充电电路以包管充电的平安。停止充电 电压精度允差为额定值的±1%(比方:充4.2V的锂离子电池,其允差为±0.0 42V),过压充电会形成锂离子电池永久性破坏。锂离子电池充电电流应凭据 电池生产厂家的发起,并要求有限流电路以避免发作过流(过热)。一样平常常用的 充电率为0.25C~1C(C是电池的容量,如C=800mAh,1C充电率即充电电流 为800mA)。在大电流充电时每每要检测电池温度,以防备过热破坏电池或 发生爆炸。
1.4.5锂离子电池充电分为两个阶段:先恒流充电,到靠近停止电压时改 为恒压充电。以800mAh容量的电池为例,其停止充电电压为4.2V。电池以 800mA(充电率为1C)恒流充电,最先时电池电压以较大的斜率升压,当电池电压 靠近4.2V时,改成4.2V恒压充电,电流渐降,电压转变不大,到充电电流降为 1/10C(约80mA)时,以为靠近布满,能够停止充电(有的充电器到1/10C后启动 定时器,过肯定工夫后完毕充电)。锂离子电池在充电或放电历程中若发作过充、 过放或过流时,会形成电池的破坏或低落使用寿命。


1.5.锂离子电池优缺点
1.5.1锂离子电池具有以下长处:
1)电压下,单体电池的事情电压高达3.6-3.9V,是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍
2)比能量大,现在能到达的现实比能量为100-125Wh/kg和240-300Wh/L(2倍于Ni-Cd,1.5倍于Ni-MH),将来跟着技术发展,比能量可高达150Wh/kg和400Wh/L
3)轮回寿命少,一样平常都可到达500次以上,以至1000次以上.关于小电 放逐电的电器,电池的运用限期将倍增电器的竞争力.
4)平安机能好,无公害,无影象效应.作为Li-ion前身的锂电池,果金属 锂易构成枝晶发作短路,缩减了其应用领域:Li-ion中不含镉、铅、汞等对 情况有净化的元素:局部工艺(如烧结式)的Ni-Cd电池存在的一大弊端为 “影象效应”,严峻约束电池的运用,但Li-ion基础不存在那方面的题目。
5)自放电小,室温下布满电的Li-ion贮存1个月后的自放电率为 10%阁下,大大低于Ni-Cd的25-30%,Ni、MH的30-35%。
6)可快速充放电,1C充电是容量能够到达标称容量的80%以上。
7)工作温度局限下,工作温度为-25~45°C,跟着电解质和正极的 革新,希冀能扩宽到-40~70°C。
1.5.2.锂离子电池也存在着肯定的瑕玷
1)电池本钱较下。重要显示在正极质料LiCoO2的价钱下(Co的资本较少),电解质系统提纯难题。
2)不克不及大电流放电。因为有机电解质系统等缘由,电池内阻相对 其他类电池大。故要求较小的放电电流密度,一样平常放电电流在0.5C以下,
只适合于中小电流的电器运用。
3)需求珍爱线路掌握。
A、过充珍爱:电池过充将损坏正极构造而影响机能和寿命;同时过充 电使电解液剖析,内部压力过高而致使漏液等题目;故必需在4.1V-4.2V的 恒压下充电;
B、过放珍爱:过放会致使活性物资的规复难题,故也需求有珍爱线路 掌握。

4)充电电池界说
充电电池又称:蓄电池、二次电池,是能够重复充电运用的电池。常见 的有:铅酸电池(用于汽车时,俗称“电瓶”)、镉镍电池、氢镍电池、锂 离子电池。
5)电池的额定容量
电池的额定容量指在肯定放电条件下,电池放电至停止电压时放出的电 量。IEC标准规定镍镉和镍氢电池在20±5℃情况下,以0.1C充电16小时 后以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量。单元有Ah,mAh (1Ah=1000mAh)
1.6.怎样准确运用锂离子电池.
准确运用锂离子电池应注重以下几点:
制止在严格条件下运用,如:高温、下湿度、夏季阳光下长时间暴晒等, 制止将电池投入水中; 装、拆电池时,应确保用电用具处于电源封闭状况;运用温度应连结在 -20~55℃之间; 制止将电池长时间“寄存”在停止使用的用电用具中;
1.6.1.怎样为新电池充电,
在运用锂电池中应注重的是,电池安排一段时间后则进入休眠状况,此 时容量低于正常值,使用时间亦随之收缩。但锂电池很容易激活,只要经由 3—5次一般的充放电轮回便可激活电池,规复一般容量。因为锂电池自己 的特性,决意了它几乎没有影象效应。因而用户手机中的新锂电池在激活过 程中,是不需要特其余要领和装备的。不只理论上是云云,从我本身的理论 来看,从一开始便接纳尺度要领充电这类“天然激活”体式格局是最好的。
关于锂电池的“激活”题目,浩瀚的说法是:充电工夫一定要凌驾12 小时,重复做三次,以便激活电池。这类“前三次充电要充12小时以上”的说法,显着是从镍电池(如镍镉和镍氢)连续下来的说法。以是这类说法, 可以说一开始就是误传。锂电池和镍电池的充放电特性有异常大的区分,而 且能够异常明白的通知人人,在所查阅过的庄重的且正式的技术资料中都强 调过充和过放电会对锂电池、特别是液体锂离子电池形成伟大的危险。因此 充电最好根据尺度工夫和尺度要领充电,特别是不要停止凌驾12个小时的 超长充电。
另外,锂电池或充电器在电池布满后都邑主动停充,其实不存在镍电充电 器所谓的连续10几小时的“涓流”充电。也就是说,若是您的锂电池在充 谦后,放在充电器上也是黑充。而我们谁皆没法包管电池的充放电珍爱电路 的特性永不转变和质量的十拿九稳,以是您的电池将临时处在伤害的边沿徘 徊。那也是我们阻挡少充电的另一个来由。 另外,不可忽视的别的一个方面就是锂电池一样也不合适过放电,过放 电对锂电池一样也很不利。
1.6.2、一般运用中应当什么时候最先充电
常常能够见到这类说法,由于充放电的次数是有限的,以是应当将手机 电池的电尽量用光再充电。然则我找到一个关于锂离子电池充放电轮回的 实行表,关于轮回寿命的数据列出以下:
轮回寿命(10%DOD):>1000次
轮回寿命(100%DOD):>200次
个中DOD是放电深度的英文缩写。从表中可见,可充电次数和放电深度 有关,10%DOD时的轮回寿命要比100%DOD的要少许多。固然若是折合到真 际充电的相对总容量:10%*1000=100,100%*200=200,后者的完整充放电借 是要对照好一些,但前面网友的谁人说法要做一些批改:在一般状况下,您应当有保留地根据电池盈余电量用完再充的原则充电,但如果您的电池在您 估计第2天不可能对峙全部日间的时刻,便应当实时最先充电,固然您若是 情愿背着充电器到办公室又当别论。
电池盈余电量用完再充的原则其实不是要您走向极度。和少充电一样撒布 甚广的一个说法,就是“只管把电池的电量用完”。这类做法实在只是镍电 池上的做法,目标是制止影象效应发作,不幸的是它也在锂电池上撒布之古。
曾有人由于手机电池电量过低的正告泛起后,仍旧不充电继承运用一向用 到自动关机的例子。效果这个例子中的手机在后去的充电及开机中均无反 应,不得不送客服检验。那实在就是因为电池果过分放电而致使电压过低, 以至于不具有一般的充电和开机前提形成的。 发起手机电池的电量连结在谦格的状况,当电量不满的时刻便最先充 电,2-3小时之内为好。

第二局部
ST-BTJCY3000型智能电池充电放电检测仪
2.1.机能特性
ST-BTJCY3000型智能电池充放电检测仪由杭州思博泰克电子技术有限公司 制造,是接纳当代最新电力电子技术和智能微处置惩罚手艺,专业为二次充电电池充 放电历程实现智能掌握、管理,到达机能监测,现实参数检测,供对电池机能比 较、筛选目标而设想的高新技术产物。它经由过程USB端口取计算机相连接,实现 智能掌握,运用前先在计算机安装《电池测试仪软件》后运转。
ST-BTJCY3000合适镍隔电池、镍氢电池、锂离子、锂聚合物电池、太阳能 等电池或电池组检测、筛选、机能评价、锂电池珍爱板测试、手机电池珍爱功用 测试或超等电容充放电容量测试等,本产物相对同类产品特性是产物精度下,测 试效果直观清楚明了,操纵轻易,便携式。


2.2.技术指标(ST-BTJCY3000)
AC输入电压:220V±10%
具有电池充电、放电、内阻测试功用
供应电脑配套软件,能够供镍隔/镍氢/
锂电池等二次电池测试
充放电电压:1.0000---5.0000V
充放电电流:0.010---3.000A
电压显现最小分辨率:0.3mV
电流显现最小分辨率:1mA
电压设置最小分辨率:10mV
电流设置最小分辨率:1mA
电池内阻最小分辨率:0.1mΩ
电压显现精度:<
电流显现精度:<
键盘设置、液晶显示
RS232接口上位机软件通讯掌握
恒流、恒压主动充电、放电
充电、放电形式参数恣意设置、程
控、生存功用
电池充放电及时电压、电流曲线显现
电池充放电历程中X、Y坐标恣意点时
间、容量、电压、电流参数显现
电池充放电电压、电流停止前提设置
过压、过流、反极性、过温珍爱
工作温度:

2.3技术支持取网站信息
在运用历程中,当软件曲线画面泛起黑屏幕征象,需求从网站下载更新文件去 替换,具体操作以下,下载文件(trend.ocx),然后在windows体系system32文件 夹下替换原有trend.ocx文件便可,若是对体系对照生疏,不熟悉操纵,能够先查 找trend.ocx,然后把下载好的trend.ocx全部掩盖所查找到的trend.ocx文件 ST-TS3001A型电子负载上位机掌握软件主界面 图(1)ST-TS3001A型直流 电子负载
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ST-BTJCY型电池检测仪上位机掌握软件主界面
图(2)型智能电池充放电检测仪


图(3)ST-BTJCY3000型智能电池充放电检测仪
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第三局部
聚合物锂离子电池规格、测试要领和尺度以下数据均以标称值为3.7V400mAh的锂离子电池为例:
3.1.聚合物锂离子充电电池规格 3.2.测试尺度
3.3本文档编写所参考的国标根据以下:
3.3.1.中华人民共和国国家标准GB/T18287-2000
《蜂窝电话用锂离子电池总范例》
3.3.2.中华人民共和国国家标准GB4943-2001
《信息技术装备的安全标准》
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