锂电池原理(yuánlǐ)与应用一、锂电池发展(fāzhǎn)简介初期的锂离子电池代表产品为18650圆柱型电池,标称容量为1800mAh；90年代中后期，手机采用3.6伏系统，并且已经实现了小型化。要求减少电池的厚度和体积，出现了方形电池。电池厚度变化从10mm减薄至5mm。现在已有3.5mm厚的铝壳手机电池问世；1999年，日本(rìběn)Sony等四家公司几乎同时推出用铝塑薄膜作外壳包装的聚合物锂离子电池。当时电池尺寸为305062，容量为550mAh。经过几年的研究，聚合物锂离子电池产品其厚度可以从1mm到10mm，容量可以从40mAh到5000mAh；方形聚合物锂离子电池在2000年开始出现批量生产，初期年产量为1100万颗，预计至2005年的年产量可达2.3亿颗，年均增长率为79％。预计液态锂离子电池年产量达5亿只。电池尺寸厚度变薄，同时电池重量比能量也大幅度地提升，从130wh/kg增加到150wh/kg；现在世界上聚合物锂离子电池的重量比能量已提升到180wh/kg左右(zuǒyòu)的水平，比液态锂离子电池高出10%以上。二、锂离子电池工作(gōngzuò)原理及其结构//2.锂离子电池结构：正极：预先锂化的过渡金属氧化物，如钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等负极：具有特殊结构的碳材，如软碳、硬碳石墨和石墨化碳纤维等电解液：有机溶剂和锂盐的溶液(róngyè)，例如PC(碳酸丙烯酯)、EC(碳酸乙烯酯)、DMC(二甲基碳酸)、DEC(二乙基碳酸)、1MLiPF6电导率为6.79mS/cm，水含量6ppm，HF含量8ppm。隔膜：多孔聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)膜包装材料：铝塑复合膜/液态(yètài)锂离子电池结构图聚合物锂离子电池(diànchí)结构图//不同温度下放电(fàngdiàn)曲线循环寿命(shòumìng)曲线三、锂离子电池(diànchí)性能/(二)、容量电池容量是电池对用电器输出的电量。单位为mAh或Ah。容量大小(dàxiǎo)是由正负极中活性物质的数量多少来决定的。1.额定容量：在设计和制造电池时，规定电池在一定放电条件下应该放出的最低限度的电量。2.比容量：为了对不同的电池进行比较，引入比容量概念。比容量是指单位质量或单位体积电池所给出的容量，称为质量比容量或体积比容量。3.影响电池容量的因素：a.电池的放电速度(通常以电流强度mA来表示(biǎoshì))：电流越大，输出的容量减少；注：图中A区(阴影部分(bùfen))为电池对外输出的能量；B区为电池自身损耗的能量。b.电池的放电温度：温度降低(jiàngdī)，输出容量减少；c.电池的放电终止电压：是由用电器以及电池反应本身的限定来设定的，例如：充电时，终止电压为4.2V，放电时为3.0V或2.75V。d.电池的贮存时间：电池经过长时间贮存后，电池的放电容量会相应减少。(三)、内阻电池内阻包括(bāokuò)欧姆电阻(RΩ)和电极在电化学反应时所表现的极化电阻(Rf)。欧姆电阻、极化电阻之和为电池的内阻(Ri)。欧姆电阻由电极材料、电解液、隔膜电阻及各部分零件的接触电阻组成。隔膜电阻是当电流流过电解液时，隔膜有效微孔中电解液所产生的电阻(RM)。RM=ρs·J式中RM是隔膜电阻；ρs是溶液比电阻；J表征隔膜微孔结构的因素等。结构因素包括膜厚、孔率、孔径、孔的弯曲程度。极化电阻Rf是指电化学反应时由极化引起的电阻，包括电化学极化和浓差极化引起的电阻。为比较相同系列不同(bùtónɡ)型号的化学电源的内阻，引入比内阻(Riˊ)的概念，即单位容量下电池的内阻。Riˊ＝Ri/C式中Riˊ为比内阻，C为电池容量，Ri为电池内阻。/(四)、能量和比能量电池在一定条件下对外作功所能输出的电能叫做(jiàozuò)电池的能量，单位一般用wh表示。1.理论能量电池的放电过程处于平衡状态，放电电压保持电动势(E)数值，且活性物质利用率为100％，在此条件下电池的输出能量为理论能量(W0)，即可逆电池在恒温恒压下所做的最大非膨胀功(W0=C0E)。2.实际能量电池放电时实际输出的能量称为(chēnꞬwéi)实际能量。W=V工作ItV工作=V开路－IRi3.比能量单位质量和单位体积的电池所给出的能量，称质量比能量或体积比能量，也称能量密度。比能量的单位为wh/kg或wh/L。瑞宝聚合物锂离子电池重量比能量为170-190wh/kg,已达到国外公司同等产品水平。(五)、20℃放电(fàngdiàn)性能1.0.2C5A放电(fàngdiàn)性能电池按充电制式规定充电后搁置0.5h～1h，在20℃5℃的温度下，以0.2C5A电流放电(fàngdiàn)到终止电压，放电(fàngdià