自放电的分类：从自放电对电池的影响，可以将自放电分为两种：损失容量能够可逆得到补偿的自放电；损失容量无法可逆补偿的自放电。按照这两种分类，我们可以大约轮廓性的给出一些自放电的原因。自放电的原因： 1.造成可逆容量损失的原因：可逆容量损失的原因是发生了可逆放电反应，原理跟电池正常放电反应一致。不同点是正常放电电子路径为外电路、反应速度很快；自放电的电子路径是电解液、反应速度很慢。
2.造成不可逆容量损失的原因：当电池内部发生了不可逆反应时，所造成的容量损失即为不可逆容量损失的。所发生不可逆反应的类型主要包括：A:正极与电解液发生的不可逆反应（相对主要发生于锰酸锂、镍酸锂这两种易发生结构缺陷的材料，例如锰酸锂正极与电解液中锂离子的反应：LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4 等）；B:负极材料与电解液发生的不可逆反应（化成时形成的SEI膜就是为了保护负极不受电解液的腐蚀，负极与电解液可能发生的反应为：LiyC6→Liy-xC6+xLi++xe等）；C:电解液自身所带杂质引起的不可逆反应（例如溶剂中CO2可能发生的反应：2CO2＋2e＋2Li＋→Li2CO3＋CO；溶剂中O2发生的反应：1/2O2+2e+2Li+→Li2O ）。类似的反应不可逆的消耗了电解液中的锂离子，进而损失了电池容量。D:制成时杂质造成的微短路所引起的不可逆反应。这一现象是造成个别电池自放电偏大的最主要原因。空气中的粉尘或者制成时极片、隔膜沾上的金属粉末都会造成内部微短路。生产时绝对的无尘是做不到的，当粉尘不足以达到刺穿隔膜进而使正负极短路接触时，其对电池的影响并不大；但是当粉尘严重到刺穿隔膜这个“度”时，对电池的影响就会非常明显。由于有是否刺穿隔膜这个“度”的存在，因此在测试大批电池自放电率时，经常会发现大部分电池的自放电率都集中在一个不大的范围内，而只有小部分电池的自放电明显偏高且分布离散，这些应该就是隔膜被刺穿的电池。最后需要说明的是，锂离子电池内部发生的副反应是非常复杂的，文武虽然查了些资料，但由于水平有限精力有限，暂时只能分析道这个程度，大家凑合着看吧。自放电的测试方法： 1.测量电池搁置一段时间后的容量损失：自放电研究的本初目的就是研究电池搁置后的容量损失。但是，以下原因造成测试容量损失在实施上困难重重：A.充电过程中的不可逆程度过大，即使充电后马上进行放电，放电容量/充电容量值都很难保证在100%±%以内。如此大的误差，就要求测试之间的搁置时间必须非常长。而这很显然不符合日常生产的需求。B.测试容量时需要大量电力和人力物力，
过程复杂且增加了成本。基于以上两个考虑，一般不会将“测量搁置后放电容量对比之前充电容量的损失”来作为电池的自放电标准。 2.测量一段时间内的K值：衡量自放电程度的一个非常重要的指标K值=△OCV/△t。K值常见单位为mV/d，当然这跟厂子自己的标准（或者厂子老大的个人喜好）、电池本身的性能、测量条件等有关。测量两次电压计算K值的方法更为简便且误差更小，因此K值是衡量电池自放电的常规性方法。以下文字可能会将K值与自放电混用，请大家注意。自放电及K值的影响因素： 1.正负极材料、电解液种类、隔膜厚度种类：由于自放电很大程度上是发生于材料之间，因此材料的性能对自放电有很大的影响。但是材料的各个具体参数（比如正负极的粒径、电解液的电导率、隔膜的孔隙率等）对自放电的影响到底有多大、有影响的原因是什么这一问题不是研究的重点。一是问题本身太过复杂，二是对量产、搞研究皆没有太大意义。不过好在文武的同事曾经做过实验，发现三元电池的自放电率要高于钴酸锂电池。但是再多的，就不知道了（子曰：知之为知之，不知为不知，是智也）。 2.存储的时间：存储时间变长，一方面是使压降的绝对值增大（废话），另一方面则变相的减少了“仪器绝对误差/压降值”，从而使结果更为准确。文武通过实验发现，使用精度为的仪器测试自放电，当测试时间超过14天时，才能够将问题电芯（什么是问题电芯将在下面的文字中回答）与正常电芯区分出来（当然文武那批电池K值很小，d左右）。 3.存储的条件：温度和湿度的增加，会增大自放电程度。这点很好理解且论坛里下载的文献中也见过这类数据，不再赘述。 4.测试的初始电压：初始电压（或者说一次电压）不同，所得K值差别明显。文武曾将一批电池分为三组，初始电压分别为A组（我们的出厂电压）、B组、C组，然后测量K值（该批电池在实验前已经进行了筛选，自放电水平相近且存储、测试条件完全一致）。结果发现，A组的K值为X，B组K值约为，而C组虽然也会X，但是电压有一个先升后降得阶段。类似的结论在其它自放电测试中也有体现。不过，电池的自放电研究的终究是容量的损失，因此在不同初始电压条件下虽然K值相差很多，但是容量损失差多少并不知道。考虑到测试容量误差太大（做循环时候充/放能控制在100%±1%就不错了），因此并没有做过此类实验。感兴趣的朋友可以尝试一下。测量自放电的作用： 1.预测问题电芯。同一批电芯，所用材料和制成控制基本相同，当出现个别电池自放电明显偏大时，原因很可能是内部由于杂质、毛刺刺穿隔膜而产生了严重的微短路。因为微短路对电池
的影响是缓慢的和不可逆的。所以，短期内这类电池的性能不会与正常电池相差太多，但是长期搁置后随着内部不可逆反应的逐渐加深，电池的性能将远远低于其出厂性能以及其他正常电池性能。表现为：最大容量的不可逆损失明显偏高（例如三个月不可逆容量损失达到5%，而正常电池达到这一值要一年）、倍率容量保持率（、1C/）降低、循环变差且循环后易出现析锂（此皆为文武实验结果所得）等。因此为了保证出厂电池质量，自放电大的电池必须剔除。那么接下来的问题就是如何判定一个电池自放电大如前所述，影响自放电的因素很多，故对所有电池给出一个经验性的K值作为统一标准是不现实的。文武只系统做过一次实验（110pcs电池测3个月自放电，然后挑出问题电池），我可以给出的参考是：将K值约为整批电池平均K值2倍的电池挑出作为不良品。如果电池内部有严重的微短路，那么与正常电池相比，这就相当于一个“质”的变化，其K值水平会明显有别于正常电池。没有问题的电池的K值的一致性要明显强于有问题电池的K值，因此挑出问题电池并不难。挑出问题电池后如何处理是需要考虑的，如果想知道这些K值过大电池是否能当A品出厂，文武也有一个建议（不过此类实验没有做过）：鉴于自放电过大电池的不可逆容量损失很大，因此可以将电池搁置至少一个季度后重新分容，容量没有明显衰减，则认为其没有问题。以上为一次实验+自己的认识所谈，错误难免，仅供参考。 2.对电池进行配组。对于需要配组的电池，K值是重要的标准之一。在测量计算K值的过程中要注意，由于不同初始电压下自放电水平有明显差异，因此需要尽量保证电池的一次电压是在一个不大的范围内。我认为较好的一次电压范围标准就是电池厂自己的出厂电压。如果问题电池已经挑出，那么剩下的电池自放电率应该差别不是很大，此时用K值来作为配组标准之一的意义到底有多大，文武没有做过类似实验，且配组问题一直也是让人非常头痛的（看过一个文献说，1200次循环的电池配组之后，理论循环次数不到200次！），所以暂不做过多评述。 3.帮助制定电池出厂电压、出厂容量。有些客户有这类的要求：不管电池出厂电压、出厂容量多少，只是要求电池运到了客户手里，容量有60%。这时就需要评估电池在运输过程中会产生的自放电程度，从而确定电池的出厂电压或者容量。另外由于不同工艺、不同材料、不同储能阶段的电池自放电差值明显，因此对此问题需要进行单独的实验而不能简单套用其它实验的数据。自放电的几个误区： 1.充电后的自放电：一些朋友表示充电后电池压降很快，说这是自放电过快。发生该情况的原因是电池在充电过程中的极化，造成充
电电压高于电池实际电压。充电后电压下降的过程，就是电池电压从充电电压下降回归到自身本身电压的过程。而充电电压-电池实际电压的结果，叫做超电势，并不是什么所谓的“虚电”，且电化学术语中也没有虚电这一名称。因此充电后的电压回落主要是超电势的消失，自放电在其中所占比例非常非常小完全可以忽略。另外，从文武自己的数据来看，充电后电压基本稳定需要起码4h，且不论充电以恒流还是恒压作为结束，静止时间的差别也不是很大。
一．电池常规知识 目录 1.什么是电池？ 2.一次电池和二次电池有什么区别? 3、充电电池是怎样实现它的能量转换？ 4、什么是Li-ion电池？ 5、Li-ion电池的工作原理？ 6、Li-ion电池的主要结构。 7、Li-ion电池的优缺点。 8、Li-ion电池安全特性是如何实现的？ 9、什么是充电限制电压？额定容量？额定电压？终止电压？ 10、Li-ion铝壳和钢壳电池比较它的区别有哪些？ 11、目前常见的各种可充电电池之间有什么区别？ 1、什么是电池？ 电池是一种能源。当它正负极连接在用电器上时，因为正负极之间存在电势之差，电流从正极流向负极，储存在电池中的化学能直接转化成电能释放出来，一只电池必然由两种不同电化学活性的物质组成正负两极，正负极活性物质之间的电动势差形成电池的电压，根据其电化学系统的不同，各种类型的电池
电压各有不同。 2、一次电池和充电电池有什么区别? ?电池内部的电化学设计决定了该类型的电池是否可充。根据它 们的电化学成分和电极的结构可知，可充电电池的内部结构之 间所发生的反应是可逆的。 ?理论上，这种可逆性是不会受循环次数的影响，既然充放电会 在电极的体积和结构上引起可逆的变化，那么可充电电池的内 部设计就支持这种变化。而一次电池在给定的电池环境中两个 电极之间的电化学反应是不可逆的，因此，不可以将一次电池 拿来充电，这种做法很危险也很不经济。如果需要反复使用， 应选择真正的循环次数在1000次左右的充电电池，这种电池又 称为二次电池。 ?另一明显的区别就是它们具有较高的比能量和负载能力，以及 自放电率。一次电池能量密度远比一次电池高。然而他们的负 载能力相对要小。 ?二次电池具有相对较高的负载能力，可充电电池Li-ion，随着 近几年的发展，具有高能量容量。 ?不管何种一次电池的电化学系统属于哪种，所有的一次电池的 自放电率都很小。 3、充电电池是怎样实现它的能量转换？ ?每种电池都具有电化学转换的能力，即将储存的化学能直接转 换成电能。就二次电池而言(另一术语也称可充电便携式电池)，
本文由艾克博士贡献 ｐｄｆ文档可能在ＷＡＰ端浏览体验不佳。建议您优先选择ＴＸＴ，或下载源文件到本机查看。 锂离子电池的原理及应用 陈硕冰 徐林楠 傅虹桥 李为真 卢云杨 摘要：分析了锂离子电池的原理，简明分析了锂离子电池的基本结构和组成单元，分析了锂 离子电池正负极材料的晶体结构， 简单介绍了锂离子电池的应用范围和前景以及正确使用锂 离子电池的方法。 关键词：锂离子电池；原理；结构；应用 １ 引言 无论是军用还是民用，都迫切需要重量轻、体积小、性能高的电源系统，当前各种化学 电源的研制、 开发和投入使用正在不断地满足这方面的要求。 我们知道一个化学电源的电动 ＋ 势 Ｅ＝φ —φ ，从这个式子中可以看出要获得高的电池电动势就必须使正极的相对电极电 势很正而负极的相对电极电势很负，从周期表上看，则应尽量选用活泼金属为负极，活泼非 金属为正极，正是基于这一点，锂电池的研制引起了人们很大的关注。锂离子电池是在锂金 属电池的基础上发展起来的。由于锂金属电池在充放电时出现锂枝晶，刺破隔膜造成短路， 出现爆炸等现象，其发展受到了一定限制，而锂离子电池则较好地解决了这些问题。锂离子 电池研究始于 ２０ 世纪 ８０ 年代，１９９１ 年首先由日本索尼公司推出了批量民用产品。锂离子 电池目前有液态锂离子电池（ＬＩＢ）和聚合物锂离子电池（ＰＬＢ）两类。其中液态锂离子电 池按正极材料又可分为 ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４ 等种类。由于锂离子电池具有比能量高、 体积小、重量轻、工作电压高、循环寿命高、基本无记忆效应、无污染、自放电小等优点， 受到市场欢迎并迅速占领市场，广泛用于移动通讯、笔记本电脑、移动 ＤＶＤ、摄像机、数 码相机、蓝牙耳机等便携式电子产品，大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计它 将成为 ２１ 世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到 广泛应用。 ２ 锂离子电池的原理 锂离子电池的电化学表达式为： （－）Ｃｎ｜ＬｉＣｌＯ４－ＥＣ＋ＤＥＣ｜ＬｉＭＯ２（＋） 正极反应：ＬｉＭＯ２ Ｌｉ１－ｘＭＯ２＋ｘＬｉ＋＋ｘｅ－ 或 Ｌｉ１＋ｙＭｎ２Ｏ４ Ｌｉ１＋ｙ－ｘＭｎ２Ｏ４＋ｘＬｉ＋＋ｘｅ－ 负极反应：ｎＣ＋ｘＬｉ＋＋ｘｅ－ ＬｉｘＣｎ 电池反应：ＬｉＭＯ２＋ｎＣ Ｌｉ１－ｘＭＯ２＋ＬｉｘＣｎ 或 Ｌｉ１＋ｙＭｎ２Ｏ４＋ｎＣ Ｌｉ１＋ｙ－ｘＭｎ２Ｏ４＋ＬｉｘＣｎ 式中，Ｍ 为 Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｗ 等；正极化合物有 ＬｉＣｏＯ２，ＬｉＮｉＯ２，ＬｉＭｎ２Ｏ４，ＬｉＦｅＯ２，ＬｉＷＯ２ 等； 负极化合物有 ＬｉｘＣ６，ＴｉＳ２，ＷＯ３，ＮｂＳ２，Ｖ２Ｏ５ 等。 锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池， 正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物组 ＋ 成。充电时，Ｌｉ 从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同 时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负极的电荷平衡。放电时则相反，Ｌｉ＋ 从负 极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态。在正常充放电的情况下，锂离子在层状结 构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出， 一般只引起层面间距变化， 不破坏晶体结 构，在充放电过程中，负极材料的化学结构基本不变。因此，从充放电反应的可逆性看，锂 离子电池反应是一种理想的可逆反应。 锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物和锂离子浓度有关。 目前， 用作 锂离子电池的正极材料是过渡金属和锰离子嵌入化合物，负极材料是锂离子嵌入碳化合物， 常用的碳材料有石油焦和石墨等。 图１ 锂离子电池的充放电 目前已商品化的锂离子电池正极是 ＬｉＣｏＯ２，负极是层状石墨，电池的电化学表达式为 －１ （－）Ｃ６｜１ｍｏｌ?Ｌ ＬｉＰＦ６－ＥＣ＋ＤＥＣ｜ＬｉＣｏＯ２（＋） 电池的充放电反应为 ＬｉＣｏＯ２＋６Ｃ Ｌｉ１－ｘＣｏＯ２＋ＬｉｘＣ６ 正极材料 ＬｉＣｏＯ２，ＬｉＮｉＯ２，ＬｉＭｎ２Ｏ４ 和负极材料碳的理论容量见表 １
作者：Giacomo Tuveri EMEAI 营销行业经理 汽车和能源解决方案事业部是德科技公司 新实施的技术可以帮助您在短短几分钟内识别电池自放电性能是否良好，而不再像以前那样花上几周时间，因此能够帮助您节省成本并加快产品上市时间。 是德科技 如何缩短锂电池自放电测试时间？ 白皮书
如何缩短锂电池自放电测试时间？ 新实施的技术可以帮助您在短短几分钟内识别电池自放电性能是否良好，而不再像以前那样花上几周时间，因此能够帮助您节省成本并加快产品上市时间。 随着电动汽车的普及，锂电池市场正在经历爆炸式增长。这种趋势要求电池容量更高、性能更好。优化电池评测的时间和成本变得至关重要。电池自放电性能评测对电池成本和上市时间有重要影响，但评测过程非常耗时，现在出现了一种新的测试方法，可以大大节省评测时间、加快电池上市速度。 什么是自放电？它有什么重要意义？ 即使未连接任何负载，锂电池的储电量也会逐渐减少。这个过程称为自放电。图 1 显示了自放电的模型，自放电电流 I SD流经并联电阻 R SD。未连接任何负载时，电池通过高值 R SD放电。经过几个星期或几个月之后，这个自放电路径会消耗电池储存的相当一部分能量，从而导致 V CELL下降。 图 1. 自放电电池模型。 一定量的自放电是电池中发生化学反应的自然结果。储存的能量渐渐损失，会导致电池可用容量比预期的低。当多节电池组装成电池组时，电池自放电速率的差异会导致电池组内部的电池出现不平衡现象。 电池内部如果有漏电流路径，也可以引起自放电。颗粒污染物和枝晶生长会在电池内部产生“微短路”，从而形成这种漏电流路径。这些不是正常现象，它们可能导致电池发生灾难性故障。自放电过大的电池说明其中有可能存在故障。 因此，在电池设计和制造过程中测量和评测自放电非常重要。在电池的设计过程中，首要任务 是消除可能导致自放电过大的因素。在制造过程中，则必须尽早筛选出任何表现出自放电过高的电池。
锂离子电池原理及工艺流程 化学电源在实现能量的转换过程中，必须具有两个必要的条件： 一. 组成化学电源的两个电极上进行的氧化还原过程，必须分别在两个分开的区域进行，这一点区别于一般的氧化还原反应。 二. 两电极的活性物质进行氧化还原反应时所需电子必须由外线路传递，这一点区别于金属腐蚀过程的微电池反应。 为了满足以上的条件，任何一种化学电源均由以下四部分组成： 1、电极电池的核心部分，它是由活性物质和导电骨架所组成。活性物质是指正、负极中参加成流反应的物质，是化学电源产生电能的源泉，是决定化学电源基本特性的重要部分。对活性物质的要求是： 1）组成电池的电动势高； 2）电化学活性高，即自发进行反应的能力强； 3）重量比容量和体积比容量大； 4）在电解液中的化学稳定性高； 5）具有高的电子导电性； 6）资源丰富，价格便宜。 2、电解质电池的主要组成之一，在电池内部担负着传递正负极之间电荷的作用，所以势一些具有高离子导电性的物质。对电解质的要求是： 1）稳定性强，因为电解质长期保存在电池内部，所以必须具有稳定的化学性质，使储藏期间电解质与活性物质界面的电化学反应速率小，从而使电池的自放电容量损失减小；2）比电导高，溶液的欧姆压降小，使电池的放电特性得以改善。对于固体电解质，则要求它只具有离子导电性，而不具有电子导电性。 3、隔膜也叫隔离物。置于电池两极之间。隔膜的形状有薄膜、板材、棒材等。其作用是防止正负极活性物质直接接触，造成电池内部短路。对于隔膜的要求是： 1）在电解液中具有良好的化学稳定性和一定的机械强度，并能承受电极活性物质的氧化还原作用； 2）离子通过隔膜的能力要大，也就是说隔膜对电解质离子运动的阻力要小。这样，电池内阻就相应减小，电池在大电流放电时的能量损耗减小； 3）应是电子的良好绝缘体，并能阻挡从电极上脱落活性物质微粒和枝晶的生长； 4）材料来源丰富，价格低廉。常用的隔膜材料有棉纸、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维、水化纤维素、接枝膜、尼龙、石棉等。可根据化学电源不同系列的要求而选取。 一、原理 1.0 正极构造 LiCoO2(钴酸锂)+导电剂(乙炔黑)+粘合剂(PVDF)+集流体（铝箔）正极2.0 负极构造 石墨+导电剂(乙炔黑)+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+ 集流体（铜箔）负极3.0工作原理 3.1 充电过程 一个电源给电池充电,此时正极上的电子e从通过外部电路跑到负极上,正锂离子Li+从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。 正极上发生的反应为 LiCoO2=充电=Li1-xCoO2+XLi++Xe(电子)
锂离子电池工作原理 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 电池总反应 以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。 一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。 正极 正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 充电时：LiFePO?→ Li1-xFePO? + xLi + xe
放电时：Li1-xFePO?+ xLi + xe →LiFePO? 负极 负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 充电时：xLi + xe + 6C →LixC6 放电时：LixC6 → xLi + xe + 6C 锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。 组成部分 钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列： （1）正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。 （2）隔膜——一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。 （3）负极——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。
涓流充电是用来弥补电池在充满电后由于自放电而造成的容量损失。一般采用充电来实现上述目的。为补偿自放电，使蓄电池保持在近似完全充电状态的连续小电流充电。又称维护充电。电信装置、信号系统等的直流电源系统的蓄电池，在完全充电后多处于涓流充电状态，以备放电时使用。 的充电过程可以分为四个阶段：涓流充电（低压预充）、恒流充电、恒压充电以及充电终止。 池的充电方式是限压恒流，都是由IC芯片控制的，典型的充电方式是：先检测待充电电池的电压，如果电压低于3V，要先进行预充电，充电电流为设定电流的1/10，电压升到3V后，进入标准充电过程。标准充电过程为：以设定电流进行恒流充电，电池电压升到时，改为恒压充电，保持充电电压为。此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的1/10时，充电结束。下图为充电曲线。 阶段1：涓流充电——涓流充电用来先对完全放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。在电池电压低于3V左右时采用涓流充电，涓流充电电流是恒流充电电流的十分之一即(以恒定充电电流为1A举例，则涓流充电电流为100mA)， 阶段2：恒流充电——当电池电压上升到涓流充电阈值以上时，提高充电电流进行恒流充电。恒流充电的电流在至之间。电池电压随着恒流充电过程逐步升高,一般单节电池设定的此电压为阶段3：恒压充电——当电池电压上升到时，恒流充电结束，开始恒压充电阶段。电流根据电芯的饱和程度，随着充电过程的继续充电电流由最大值慢慢减少，当减小到时，认为充电终止。（C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法，如电池是1000mAh 的容量，1C就是充电电流1000mA。） 阶段4：充电终止——有两种典型的充电终止
锂离子电池工作原理
正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 电池总反应 以炭材料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。 一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越
快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。 正极 正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 充电时：LiFePO?→ Li1-xFePO? + xLi + xe 放电时：Li1-xFePO?+ xLi + xe →LiFePO? 负极 负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 充电时：xLi + xe + 6C →LixC6 放电时：LixC6 → xLi + xe + 6C
华南师范大学实验报告 学生姓名:蓝中舜学号：20120010027 专业：新能源材料与器件勷勤创新班年级、班级：12新能源 课程名称：化学电源实验 实验项目：锂离子电池性能测试 实验类型：验证设计综合实验时间：2014年5月5日-17日 实验指导老师：马国正组员：黄日权郭金海 一、实验目的 1.熟悉、掌握锂离子电池的结构及充放电原理。 2.熟悉、掌握锂离子正极材料的制备过程及工艺。 3.熟悉、掌握锂离子电池的封装工艺及模拟电池测试方法。 二、实验原理 锂离子电池是指正负极为Li+嵌入化合物的二次电池。正极通常采用锂过渡金属氧化物 Li x CoO2，Li x NiO2或Li x Mn2O4，负极采用锂-碳层间化合物Li x C6。电解质为溶有锂盐LiPF6，LiAsF6，LiClO4等的有机溶液。溶剂主要有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）和氯碳酸酯（CIMC）等。在充放电过程中，Li+在两极间往返嵌入和脱出，被形象的称之为“摇椅电池”。 锂离子电池充放电原理和结构示意图如下。 锂离子电池的化学表达式为： -）Cn|LiPF6-EC+DMC|LiM x O y（+ 其电池反应为： LiM x O y+nC Li1-x M x O y+Li x C n 本实验以高温固相法制备的尖晶石型LiMn2O4为正极材料，纯锂片为负极，制备扣式锂离子模拟电池，并对制备的扣式半电池进行充放电测试。 三、仪器与试剂 电化学工作站，蓝点测试系统、手套箱、电子天平、真空干燥箱、切片机、对辊机、鼓风干燥机 LiMn2O4、乙炔黑、PVDF、无水乙醇、电解液（1M LiPF6溶与体积比EC:DEC:EMC=1:1:1
自放电的分类：从自放电对电池的影响，可以将自放电分为两种：损失容量能够可逆得到补偿的自放电；损失容量无法可逆补偿的自放电。按照这两种分类，我们可以大约轮廓性的给出一些自放电的原因。自放电的原因： 1.造成可逆容量损失的原因：可逆容量损失的原因是发生了可逆放电反应，原理跟电池正常放电反应一致。不同点是正常放电电子路径为外电路、反应速度很快；自放电的电子路径是电解液、反应速度很慢。 2.造成不可逆容量损失的原因：当电池内部发生了不可逆反应时，所造成的容量损失即为不可逆容量损失的。所发生不可逆反应的类型主要包括：A:正极与电解液发生的不可逆反应（相对主要发生于锰酸锂、镍酸锂这两种易发生结构缺陷的材料，例如锰酸锂正极与电解液中锂离子的反应：LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4 等）；B:负极材料与电解液发生的不可逆反应（化成时形成的SEI膜就是为了保护负极不受电解液的腐蚀，负极与电解液可能发生的反应为：LiyC6→Liy-xC6+xLi++xe等）；C:电解液自身所带杂质引起的不可逆反应（例如溶剂中CO2可能发生的反应：2CO2＋2e＋2Li＋→Li2CO3＋CO；溶剂中O2发生的反应：1/2O2+2e+2Li+→Li2O ）。类似的反应不可逆的消耗了电解液中的锂离子，进而损失了电池容量。D:制成时杂质造成的微短路所引起的不可逆反应。这一现象是造成个别电池自放电偏大的最主要原因。空气中的粉尘或者制成时极片、隔膜沾上的金属粉末都会造成内部微短路。生产时绝对的无尘是做不到的，当粉尘不足以达到刺穿隔膜进而使正负极短路接触时，其对电池的影响并不大；但是当粉尘严重到刺穿隔膜这个“度”时，对电池的影响就会非常明显。由于有是否刺穿隔膜这个“度”的存在，因此在测试大批电池自放电率时，经常会发现大部分电池的自放电率都集中在一个不大的范围内，而只有小部分电池的自放电明显偏高且分布离散，这些应该就是隔膜被刺穿的电池。最后需要说明的是，锂离子电池内部发生的副反应是非常复杂的，文武虽然查了些资料，但由于水平有限精力有限，暂时只能分析道这个程度，大家凑合着看吧。自放电的测试方法： 1.测量电池搁置一段时间后的容量损失：自放电研究的本初目的就是研究电池搁置后的容量损失。但是，以下原因造成测试容量损失在实施上困难重重：A.充电过程中的不可逆程度过大，即使充电后马上进行放电，放电容量/充电容量值都很难保证在100%±0.5%以内。如此大的误差，就要求测试之间的搁置时间必须非常长。而这很显然不符合日常生产的需求。B.测试容量时需要大量电力和人力物力，过程复杂且增加了成本。基于以上两个考虑，一般不会将“测量搁置后放电容量对比之前充电容量的损失”来作为电池的自放电标准。 2.测量一段时间内的K值：衡量自放电程度的一个非常重要的指标K值=△OCV/△t。K值常见单位为mV/d，当然这跟厂子自己的标准（或者厂子老大的个人喜好）、电池本身的性能、测量条件等有关。测量两次电压计算K值的方法更为简便且误差更小，因此K值是衡量电池自放电的常规性方法。以下文字可能会将K值与自放电混用，请大家注意。自放电及K值的影响因素： 1.正负极材料、电解液种类、隔膜厚度种类：由于自放电很大程度上是发生于材料之间，因此材料的性能对自放电有很大的影响。但是材料的各个具体参数（比如正负极的粒径、电解液的电导率、隔膜的孔隙率等）对自放电的影响到底有多大、有影响的原因是什么？这一问题不是研究的重点。一是问题本身太过复杂，二是对量产、搞研究皆没有太大意义。不过好在文武的同事曾经做过实验，发现三元电池的自放电率要高于钴酸锂电池。但是再多的，就不知道了（子曰：知之为知之，不知为不知，是智也）。 2.存储的时间：存储时间变长，一方面是使压降的绝对值增大（废话），另一方面则变相的减少了“仪器绝对误差/压降值”，从而使结果更为准确。文武通过实验发现，使用精度为0.1mV的仪器测试自放电，当测试时间超过14天时，才能够将问题电芯（什么是问题电芯将在下面的文字中回答）与正常电芯区分出来（当然文武那批电池K值很小，0.13mV/d左右）。 3.存储的条件：温度和湿度的增加，会增大自放电程度。这点很好理解且论坛里下载的文献中也见过这
锂离子电池充放电机理的探索 及“锂亚原子”模型的建立 贵州航天电源科技有限公司张忠林杨玉光 摘要：锂离子电池的研究和发展一直都是以“摇椅理论”为指导，由于受该理论的影响，很多现象很难用传统的电化学理论进行解释。作者在生产实践中通过对一些现象的观察，并做了大量的试验和研究，提出“锂亚原子”的模型，并在此模型的基础上，对锂离子电池的充放电反应机理和一些现象用电化学理论进行了解释。 主题词：锂离子电池、反应机理、锂亚原子 一、前言 锂离子电池是在锂金属电池基础上发展起来的。由于锂金属电池在充放电时出现锂枝晶，刺破隔膜造成短路，出现爆炸等现象，这一问题长期困扰锂金属电池的发展，目前仍很难投入到民用市场。锂离子电池研究始于20世纪80年代，1991年首先由日本索尼公司推出了批量民用产品，由于其具有比能量高、体积小、重量轻、工作电压高、无记忆效应、无污染、自放电小等优点，受到市场欢迎，并迅速占领市场，广泛用于移动通讯、笔记本电脑、移动DVD、摄像机、数码相机、蓝牙耳机等便携式电子产品。目前主要产地集中在日本、中国和韩国，预计2004年全球需求量将达到10亿只。 由于锂离子电池从开始研究到现在才20多年时间，真正投入应用也只有十多年的时间，基础理论的研究还不是十分成熟，对锂离子电池的生产和发展很难起到全面指导作用，特别是对电池充放电反应机理的认识还存在很大分歧，有些现象用目前的理论和机理还很难解释。本文对锂离子电池充放电反应机理提出了一些看法，并对生产中存在的现象进行了解释，希望与锂电池同行共同探讨。二、基本原理 目前锂离子电池公认的基本原理为“摇椅理论”，该理论认为锂离子电池充放电反应机理不是通过传统氧化还原反应来实现电子转移，而是通过锂离子在层状物质的晶格中嵌入和脱出，发生能量变化。
磷酸铁锂电池（以下简称锂铁电池）作为铁电池的一种，一直受到业界朋友的广泛关注（也有人说锂铁电池其实就是锂离子电池的一种）。就铁电池而言，它可以分为高铁电池和锂铁电池，今天我们以型号为STL18650的锂铁电池为例，来具体说明一下锂铁的电池的放电特性及寿命。 STL18650的锂铁电池（容量为1100mAh）在不同的放电率时其放电特性如图2所示。最小的放电率为0.5C，最大的放电率为10C，五种不同的放电率形成一组放电曲线。由图1中可看出，不管哪一种放电率，其放电过程中电压是很平坦的（即放电电压平稳，基本保持不变），只有快到终止放电电压时，曲线才向下弯曲（放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲）。在0.5～10C的放电率范围内，输出电压大部分在2.7～3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。 图1 STL18650的放电特性 容量为1000mAh的STL18650在不同的温度条件下（从-20～+40℃）的放电曲线如图2所示。如果在23℃时放电容量为100%，则在0℃时的放电容量降为78%，而在-20℃时降到65%，在+40℃放电时其放电容量略大于100%。 从图3中可看出，STL18650锂铁电池可以在-20℃下工作，但输出能量要降低35%左右。 图2 STL18650在多温度条件下的放电曲线 STL18650的充放电循环寿命曲线如图4所示。其充放电循环的条件是：以1C充电率充电，以2C放电率放电，历经570次充放电循环。从图3的特性曲线可看出，在经过570次充放电循环，其放电容量未变，说明该电池有很高的寿命。
图3 STL18650的充放电循环寿命曲线 过放电到零电压试验 采用STL18650（1100mAh）的锂铁动力电池做过放电到零电压试验。试验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组：一组存放7天，另一组存放30天；存放到期后再用0.5C充电率充满，然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。 试验的结果是，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。 这试验说明该电池即使出现过放电（甚至到0V），并存放一定时间，电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。
自放电的分类： 从自放电对电池的影响，可以将自放电分为两种：损失容量能够可逆得到补偿的自放电；损失容量无法可逆补偿的自放电。按照这两种分类，我们可以大约轮廓性的给出一些自放电的原因。 自放电的原因： 1.造成可逆容量损失的原因：可逆容量损失的原因是发生了可逆放电反应，原理跟电池正常放电反应一致。不同点是正常放电电子路径为外电路、反应速度很快；自放电的电子路径是电解液、反应速度很慢。 2.造成不可逆容量损失的原因：当电池内部发生了不可逆反应时，所造成的容量损失即为不可逆容量损失的。所发生不可逆反应的类型主要包括： A:正极与电解液发生的不可逆反应（相对主要发生于锰酸锂、镍酸锂这两种易发生结构缺陷的材料，例如锰酸锂正极与电解液中锂离子的反应：LiyMn2O4+xLi++xe-→Liy+xMn2O4 等）； B:负极材料与电解液发生的不可逆反应（化成时形成的SEI膜就是为了保护负极不受电解液的腐蚀，负极与电解液可能发生的反应为：LiyC6→Liy-xC6+xLi++xe等）； C:电解液自身所带杂质引起的不可逆反应（例如溶剂中CO2可能发生的反应：2CO2＋2e＋2Li＋→Li2CO3＋CO；溶剂中O2发生的反应：1/2O2+2e+2Li+→Li2O ）。类似的反应不可逆的消耗了电解液中的锂离子，进而损失了电池容量。 D:制成时杂质造成的微短路所引起的不可逆反应。这一现象是造成个别电池自放电偏大的最主要原因。空气中的粉尘或者制成时极片、隔膜沾上的金属粉末都会造成内部微短路。生产时绝对的无尘是做不到的，当粉尘不足以达到刺穿隔膜进而使正负极短路接触时，其对电池的影响并不大；但是当粉尘严重到刺穿隔膜这个“度”时，对电池的影响就会非常明显。由于有是否刺穿隔膜这个“度”的存在，因此在测试大批电池自放电率时，经常会发现大部分电池的自放电率都集中在一个不大的范围内，而只有小部分电池的自放电明显偏高且分布离散，这些应该就是隔膜被刺穿的电池。 最后需要说明的是，锂离子电池内部发生的副反应是非常复杂的，文武虽然查了些资料，但由于水平有限精力有限，暂时只能分析道这个程度，大家凑合着看吧。 自放电的测试方法： 1.测量电池搁置一段时间后的容量损失：自放电研究的本初目的就是研究电池搁置后的容量损失。但是，以下原因造成测试容量损失在实施上困难重重：A.充电过程中的不可逆程度过大，即使充电后马上进行放电，放电容量/充电容量值都很难保证在100%±0.5%以内。如此大的误差，就要求测试之间的搁置时间必须非常长。而这很显然不符合日常生产的需求。B.测试容量时需要大量电力和人力物力，过程复杂且增加了成本。基于以上两个考虑，
针对锂离子电池过充电、过放电问题 过充电：锂离子电池过充时，电池电压随极化增大而迅速上升，会引起正极活性物质结构的不可逆变化及电解液的分解，产生大量气体，放出大量的热，使电池温度和内压急剧增加，存在爆炸、燃烧等隐患。 过放电：电池放完内部储存的电量，电压达到一定值后，继续放电就会造成过放电，电池过放电可能会给电池带来灾难性的后果,特别是大电流过放，或反复过放对电池影响更大。一般而言，过放电会使电池内压升高，正负极活性物质可逆性受到破坏，电解液分解，负极锂沉积，电阻增大，即使充电也只能部分恢复，容量也会有明显衰减。 解决措施： 1、改变正极材料：目前钴酸锂正极活性材料在小电芯方面是很成熟 的体系，但是充满电后，仍旧有大量的锂离子留在正极，当过充时，残留在正极的锂离子将会涌向负极，在负极上形成枝晶（使其晶面的半高宽变大，导致某一方向的晶粒尺寸变小，晶体结构的改变导致碳材料出现裂纹，进而破坏负极表面的SEI 膜并促进SEI 膜的修复，SEI 膜的过度生长消耗活性锂，因此造成了电池的不可逆容量衰减。如图1所示）这是采用钴酸锂材料的电池过充时必然的结果。甚至在正常充放电过程中，也有可能会有的产生多余的锂离子游离到负极形成枝晶（由于石墨的嵌脱锂电位较低，接近锂的还原电位，因此在某些条件下负极容易出现锂沉积，锂沉积会消耗活性锂，产生不可逆容量损失）。因此寻求高能量密度、高安全、环保和价格便宜的电极材料是动力电池发展的关键。目前国家选择的安全正极材料有锰酸锂、磷酸铁锂等。 （锰酸锂LiMnO4分子结构上面可以保证在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构使其氧化性能远远低于钻酸锂，分解温度超过钴酸锂10O℃，即使由于外力发生内部短路、外部短路、过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸
浅谈锂离子电池充放电 【摘要】本文浅析了锂离子电池充放电的原理，及其对电池寿命的影响。 【关键词】锂离子电池；充放电深度 0.引言 锂离子电池因其端电压高、比能量大、充放电寿命长、放电性能稳定、自放电率低和无污染等优点[1-2]，得到了广泛的应用。在日常生活的使用中，超长时间充电和完全用空电量会造成过度充电和过度放电，将对锂离子电池的正负极造成永久的损坏。从分子层面看，过度放电将导致负极碳过度释出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，而过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，使得其中一些锂离子再也无法释放出来。因此对锂离子电池充放电过程的研究，有助于对锂电池进行合理的充电控制、对锂电池质量检测及延长锂电池的使用寿命等。 1.锂离子电池的充放电原理 目前锂电池公认的基本原理是所谓的”摇椅理论”。锂电池的充放电不是通过传统的方式实现电子的转移，而是通过锂离子在层状物质的晶体中的出入，发生能量变化。在正常充放电情况下，锂离子的出入一般只引起层间距的变化，而不会引起晶体结构的破坏，因此从充放电反映来讲，锂离子电池是一种理想的可逆电池。在充放电时锂离子在电池正负极往返出入，正像摇椅一样在正负极间摇来摇去，故有人将锂离子电池形象称为摇椅池。 电池由正极锂化合物、中间的电解质膜及负极碳组成。当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。一般采用嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。做为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz等。电解质采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）丙烯碳酸脂、（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的高分子材料。隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP 或它们复合膜。外壳采用钢或铝材料，具有防爆的功能。锂离子电池的额定电压为3.6V。电池充满时的电压（称为终止充电电压）一般为 4.2V；锂离子电池终止放电电压为2.5V。如果锂离子电池在使用过程中电压已降到2.5V后还继续使用，则称为过放电，对电池有损害。 锂离子电池的特性是通过其充放电过程中端电压的变化反映出来的。电池端电压的变化间接体现了电池的充放电容量、内阻、表面升温、充放电平台、电极极化程度、寿命等指标随时间变化的规律。因此，充放电电压特性一致的电池在电化学特性上具有很好的一致性[3]。利用电池的动态特性配组的结果也会相应不同。
电 池管理单元及电池保护 基于阻抗跟踪技术的电池管理单元（BMU）会在整个电池使用周期内监控单元阻抗和电压失衡，并有可能检测电池的微小短路(micro-short)，防止电池单元造成火灾乃至爆炸。对于锂离子电池包制造商来说，针对电池供电系统构建安全且可靠的产品是至关重要的。电池包中的电池管理电路可以监控锂离子电池的运行状态，包括了电池阻抗、温度、单元电压、充电和放电电流以及充电状态等，以为系统提供详细的剩余运转时间和电池健康状况信息，确保系统作出正确的决策。此外，为了改进电池的安全性能，即使只有一种故障发生，例如过电流、短路、单元和电池包的电压过高、温度过高等，系统也会关闭两个和锂离子电池串联的背靠背(back-to-back)保护MOSFET，将电池单元断开。 锂离子电池安全 过高的工作温度将加速电池的老化，并可能导致锂离子电池包的热失控(thermal run-away) 及爆炸。对于锂离子电池高度活性化的含能材料来说，这一点是备受关注的。大电流的过度充电及短路都有可能造成电池温度的快速上升。锂离子电池过度充电期间，活跃得金属锂沉积在电池的正极，其材料极大的增加了爆炸的危险性，因为锂将有可能与多种材料起反应而爆炸，包括了电解液及阴极材料。例如，锂/碳插层混合物(intercalated compound)与水发生反应，并释放出氢气，氢气有可能被反应放热所引燃。阴极材料，诸如LiCoO2，在温度超过175℃的热失控温度限（4.3V单元电压）时，也将开始与电解液发生反应。 锂离子电池使用很薄的微孔膜(micro-porous film)材料，例如聚烯烃，进行电池正负极的电子隔离，因为此类材料具有卓越的力学性能、化学稳定性以及可接受的价格。聚烯烃的熔点范围较低，为135℃至165℃，使得聚烯烃适用于作为热保险(fuse)材料。随着温度的升高并达到聚合体的熔点，材料的多孔性将失效，其目的是使得锂离子无法在电极之间流动，从而关断电池。同时，热敏陶瓷(PCT)设备以及安全排出口(safety vent)为锂离子电池提供了额外的保护。电池的外壳，一般作为负极接线端，通常为典型的镀镍金属板。在壳体密封的情况下，金属微粒将可能污染电池的内部。随着时间的推移，微粒有可能迁移至隔离器，并使得电池阳极与阴极之间的绝缘层老化。而阳极与阴极之间的微小短路将允许电子肆意的流动，并最终使电池失效。绝大多数情况下，此类失效等同于电池无法供电且功能完全终止。在少数情况下，电池有可能过热、熔断、着火乃至爆炸。这就是近期所报道的电池故障的主要根源，并使得众多的厂商不得不将其产品召回。 电 池管理单元(BMU)以及电池保护 电池材料的不断开发提升了热失控的上限温度。另一方面，虽然电池必须通过严格的UL安全测试，例如UL16?2，但提供正确的充电状态并很好的应对多种有可能出现的电子原件故障仍然是系统设计人员的职责所在。过电压、过电流、短路、过热状态以及外部分立元件的故障都有可能引起电池突变的失效。这就意味着需要采取多重的保护――在同一电池包内具有至少两个独立的保护电路或机制。同时，还希望具备用于检测电池内部微小短路的电子电路以避免电池故障。 图1展示了电池包内电池管理的单元方框图，其组成包括了电量计集成电路(IC)、模拟前端
针对锂离子电池过充电、过放电问题过充电：锂离子电池过充时，电池电压随极化增大而迅速上升，会引起正极活性物质结构的不可逆变化及电解液的分解，产生大量气体，放出大量的热，使电池温度和内压急剧增加，存在爆炸、燃烧等隐患。 过放电：电池放完内部储存的电量，电压达到一定值后，继续放电就会造成过放电，电池过放电可能会给电池带来灾难性的后果,特别是大电流过放，或反复过放对电池影响更大。一般而言，过放电会使电池内压升高，正负极活性物质可逆性受到破坏，电解液分解，负极锂沉积，电阻增大，即使充电也只能部分恢复，容量也会有明显衰减。 解决措施： 1、改变正极材料：目前钴酸锂正极活性材料在小电芯方面是很成熟的体 系，但是充满电后，仍旧有大量的锂离子留在正极，当过充时，残留在正极的锂离子将会涌向负极，在负极上形成枝晶（使其晶面的半高宽变大，导致某一方向的晶粒尺寸变小，晶体结构的改变导致碳材料出现裂纹，进而破坏负极表面的 SEI 膜并促进 SEI 膜的修复，SEI 膜的过度生长消耗活性锂，因此造成了电池的不可逆容量衰减。如图1所示）这是采用钴酸锂材料的电池过充时必然的结果。甚至在正常充放电过程中，也有可能会有的产生多余的锂离子游离到负极形成枝晶（由于石墨的嵌脱锂电位较低，接近锂的还原电位，因此在某些条件下负极容易出现锂沉积，锂沉积会消耗活性锂，产生不可逆容量损失）。因此寻求高能量密度、高安全、环保和价格便宜的电极材料是动力电池发展的关键。目前国家选择的安全正极材料有锰酸锂、磷酸铁锂等。 （锰酸锂LiMnO 4 分子结构上面可以保证在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构使其氧化性能远远低于钻酸锂，分解温度超过钴酸锂10O℃，即使由于外力发生内部短路、外部短路、过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。 磷酸铁锂(LiFePO 4)及其充电(脱锂)后形成FePO 4 的热稳定性非常好，其在 210～410℃的温度范围内所放出的热量仅为210J／g：而普遍使用的LiCoO2的充电态
锂电池保护板工作原理 锂电池保护板根据使用IC,电压等不同而电路及参数有所不同,下面以DW01 配MOS管8205A进行讲解: 锂电池保护板其正常工作过程为: 当电芯电压在2.5V至4.3V之间时，DW01 的第1脚、第3脚均输出高电平(等于供电电压)，第二脚电压为0V。此时DW01 的第1脚、第3脚电压将分别加到8205A的第5、4脚，8205A内的两个电子开关因其G极接到来自DW01 的电压，故均处于导通状态，即两个电子开关均处于开状态。此时电芯的负极与保护板的P-端相当于直接连通，保护板有电压输出。 2.保护板过放电保护控制原理:
当电芯通过外接的负载进行放电时,电芯的电压将慢慢降低,同时DW01 内部将通过R1电阻实时监测电芯电压,当电芯电压下降到约2.3V时DW01 将认为电芯电压已处于过放电电压状态，便立即断开第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V，8205A内的开关管因第5脚无电压而关闭。此时电芯的B-与保护板的P-之间处于断开状态。即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。保护板处于过放电状态并一直保持。等到保护板的P 与P-间接上充电电压后，DW01 经B-检测到充电电压后便立即停止过放电状态，重新在第1脚输出高电压，使8205A内的过放电控制管导通，即电芯的B-与保护板的P-又重新接上，电芯经充电器直接充电。 4.保护板过充电保护控制原理: 当电池通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电芯的电压将越来越高，当电芯电压升高到4.4V时,DW01 将认为电芯电压已处于过充电电压状态，便立即断开第3脚的输出电压，使第3脚电压变为0V，8205A内的开关管因第4脚无电压而关
在锂离子电池的制造过程中，有很多东西是必须严格控制的，一是粉尘，二是金属颗粒，三是水分。 水分对锂离子电池影响巨大，主要会造成以下不良后果： 1、电解液变质，使电池铆钉生锈 我们公司电池的所用的电解液，是不能在水分过高的环境下使用的。电池注液的时候，必须要在小于1%湿度的环境下，并且注液后赶快封口，阻止电池内部和空气接触。如果水分过高，电解液和水分反应，生成微量有害气体，对注液房环境有不良影响；这也会影响电解液本身的质量，使得电池**能不良；还会使电池铆钉生锈。 2、电池内部压力过大 水分会和电解液中的一种成分反应，生成有害气体。当水分足够多时，电池内部的压力就变大，从而引起电池受力变形。如果是手机电池，就表现为鼓壳；如果是我们的26650电池，就表现为高度超标。如果是我们的32**电池，那防爆阀就会开裂，电池也就报废了。当内部压力再高的时候，电池就有危险了，爆裂使得电解液喷溅，电池碎片也容易伤人。 3、高内阻(High ACR) 电池在使用的时候，内阻小，就能进行大电流放电，电池的功率也就很高；如果内阻大，就不能进行大电流放电，电池的功率也就比较低。就比如手机电池，快没电的时候，可以收发短信，但不能打电话，一打电话就关机。这是因为打电话的时候，需要的功率大于收发短信所需。 4、高自放电(HSD) 自放电，是指电池在不使用的情况下，电量也会损耗。当这个损耗在规定的情况下超过一定量之后，这只电池就被认为是高自放电，成为B品或报废电池。 HSD很严重的时候，充满电的电池，过不了多久，电量就会损耗殆尽，甚至使的电池的电压变为0V。 而我们公司生产的锂离子电池，任何情况下电压是不能低于2.0V的，如果电压低于2.0V，电池就会出现不可逆转的化学反应，就失去了循环充放电的能力，电池也就报废了。 对于客户（使用者）而言，自放电所引起的结果就是，手机今天充电，明天就没电，电动车今天骑来公司的时候，还是满电的，下班的时候，就已经没有电了，汽车停在停车场半个月，重新启动时没有电了。这些，都是自放电电池在客户端的表现，它会让电池失去使用功能，而导致客户非常不满。 对于我们自己而言，高自放电的电池多了，我们的合格率就低了，如果有5%的电池高自放电，当我们产量达到40000只/天的时候，就意味着每天有2000只电池需要报废，意味着14万块钱要报废，一年将有168万块报废，如果用来买汽车，意味着报废了10辆中档轿车，如果买房子，在常州新北区应该可以买两三套了。 5、低容量 电池内部水分过高，损耗了电解液的有效成分，也损耗了锂离子，使得锂离子在电池负极片发生不可逆转的化学反应。消耗了锂离子，电池的能量就减少了。 用26650电池给电钻供电，充满电后本来可以使用1小时，因为电池内部有水分，就只能使用50分钟了；用将来的汽车用32**电池来供电，充满电后本来可以行驶150公里，结果只能行驶130公里，如果偏偏前不着村后不挨店，没法充电的话，还得找个拖车来拖汽车。