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鋰離子電池簡介

時間:2023-03-06 14:11:31來源:CSDN-記得誠

導語:?鋰離子電池

  1. 鋰離子電池介紹

  鋰離子電池是一種二次電池(充電電池),它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中,Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌,充電時,Li+從正極脫嵌,經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極,負極處于富鋰狀態(tài);放電時則相反。

  鋰離子電池電壓范圍2.8V~4.2V,典型電壓3.7V,低于2.8V或者高于4.2V,電池都會有損壞風險。

  2. 1C和0.1C的概念

  電池容量的單位是mAh,C指的是電池充放電的倍率,比如一個2000mAh的電池,以1C放電指的是放電電流大小為2000mA,0.1C為200mA,充電也是同樣的道理。

  3. 鋰離子電池的優(yōu)缺點

  鋰離子電池的主要優(yōu)點:

  鋰離子電池電壓高,能量密度高;

  循環(huán)壽命長,一般可循環(huán)500.甚至達到1000次以上;

  自放電小,室溫下充滿電的Li-ion儲存1個月后的自放電率為10%左右;

  可快速充電,1C充電時容量可以達到標稱的80%;

  工作溫度范圍寬,一般為-25~45°C,后面有望突破-40-70°C;

  沒有Ni-Cd、Ni-Mh一樣的記憶效應,在充電前不比將剩余電量用完;

  相比較Ni-Cd、Ni-Mh來說環(huán)保無污染(不含鎘,汞等重金屬);

  鋰離子電池的主要缺點:

  成本高;

  需要加保護電路板,包括過充和過放保護;

  不能大電流放電,一般放電電流在0.5C以下,過大的電流導致電池內(nèi)部發(fā)熱;

  安全性差,容易爆炸、起火。

  4. 鋰電池和鋰離子電池的區(qū)別

  鋰電池和鋰離子電池是兩個不同的概念,主要有如下的區(qū)別:

  鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯,負極是鋰;

  鋰離子電池是以含鋰的化合物作正極的鋰電池,在充放電過程中,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子;

  鋰電池也稱一次鋰電池,可以連續(xù)放電,也可以間歇放電,一旦電能耗盡便不能再用,不能進行充電;

  鋰離子電池也稱二次鋰電池,可以充放電;

  5. 鋰離子電池充電模式

  鋰離子電池理想充電模式被稱為CC CV模式,即恒流 恒壓模式。

  如下的圖形中,灰色為電池電壓,綠色為充電電流,紅色為電池容量。

  在電池電壓低時,電池以固定的恒定電流進行充電,當電池電壓達到4.2V時,會由恒流模式切換到恒壓模式,因為電池的電壓不容許超過4.2V,所以系統(tǒng)會逐漸減小充電電流,直到接近于0;當電池電壓為4.2V,且充電電流為0.代表電池已充滿電。

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  鋰離子電池CC CV模式

  為了保證電池的絕對安全,實際的充電模式會更細化,對于不確定的電池上來就按照恒流進行充電,會給電池造成更大的損壞。

  測試模式,當電池電壓低于2V時,會以很小的電流,對電池進行喚醒;

  涓流充電,也叫預充模式,當電池電壓處于2V~3V之間時,會以恒流充電的1/10或者1/20電流大小進行預充;

  恒流充電,當電池電壓升至3V以上時,會以恒流模式對電池快速充電;

  恒壓充電,當電池電壓達到4.2V時,會以恒壓模式對電池進行充電;

  像TI的方案,在電池電壓為4.2V,充電電流較低但不為0.約為恒流充電電流的1/10時,停止充電,這時候電池電壓會降低到4.16V或者4.17V;

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  鋰離子電池充電的三個階段

  6. 為什么鋰離子電池充電截止電壓是4.2V

  下圖是電池的循環(huán)壽命和充電截止電壓的關系圖,在電池最初的周期中,充電到略高的電壓會得到更高的單周期電量,但只會存在一小段時間。當電池的充電電壓比推薦的4.2V最高電壓還要高50mV或100mV時,由于每個周期都會略微過度充電,因此電池的老化速度會大大加快。

  總結(jié)一句話就是:電池的充電截止電壓高于4.2V,電壓越高,循環(huán)壽命越短,且電池容量下降越快。

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  鋰離子電池循環(huán)壽命和電池充電截止電壓的關系

  7. 鋰離子電池放電曲線

  如下是鋰離子電池在不同放電電流下的放電曲線,可以看出:放電電流越大,電池的容量下降越快,容量越低,電池的標稱容量使用越不充分。

  電池容量越低時,電池的內(nèi)阻相應會增加較多,比較大的電流進行放電時,內(nèi)阻增長的比較快。

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  鋰離子電池不同放電電流下的放電曲線

  從不同溫度下的電池放電曲線可以看出:溫度越低,電池容量下降越快,放電越不充分。

  電池的溫度在0度以下,內(nèi)部活性成分很弱,內(nèi)阻會相應的變大;過高的溫度對電池也有損壞。

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  鋰離子電池不同溫度下的放電曲線

  8. 鋰離子電池循環(huán)次數(shù)

  在實際中,每當累積的放電容量等于設計容量時,則記為循環(huán)一次。

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  鋰離子電池循環(huán)壽命

  國標規(guī)定鋰離子電池的循環(huán)壽命測試條件及要求:在25度室溫條件下以1C充電150分鐘,以恒流1C的放電電流放到2.75V截止為一次循環(huán)。當有一次放電時間小于36分鐘時試驗結(jié)束,循環(huán)次數(shù)必須大于300次。

  這個定義規(guī)定了循環(huán)壽命的測試是以深充深放方式進行的;

  規(guī)定了循環(huán)壽命按照這個模式執(zhí)行后必須超過300次以后容量仍然有60%以上;

  9. 鋰離子電池工作電壓范圍

  鋰離子電池的工作電壓有一個范圍,不同電芯廠家制造會有所不同,但是差別不大。

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  鋰離子電池電壓范圍


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