^ 锂电池的基础知识

1.金属锂简介

锂是一种金属元素，位于元素周期表中金属的首位，化学符号为 Li。它是一种银白色、质地柔软且化学性质非常活泼的金属，是所有金属中最轻的一种。在锂电池中，锂通常以化合物的形式作为电池的正极材料。

2.锂离子电池概述

凡是以金属锂的化合物为正极的化学电源，统称为锂离子电池。可充电的锂离子电池也被称为二次电池（或蓄电池）。这种电池能够将电能转化为化学能储存起来，使用时再将化学能转换为电能，且这一过程是可逆的。

3.锂电池基本概念

电压（V）

电压是指电路中两点间的电势差，它能使电子流动。

开路电压

开路电压是指电池在没有连接外电路或外负载时的电压。开路电压与电池的剩余能量有一定的联系，电量显示就是基于这一原理。

工作电压

工作电压，又称端电压，是指电池在工作状态下（即电路中有电流流过时）电池正负极之间的电势差。在电池放电时，由于电流需要克服内阻的阻力，工作电压总是低于开路电压；而在充电时则相反。

放电截止电压

放电截止电压是指电池充满电后进行放电，当电放完成时达到的电压。如果继续放电，则为过度放电，会对电池的寿命和性能造成损伤。

充电限制电压

充电限制电压是指在充电过程中，由恒流充电转变为恒压充电时的电压值。

内阻（mΩ）

电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。内阻的大小主要受到电池材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。

电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻。欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻以及各部分零件的接触电阻组成；极化内阻则由电化学极化与浓差极化引起的电阻构成。

电池内阻是一个复杂但非常重要的特性，其影响因素主要有：①主要材料；②结构。由于内阻的存在，当电池放电时，电流经过内阻会产生热量，消耗能量。电流越大，消耗的能量越多。因此，内阻越小，电池的性能越好，不仅电池的实际工作电压更高，消耗在内阻上的能量也更少。

电池容量（Ah）

电池容量是指从电池获得的电量或电池能够储存的电量。容量是电池电性能的重要指标，由电极的容量决定。如果电极的容量不相等，电池的容量取决于容量较小的那个电极，而不是正负极容量之和。

容量用 C 表示，单位为 Ah（安时）或 mAh（毫安时）。公式为：C = It，即电池容量（Ah）= 电流（A）× 放电时间（h）。

例如，容量为 10 安时的电池，以 5 安培放电可放 2 小时，以 10 安培放电可放 1 小时。C2 表示用 2 小时放完电后所测得的电池容量，C5 表示用 5 小时放完电后所测得的电池容量。

电池的实际容量主要取决于以下几个因素：活性物质的数量和质量，以及活性物质的利用率。

电池能量（Wh）

电池能量是指电池储存的电量（能量）的多少，用 Wh 来表示。公式为：能量（Wh）= 额定电压（V）× 容量（Ah）。

例如，3.7V、15Ah 的单体电芯的能量为 55.5Wh，而 37V、10Ah 的电池组的能量为 370Wh。电池能量是衡量电池带动设备做功的重要指标，容量本身并不能决定做功的多少。

能量密度（Wh/Kg）

能量密度是指单位体积或单位质量所释放的能量，通常用体积能量密度（Wh/L）或质量能量密度（Wh/kg）表示。

例如，一节锂电池重 325g，额定电压为 3.7V，容量为 10Ah，则其能量密度为 113Wh/kg。需要注意的是，下表中的理论值在实际应用中需要考虑电池结构中的壳体、零件等各方面因素。目前，锂电池的能量密度是镍镉电池的 3 倍和镍氢电池的 1.5 倍，能量密度的高低是由材料密度与结构决定的。

放电倍率（A）

放电倍率是指在规定时间内（N）放出其额定容量（C）时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数。放电时率与放电倍率互为倒数，即 1/N 倍率放电 = N 小时率放电，也就是 1/N×C = C/N。

以 10Ah 电池为例：

5 小时放电率 = C/5 = 10Ah/5h = 2A = 0.2C

0.5 小时放电率 = C/0.5 = 10Ah/0.5h = 20A = 2C

充电方式

CC/CV：CC 即恒流，以固定的电流对电池充电；CV 即恒压，以固定的电压对电池充电，此时充电电流会随着下降。

涓流充电：指以小于 0.1C 的电流对电池充电，一般在电池接近充满电时，进行补充充电时采用。如果负载对充电时间没有严格要求，建议采用涓流充电方式，这样可以使电池使用寿命更长。

充、放电深度（COD/DOD）

这是电池保有容量数值的表示方法，充、放电深度以百分比来表示。例如，容量为 10Ah 的电池放电后容量变为 2Ah，可以称为 80%DOD；容量为 10Ah 的电池，充电后容量为 8Ah，则为 80%COD。形容满充满放的情况，通常称为 100%DOD。

充电状态（SOC）

例如，10Ah 电池在 5Ah 状态时，称为 50％SOC。

自放电率（％/月）

定义：电池在储存（电路开路）过程中，容量会逐渐下降，其减少的电量与容量的比例称为自放电率。

原因：由于电极在电解液中的不稳定性，电池的两个电极发生了化学反应，活性物质被消耗，转化为电能的化学能减少，从而导致电池容量下降。

影响因素：环境温度对其影响较大，过高的温度会加速电池的自放电。

表示：电池容量衰减（自放电率）的表达方法和单位为 %/月。

产生结果：电池自放电会直接降低电池的容量，自放电率直接影响电池的储存性能，自放电率越低，贮存性能越好。

循环寿命（次）

概念：二次电池经历一次充放电称为一个周期或一次循环。电池在反复充放电后，容量会逐渐下降。在一定的放电条件下，当电池容量降至规定值之前，电池所经受的循环次数就是循环寿命。

定义：以电池的额定容量为标准，当电池容量降至 80% 时的充放电次数称为循环寿命。

影响因素：不正确使用电池、电池材料、电解质的组成和浓度、充放电倍率、放电深度（DOD%）、温度、制作工艺等都对电池的循环寿命有影响。

放电平台

放电平台是指放电曲线中电压基本保持水平的部分。放电平台越长、越平稳，电池的放电性能越好。

电池组的一致性

由多个单体电芯串联、并联在一起就组成了电池组。电池组的整体性能和寿命取决于其中性能较差的一个电芯，因此要求电池组中每个电芯性能的一致性要高。除了单体电芯本身性能的误差和原材料质量的好坏，最主要的原因是制造工艺。工艺的改进对提高电池的质量非常重要。

化成

电池制成后，通过一定的充放电方式将其内部正负极活性物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、贮存等综合性能的过程称为化成。电池经过化成后才能体现其真实的性能。同时，化成过程中的分选过程能够提高电池组的一致性，从而使最终电池组的性能得到提升。

 

发布于 2025-04-02 15:46・江苏