关于锂电池和锂聚合物电池的区别及他们正确的充电方法Word文档下载推荐.docx
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爱立信:
采用Ni-MH电池、LiB电池、LiP电池。
摩托罗拉:
采用Ni-MH电池、LiB电池,未采用LiP电池。
不难发现,从为手机最早选用LiP聚合物锂离子电池这件事情上,爱立信体现出自己手机技术先驱的本色。
根据我查找到的资料表明,目前聚合物锂离子电池主要制造厂为{被屏蔽内容}SONY、松下、GS等几家公司,2000年的生产量达到2100万只,其中50%为爱立信手机配套。
进入2002年的今天,锂离子电池在其它手机厂商的手机上也已广泛的应用与普及。
但在聚合物锂离子电池的使用上,还远没有达到在所有手机厂家的产品中得到普及的程度,广泛应用还有待时日。
另一方面,虽然锂离子电池优点多多,但也有缺陷,如价格高和充放电次数少等等。
锂电池的充放电次数只有400-600次,经过特殊改进的产品也不过800多次。
而镍氢电池的充电次数能够达到700次以上,某些质量好的产品充放电可达1200次,这样一比较,镍氢电池要比锂电池长寿。
此外镍氢电池的价格也要比锂电池低很多。
而且严格说来,锂电池同样会有记忆效应,只是它的记忆效应非常低,基本上可以忽略不计。
由此看来,目前还没有十全十美电池。
三、锂离子电池的使用
如何为新电池充电
在使用锂电池中应注意的是,电池放置一段时间后则进入休眠状态,此时容量低于正常值,使用时间亦随之缩短。
但锂电池很容易激活,只要经过3—5次正常的充放电循环就可激活电池,恢复正常容量。
由于锂电池本身的特性,决定了它几乎没有记忆效应。
因此用户手机中的新锂电池在激活过程中,是不需要特别的方法和设备的。
不仅理论上是如此,从我自己的实践来看,从一开始就采用标准方法充电这种“自然激活”方式是最好的。
对于锂电池的“激活”问题,众多的说法是:
充电时间一定要超过12小时,反复做三次,以便激活电池。
这种“前三次充电要充12小时以上”的说法,明显是从镍电池(如镍镉和镍氢)延续下来的说法。
所以这种说法,可以说一开始就是误传。
锂电池和镍电池的充放电特性有非常大的区别,而且可以非常明确的告诉大家,我所查阅过的所有严肃的正式技术资料都强调过充和过放电会对锂电池、特别是液体锂离子电池造成巨大的伤害。
因而充电最好按照标准时间和标准方法充电,特别是不要进行超过12个小时的超长充电。
通常,手机说明书上介绍的充电方法,就是适合该手机的标准充电方法。
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此外,锂电池的手机或充电器在电池充满后都会自动停充,并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电。
也就是说,如果你的锂电池在充满后,放在充电器上也是白充。
而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失,所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。
这也是我们反对长充电的另一个理由。
此外在对某些手机上,充电超过一定的时间后,如果不去取下充电器,这时系统不仅不停止充电,还将开始放电-充电循环。
也许这种做法的厂商自有其目的,但显然对电池和手机/充电器的寿命而言是不利的。
同时,长充电需要很长的时间,往往需要在夜间进行,而以我国电网的情况看,许多地方夜间的电压都比较高,而且波动较大。
前面已经说过,锂电池是很娇贵的,它比镍电在充放电方面耐波动的能力差得多,于是这又带来附加的危险。
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此外,不可忽视的另外一个方面就是锂电池同样也不适合过放电,过放电对锂电池同样也很不利。
这就引出下面的问题。
2、正常使用中应该何时开始充电
在我们的论坛上,经常可以见到这种说法,因为充放电的次数是有限的,所以应该将手机电池的电尽可能用光再充电。
但是我找到一个关于锂离子电池充放电循环的实验表,关于循环寿命的数据列出如下:
循环寿命(10%DOD):
>
1000次
循环寿命(100%DOD):
200次
其中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时的循环寿命要比100%DOD的要长很多。
当然如果折合到实际充电的相对总容量:
10%*1000=100,100%*200=200,后者的完全充放电还是要比较好一些,但前面网友的那个说法要做一些修正:
在正常情况下,你应该有保留地按照电池剩余电量用完再充的原则充电,但假如你的电池在你预计第2天不可能坚持整个白天的时候,就应该及时开始充电,当然你如果愿意背着充电器到办公室又当别论。
而你需要充电以应付预计即将到来的会导致通讯繁忙的重要事件的时候,即使在电池尚有很多余电时,那么你也只管提前充电,因为你并没有真正损失“1”次充电循环寿命,也就是“0.x”次而已,而且往往这个x会很小。
电池剩余电量用完再充的原则并不是要你走向极端。
和长充电一样流传甚广的一个说法,就是“尽量把手机电池的电量用完,最好用到自动关机”。
这种做法其实只是镍电池上的做法,目的是避免记忆效应发生,不幸的是它也在锂电池上流传之今。
曾经有人因为手机电池电量过低的警告出现后,仍然不充电继续使用一直用到自动关机的例子。
结果这个例子中的手机在后来的充电及开机中均无反应,不得不送客服检修。
这其实就是由于电池因过度放电而导致电压过低,以至于不具备正常的充电和开机条件造成的。
3、对锂电池手机的正确做法
归结起来,我对锂电池手机在使用中的充放电问题最重要的提示是:
1、按照标准的时间和程序充电,即使是前三次也要如此进行;
2、当出现手机电量过低提示时,应该尽量及时开始充电;
3、锂电池的激活并不需要特别的方法,在手机正常使用中锂电池会自然激活。
如果你执意要用流传的“前三次12小时长充电激活”方法,实际上也不会有效果。
因此,所有追求12小时超长充电和把锂电池手机用到自动关机的做法,都是错误的。
现在就讲讲咱们的重点聚合物锂离子电池。
在讲之前,先纠正大家容易产生的一个大大的误区!
!
许多人叫得比较顺口,“锂聚合物电池”“固态锂离子电池”:
其实真正规范的法定学名,应该叫成“聚合物锂离子电池”。
更大更大的误区,是大家以为镍镉、镍氢、锂离子、聚合物锂离子电池是四种不同的种类的电池,其实非常非常的不然,锂离子电池和聚合物锂离子电池之间的关系在这里应该得到澄清一下。
所谓“聚合物锂离子电池”,其实是锂离子电池各种子系列产品中的一种,实际上它的主要部件:
正极、负极和电解质以及工作原理都和使用液体电解质的锂离子电池一样,只是隔膜和包装材料不同,因此,归根到底它实质上,就是一种锂离子电池
聚合物锂离子(Lithiumionpolymer)电池,具有更高能量密度、小型化、薄型化、轻量化、高安全性、长循环寿命与低成本的新型电池。
因此,现在,聚合物锂电池取代锂离子电池市场的份额。
第一原理篇
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(PLIB)两类。
其中,液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。
正极采用锂化合物LiCoO2,LiNiO2或LiMn2O4,负极采用锂—碳层间化合物LixC6,典型的电池体系为:
LiPF6—EC+DEC|LiCoO2(+)
正极反应:
LiCoO2=Li1-xCoO2+xLi++xe------------(2.1)
负极反应:
6C+xLi++xe-=LixC6-----------(2.2)
电池总反应:
LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6-----------(2.3)
聚合物锂离子电池的原理与液态锂相同,主要区别是电解液与液态锂不同。
电池主要的构造包括有正极、负极与电解质三项要素。
所谓的聚合物锂离子电池是说在这三种主要构造中至少有一项或一项以上使用高分子材料做为主要的电池系统。
而在目前所开发的聚合物锂离子电池系统中,高分子材料主要是被应用于正极及电解质。
正极材料包括导电高分子聚合物或一般锂离子电池所采用的无机化合物,电解质则可以使用固态或胶态高分子电解质,或是有机电解液,一般锂离子技术使用液体或胶体电解液,因此需要坚固的二次包装来容纳可燃的活性成分,这就增加了重量,另外也限制了尺寸的灵活性。
而聚合物锂离子工艺中没有多余的电解液,因此它更稳定,也不易因电池的过量充电、碰撞或其他损害、以及过量使用而造成危险情况。
新一代的聚合物锂离子电池在形状上可做到薄形化(ATL电池最薄可达0.5毫米,相于一张卡片的厚度)、任意面积化和任意形状化,大大提高了电池造型设计的灵活性,从而可以配合产品需求,做成任何形状与容量的电池,为应用设备开发商在电源解决方案上提供了高度的设计灵活性和适应性,以最大化地优化其产品性能。
同时,聚合物锂离子电池的单位能量比目前的一般锂离子电池提高了50%,其容量、充放电特性、安全性、工作温度范围、循环寿命(超过500次)与环保性能等方面都较锂离子电池有大幅度的提高。
第二特点与比较
一、聚合物锂离子电池的特点概述
根据锂离子电池所用电解质材料不同,锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithiumionbattery,简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymerlithiumionbattery,简称为LIP)两大类。
聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的,电池的工作原理也基本一致。
它们的主要区别在于电解质的不同,锂离子电池使用的是液体电解质,而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替,这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。
聚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。
电解质为聚合物与盐的混合物,这种电池在常温下的离子电导率低,适于高温使用。
(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加入增塑剂等添加剂,从而提高离子电导率,使电池可在常温下使用。
(3)聚合物正极材料的锂离子电池。
采用导电聚合物作为正极材料,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。
由于用固体电解质代替了液体电解质,与液态锂离子电池相比,聚合物锂离子电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点,也不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题,因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳,从而可以提高整个电池的比容量;
聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料,其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50%以上。
此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比锂离子电池有所提高。
基于以上优点,聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。
二、聚合物电池与液态锂电的比较
由于各个厂商生产工艺的不同,目前市场上的聚合物锂电分为卷绕式(索尼、东芝为代表)、叠片式(TCL、ATL为代表)两种不同结构,但适应于手机需求的规格大都在4mm厚度以下。
与液态比较,由于聚合物外包装采用了更薄的铝膜,比钢壳、铝壳更薄,而且生产方式与液态锂电不同,聚合物越薄越好生产,理论上可以生产出0.5mm以下厚度的电池。
液态锂电正好相反,越厚越好生产,低于4mm厚度的电池很难生产,即使生产出来了,容量明显不如聚合物锂电,成本也没优势。
因而,电池越薄,聚合物生产成本越低、液态生产成本越高。
但较厚的规格上,液态锂电供应链成熟,工艺成熟,生产效率高,成品率高,有很强的制造成本优势。
从目前市场来看,5mm、6mm厚度系列的液态锂电池虽然比3mm、4mm厚度系列电池容量高很多,但售价要低很多。
聚合物从理论上来讲,在5mm、6mm厚度规格上的材料成本与液态接近,但目前5mm、6mm系列电池的工艺成本要比液态高出很多,因而,要在此规格上与液态真正形成竞争,还有不少距离。
一般的电池主要的构造包括有正极、负极与电解质三项要素。
正极材料包括导电高分子聚合物或一般锂离子电池所采用的无机化合物,电解质则可以使用固态或胶态高分子电解质,或是有机电解液,负极则通常采用锂金属或锂碳层间化合物。
一般锂离子技术使用液体或胶体电解液,因此需要坚固的二次包装来容纳可燃的活性成分,这就增加了重量和成本,另外也限制了尺寸的灵活性。
而聚合物锂离子工艺中没有多余的电解液,因此它更稳定,也不易因电池的过量充电、针刺、碰撞或其他损害、以及过量使用而造成危险情况。
新一代的聚合物锂离子电池在形状上可做到薄形化(最薄0.8毫米)、任意面积化和任意形状化,大大提高了电池造型设计的灵活性,从而可以配合产品需求,做成任何形状与容量的电池,为应用设备开发商在电源解决方案上提供了高度的设计灵活性和适应性,以最大化地优化其产品性能。
聚合物锂离子电池和平常电池的差别在电解质上。
在20世纪70年代最初的设计中,采用了固态聚合物电解质。
这类电解质类似于塑料薄膜,不能导通电子但是可以让离子交换(能够充电的原子或者原子团)。
聚合物电解质取代了传统的浸透电解液的多孔隔膜。
干态聚合物电解质的设计允许组装简化,提高电池机械强度,安全,并且能够制造成为超薄的几何外形。
单个电池的厚度可以薄到1mm。
设备设计师能够根据他们的想象力来自由设计电池的形状和大小。
不幸的是,固态聚合物锂离子电池受制于其较差的导电性。
内阻太高而无法提供当前通信设备所需要的高脉冲电流,无法驱动笔记本电脑的硬盘。
加热电池到60摄氏度,电导率迅速提高,但是这样的要求不适合在便携设备上应用。
作为一种折中方式,引入了一些凝胶电解质。
目前市场上销售的大部分手机聚合物锂离子电池都是包含了凝胶电解质的混和型电池。
用锂离子聚合物来修正这一系统,使之成为目前唯一用于便携设备的聚合物电源。
加入凝胶电解质以后,锂离子聚合物电池和一般锂离子电池
又有什么不同呢?
虽然这两种电池在性能表现上非常相似,但是锂离子聚合物作为唯一固态电解质替代了多孔隔膜。
凝胶电解质只是增加了离子电导。
聚合物锂离子电池并没有像一些分析家预测的那样流行。
它的优越性和低制造成本还没有被认识到。
因为其容量并没有得到提高,实际上,容量比标准锂离子电池还有轻微减少。
聚合物锂离子电池的市场在超薄几何形状电源的应用上,例如信用卡电源等类似的应用。
优势:
超薄,电池能够组装进信用卡中
外形灵活:
制造商不用局限于标准外形,能够经济地做成合适的大小。
质量轻:
采用聚合物电解质的电池无需金属壳来作为保护外包装。
改进了安全:
过充更稳定,电解液泄漏的几率更低。
局限:
和锂离子电池相比能量密度和循环次数都有下降。
制造昂贵。
没有标准外形,大多数电池为高容量消费市场而制造。
和锂离子电池相比,价格、能量比较高。
二次锂电池的优势是什么?
1.高的能量密度
2.高的工作电压
3.无记忆效应
4.循环寿命长
5.无污染
6.重量轻
7.自放电小
锂聚合物电池具有哪些优点?
1.无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解液,使用胶态的固体。
2.可制成薄型电池:
以3.6V400mAh的容量,其厚度可薄至0.5mm。
3.电池可设计成多种形状
4.电池可弯曲变形:
高分子电池最大可弯曲900左右
5.可制成单颗高电压:
液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压,高分子电池由于本身无液体,可在单颗内做成多层组合来达到高电压。
7.容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍
IEC规定锂电池标准循环寿命测试为:
电池以0.2C放至3.0V/支后
1.1C恒流恒压充电到4.2V截止电流20mA搁置1小时再以0.2C放电至3.0V(一个循环)
反复循环500次后容量应在初容量的60%以上
国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为(IEC无相关标准).
电池在25摄氏度条件下以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,在温度为20+_5下储存28天后,再以0.2C放电至2.75V计算放电容量
什么是二次电池的自放电不同类型电池的自放电率是多少?
自放电又称荷电保持能力,它是指在开路状态下,电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力。
一般而言,自放电主要受制造工艺,材料,储存条件的影响自放电是衡量电池性能的主要参数之一。
一般而言,电池储存温度越低,自放电率也越低,但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用,BYD常规电池要求储存温度范围为-20~45。
电池充满电开路搁置一段时间后,一定程度的自放电属于正常现象。
IEC标准规定镍镉及镍氢电池充满电后,在温度为20度湿度为65%条件下,开路搁置28天,0.2C放电时间分别大于3小时和3小时15分即为达标。
与其它充电电池系统相比,含液体电解液太阳能电池的自放电率明显要低,在25下大约为10%/月。
什么是电池的内阻怎样测量?
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,一般分为交流内阻和直流内阻,由于充电电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容量极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值,而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值.
交流内阻测试方法为:
利用电池等效于一个有源电阻的特点,给电池一个1000HZ,50mA的恒定电流,对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值.
什么是电池的内压电池正常内压一般为多少?
电池的内压是由于充放电过程中产生的气体所形成的压力.主要受电池材料制造工艺,结构等使用过程因素影响.一般电池内压均维持在正常水平,在过充或过放情况下,电池内压有可能会升高:
如果复合反应的速度低于分解反应的速度,产生的气体来不及被消耗掉,就会造成电池内压升高.
什么是内压测试?
锂电池内压测试为:
(UL标准)
模拟电池在海拔高度为15240m的高空(低气压11.6kPa)下,检验电池是否漏液或发鼓.
具体步骤:
将电池1C充电恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,然后将其放在气压为11.6Kpa,温度为(20+_3)的低压箱中储存6小时,电池不会爆炸,起火,裂口,漏液.
环境温度对电池性能有何影响?
在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大,在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关,电极/电解液界面被视为电池的心脏。
如果温度下降,电极的反应率也下降,假设电池电压保持恒定,放电电流降低,电池的功率输出也会下降。
如果温度上升则相反,即电池输出功率会上升,温度也影响电解液的传送速度温度上升则加快,传送温度下降,传送减慢,电池充放电性能也会受到影响。
但温度太高,超过45,会破坏电池内的化学平衡,导致副反应
过充电的控制方法有哪些?
为了防止电池过充,需要对充电终点进行控制,当电池充满时,会有一些特别的信息可利用来判断充电是否达到终点。
一般有以下六种方法来防止电池被过充:
1.峰值电压控制:
通过检测电池的峰值电压来判断充电的终点;
2.dT/dt控制:
通过检测电池峰值温度变化率来判断充电的终点;
3.T控制:
电池充满电时温度与环境温度之差会达到最大;
4.-V控制:
当电池充满电达到一峰值电压后,电压会下降一定的值
5.计时控制:
通过设置一定的充电时间来控制充电终点,一般设定要充进130%标称容量所需的时间来控制;
6.TCO控制:
考虑电池的安全和特性应当避免高温(高温电池除外)充电,因此当电池温度升高60时应当停止充电。
什么是过充电对电池性能有何影响?
过充电是指电池经一定充电过程充满电后,再继续充电的行为。
由于在设计时,负极容量比正极容量要高,因此,正极产生的气体透过隔膜纸与负极产生的镉复合。
故一般情况下,电池的内压不会有明显升高,但如果充电电流过大,或充电时间过长,产生的氧气来不及被消耗,就可能造成内压升高,电池变形,漏液,等不良现象。
同时,其电性能也会显着降低。
什么是过放电对电池性能有何影响?
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,通常根据放电电流来确定放电截止电压。
0.2C-2C放电一般设定1.0V/支,3C以上如5C或10C放电设定为0.8V/支,电池过放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,即使充电也只能部分恢复,容量也会有明显衰减。
不同容量的电池组合在一起使用会出现什么问题?
如果将不同容量或新旧电池混在一起使用,有可能出现漏液,零电压等现象。
这是由于充电过程中,容量差异导致充电时有些电池被过充,有些电池未充满电,放电时有容量高的电池未放完电,而容量低的则被过放。
如此恶性循环,电池受到损害而漏液或低(零)电压。
什么是电池的爆炸怎样预防电池爆炸?
电池内的任何部分的固态物质瞬间排出,被推至离电池25cm以上的距
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