電池基礎(chǔ)知識

1、電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識 2004.06 電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容 鋰電池的歷史 鋰離子電池的原理 鋰離子電池的組成部分介紹 鋰離子電池的常規(guī)性能 電芯不良項目及成因 電芯生產(chǎn)各工序控制要點 國內(nèi)主要電芯生產(chǎn)廠家 鋰離子電池的標(biāo)準(zhǔn) 電池安全-電池為什么會爆炸？ 鋰離子電芯安全實驗 鋰離子電池保護(hù)板原理概述 電池PACK結(jié)構(gòu)設(shè)計時注意事項 售后電池常見電池故障分析電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰電池的歷史 19811981年發(fā)表了第一個鋰離子電池方面的專利。年發(fā)表了第一個鋰離子電池方面的專利。 八十年代末，八十年代末，SONYSONY公司利用此發(fā)現(xiàn)制成了公司利用此發(fā)現(xiàn)制成了LIBL

2、IB。 實驗室制成的第一只實驗室制成的第一只1865018650型鋰離子電池容量僅為型鋰離子電池容量僅為600mAh600mAh。 19921992年，年，SONYSONY公司開始大規(guī)模生產(chǎn)民用鋰離子電池。公司開始大規(guī)模生產(chǎn)民用鋰離子電池。 19981998年方型鋰離子電池大量投放市場，占據(jù)了市場較大份年方型鋰離子電池大量投放市場，占據(jù)了市場較大份額。額。 19991999年國內(nèi)鋰離子電池開始大批量生產(chǎn)年國內(nèi)鋰離子電池開始大批量生產(chǎn) 20022002年國產(chǎn)鋰離子電池占據(jù)了國內(nèi)主導(dǎo)市場年國產(chǎn)鋰離子電池占據(jù)了國內(nèi)主導(dǎo)市場電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池原理 鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正極的

3、二次電池。電子和Li+都是同時行動的，方向相同但路徑不同，放電時，電子從負(fù)極經(jīng)過電子導(dǎo)體跑到正極，鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達(dá)正極，與早就跑過來的電子結(jié)合在一起。 只要負(fù)極上的電子不能從負(fù)極跑到正極，電池就不會放電。電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識反應(yīng)原理 正極采用鋰化合物L(fēng)ixCoO2,（還有LixNiO2,或LiMn2O4等目前沒有商品化）,負(fù)極采用鋰碳層間化合物L(fēng)ixC6。電解質(zhì)為溶解有LiPF6,LiAsF6等的有機(jī)溶液。在充放電過程中，Li在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象地稱為“搖椅式電池”（Rocking Chair Batteries

4、,縮寫為RCB） 0X0.5 X的增大會提高容量及放電電位，電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池的組成部分 電池的主要組成部分為：（如右圖）正極片、負(fù)極片、電解液、隔膜紙、蓋帽、外殼、絕緣層。電池可分為卷繞式、切片式疊片式三種：電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子聚合物電池 鋰離子聚合物電池屬第二代可充鋰離子電池。 這類電池和正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子相同。電池的工作原理也與液態(tài)鋰離子相同 不同的是鋰離子聚合物電池的電解質(zhì)是將液態(tài)有機(jī)電解液吸附在一種聚合物基質(zhì)上，被稱作膠體電解質(zhì)。 研究者把聚合物電解質(zhì)應(yīng)用于鋰離子蓄電池 時，顯示出了一些優(yōu)越的性能： 1、抑制了枝晶的生長。 2、耐充放電過程體積的變化。

5、3、降低了與電極反應(yīng)的活性。一般認(rèn)為溶劑對于鋰甚至碳電極是不穩(wěn)定的，電極表面鈍化現(xiàn)象嚴(yán)重，聚合物電解質(zhì)，由于它固體狀態(tài)特性，降低了與電極反應(yīng)活性。 4、安全性提高，聚合物電解質(zhì)電池比液態(tài)電解質(zhì)電池耐沖擊，振動，變形。 5、聚合物電解質(zhì)可以加工成多樣的形狀。電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰聚合物電池結(jié)構(gòu) 由于電池中不存在游離電解質(zhì)，電池結(jié)構(gòu)大大簡化電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識軟包裝與“硬包裝”相比的好處 Hard-packing (Al or Fe-can) Can-wall thickness: 200500um Higher cost (for can, cap & safety vent) Less

6、 electrolyte leakage possibility- if can-cap laser sealing quality is good Possibility of explosion - if safety vent design is not appropriate Soft-packing (Laminated Al-foil) Foil thickness: 100150um Lower cost, lighter weight & flexibility More liquid electrolyte leakage possibility No explosion p

7、ossibility主要就是減少了成本和增加了安全性電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池的軟包裝材料 聚合物鋰離子蓄電池軟包裝材料是由鋁箔、多種塑料及多種粘合劑（包括粘結(jié)樹脂）所組成的復(fù)合軟包裝材料。它的設(shè)計、制造及應(yīng)用技術(shù)（簡稱軟包裝技術(shù)）是鋰離子蓄電池行業(yè)要解決的三大技術(shù)難題之一。 具有流動性、滲透性、腐蝕性、溶解性的電解液是電池 軟包裝材料設(shè)計主要考慮的問題。 設(shè)計要求 1、外保護(hù)層：主要是對中間層起良好的保護(hù)作用 非冷沖壓成型軟包裝材料:只要求外層耐高溫?zé)岱鉁囟?60+/-15度耐摩擦性。耐刺穿性和耐折性好，對中間鋁層起保護(hù)作用即可，通常 首選PET作為外層。 冷沖壓成型軟包裝材料：還要

8、求全知的伸長率，較高的抗沖擊強(qiáng)度撕裂強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度。NY是最適合冷沖壓成型的外層材料。 2、中間層鋁箔層 根據(jù)目前國際上軟質(zhì)鋁箔加工工藝和技術(shù)條件，我們認(rèn)為，26um以上的鋁箔無針孔，對氧氣或其它流體（固體不存在問題）可以起到絕對的阻隔作用，即透過率認(rèn)為是零。 冷沖壓要保證沖壓后的厚度各點都大于26um,厚度大于30um的鋁箔對于提高阻隔性能沒有實際意義，且會增加質(zhì)量，厚度和成本電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識 內(nèi)層多功能層: 內(nèi)層多功能層是對鋰離子蓄電池中電解液的特殊性能而設(shè)計的特殊多功能層，這些功能主要有 1、耐電解液浸泡及使用時電化學(xué)反應(yīng)過程中，內(nèi)層表現(xiàn)出良好的化學(xué)穩(wěn)定性（如不被溶漲、溶解或發(fā)生

9、化學(xué)反應(yīng)而遭到破壞） 2、良好的耐穿刺性能 3、內(nèi)膜具有耐高溫（175度）熱封不短路的性能 4、內(nèi)層中間須能夠固定，能夠吸收制作過程中電芯內(nèi)的水分、空氣中的水分、內(nèi)層材料中含有的水分，以及反應(yīng)時產(chǎn)生的氫氟酸，使氫氟酸不能滲透到中間不復(fù)存在鋁箔上產(chǎn)生腐蝕 5、在保證封口強(qiáng)度。耐穿刺性能及電絕緣性能的前提下，內(nèi)層越薄，對外界和內(nèi)界的阻隔性越好，封口越寬越好。電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識電池的組成部分-電極片 電極是電池中最重要的部分，電極的好壞直接影響電池的性能。 它是由活性物質(zhì)和導(dǎo)電骨架所組成?；钚晕镔|(zhì)是指正、負(fù)極中參加成流反應(yīng)的物質(zhì)，是化學(xué)電源產(chǎn)生電能的源泉，是決定化學(xué)電源基本特性的重要部分。對活

10、性物質(zhì)的要求是：1）組成電池的電動勢高；2）電化學(xué)活性高，即自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)的能力強(qiáng)；3）重量比容量和體積比容量大；4）在電解液中的化學(xué)穩(wěn)定性高；5）具有高的電子導(dǎo)電性；6）資源豐富，價格便宜。電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識 正極構(gòu)造LiCoO2(鈷酸鋰)+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+粘合劑(PVDF)+集流體（鋁箔） 正極 鋰離子電池正極用材料 鋰離子電池的正極材料必須有能接納鋰離子的位置和擴(kuò)散路徑。鋰離子蓄電池的容量最終是由正極材料決定的。 LiCoO2具有電壓高，放電平穩(wěn)，生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)點而率先占領(lǐng)了市場。其理論容量為274mAh/g,實際容量為140mAh/g,因此，現(xiàn)在仍有一些研究工作者在從事努力提高

11、氧化鈷鋰的容量及其循環(huán)性能的工作。 負(fù)極構(gòu)造石墨+導(dǎo)電劑(乙炔黑)+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+ 集流體（銅箔） 負(fù)極 鋰離子電池用負(fù)極材料 鋰離子嵌入碳化合物組成通常用LixC(0 x1)表示。對完整晶態(tài)石墨 X=1，理論容量這372mAh/g,但多數(shù)碳材料，可逆鋰離子嵌入量僅為00.5之間。X的大小與碳材料種類和結(jié)構(gòu)、電解質(zhì)組成、電極結(jié)構(gòu)以及鋰離子嵌入速度等有關(guān)。 負(fù)極材料雖然在電芯原材料成本中占很小的比例，但對質(zhì)量獲得保證的關(guān)鍵因素。電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池的組成-電解液 電解質(zhì)電池的主要組成之一，在電池內(nèi)部擔(dān)負(fù)著傳遞正負(fù)極之間電荷的作用，所以勢一些具有高離子導(dǎo)電性的物

12、質(zhì)。 鋰離子電池的電壓高達(dá)34V，因為水的理論分解電壓是1.23V，所以只能用有機(jī)溶劑，而不能用水溶液做電解質(zhì)。鋰離子電池用電解液的電導(dǎo)率很低，所以鋰離子電池在大電流放電時，來不及從電解液中補(bǔ)充Li+,會發(fā)生電壓下降。電解液是由多種有機(jī)溶劑和鋰鹽組成，主要成分有EC（碳酸乙烯酯）、PC（碳酸丙烯酯）、DEC（二乙基碳酸脂）DME（二甲基碳酸酯）、LiPF6(六氟磷酸鋰)、LiAsF6(六氟砷酸鋰)、LiCoO2(鈷酸鋰) 電解液在鋰離子原材料組合中占了一個重要的位置，它直接影響了電壓及充放電、導(dǎo)電功能。選擇什么樣的電解液一直是電池廠家十分慎重的問題。 國產(chǎn)電解液于2000年進(jìn)入市場，但由于其穩(wěn)

13、定性及其他指數(shù)較進(jìn)口材料差，所以短時間內(nèi)取代進(jìn)口電解液尚不可能。況且兩者的價位距離并不大，造成了現(xiàn)有廠家絕大部分選用進(jìn)口電解液的局面 。 它本身的性能及其與正負(fù)極形成的界面狀況很大程度上影響電池的性能。優(yōu)良的鋰離子電池有機(jī)電解液應(yīng)具備以下幾點要求：1、良好的化學(xué)穩(wěn)定性。因為電解質(zhì)長期保存在電池內(nèi)部，所以必須具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，使儲藏期間電解質(zhì)與活性物質(zhì)界面和集流體（一般用Al和Cu）的電化學(xué)反應(yīng)速率小，從而使電池的自放電容量損失減小 2、寬的化學(xué)穩(wěn)定窗口；3、高的鋰離子電導(dǎo)率；溶液的歐姆壓降小，使電池的放電特性得以改善。對于固體電解質(zhì)，則要求它只具有離子導(dǎo)電性，而不具有電子導(dǎo)電性。 4、良好的

14、成膜（SEI）特性；在負(fù)極材料表面形成穩(wěn)定鈍化膜5、合適的溫度范圍（沸點-溶點）6、安全低毒，無環(huán)境污染。 電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識SEI膜介紹 SEI膜（solid electrolyte interface）,即固體電解質(zhì)相界面，是在鋰離子電池負(fù)極表面開有的一層鈍化膜，將電解液與碳材料/鋰負(fù)極隔離開。一般認(rèn)為，SEI膜是在鋰離子蓄電池初始循環(huán)過程中形成的。在一定電位下，在負(fù)極/電解液表面，有機(jī)溶劑分子、鋰鹽陰離子、雜質(zhì)及添加劑發(fā)生還原分解形成不溶物質(zhì)沉積在電極表面。目前關(guān)于SEI膜的形成機(jī)理還不是很清楚。 優(yōu)良的SEI膜要求： 1、電子傳遞系數(shù)te=0,電子的不良導(dǎo)體，有利于減少電池的自放

15、電，提高充放電效率，避免SEI膜變厚而引起的電池內(nèi)阻增大; 2鋰離子傳導(dǎo)系數(shù)t=1，高的鋰離子電導(dǎo)率，低的阻抗。 3均一的形貌和化學(xué)組成 ，有利于電流的均勻分布。有足夠的附著力和機(jī)械強(qiáng)度，組成物質(zhì)溶解度低。電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識電池的組成部分-隔膜 隔膜也叫隔離物。置于電池兩極之間。其作用是防止正負(fù)極活性物質(zhì)直接接觸，造成電池內(nèi)部短路。 對于隔膜的一般要求是：1）在電解液中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和一定的機(jī)械強(qiáng)度，并能承受電極活性物質(zhì)的氧化還原作用；2）離子通過隔膜的能力要大，也就是說隔膜對電解質(zhì)離子運(yùn)動的阻力要小。這樣，電池內(nèi)阻就相應(yīng)減小，電池在大電流放電時的能量損耗減小；3）應(yīng)是電子的良好絕

16、緣體，并能阻擋從電極上脫落活性物質(zhì)微粒和枝晶的生長；4）材料來源豐富，價格低廉。常用的隔膜材料有棉紙、微孔橡膠、微孔塑料、玻璃纖維、水化纖維素、接枝膜、尼龍、石棉等?？筛鶕?jù)化學(xué)電源不同系列的要求而選取。 對于鋰離子電池隔膜：特別要求，溫度升高時孔隙 “shut down” 電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池的常規(guī)性能 概念介紹C倍率(C-rate)電池的充電和放電是以C倍率進(jìn)行度量的,1C的定義:如電電池容量是1000mAh,1C放電就是以1000mA放電，0.5C放電就是以500mA放電。額定容量（GB/T182872000規(guī)定）：電池在環(huán)境溫度為20+/-5度條件下，以5h率放電至終止電壓

17、時所應(yīng)提供的電量，用C5表示。我們一般會取0.2C放電時的放電容量作為實際放電容量。型號表示：方形鋰離子電池的型號一般用六位數(shù)表示，前兩位表示電池厚度，中間二位數(shù)表示寬度，最后兩位表示長度，例如383450型，表示厚度為3.8mm,寬度為34mm,長度為50mm電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識充電方式： 先恒流充電至4.2V， 后恒壓充電（日本的充電模式中是恒壓充電2.5小時，國標(biāo)GB/T 18287是充電電流 16um)(發(fā)生內(nèi)部短路的可能性增大) 2、可燃性很強(qiáng)的有機(jī)電解液被采用 - 更容易起火 - 更容易漏液 (會腐蝕電池板，使保護(hù)板失去保護(hù)作用) 3、電極和電解液間的距離較大且不夠均勻 - 容

18、易生成鋰枝晶，刺穿薄膜，構(gòu)成內(nèi)部短路。電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池存在的安全問題的原因 (來自MOTO的消息) 高能量密度 電池里可能存在的鋰金屬 (過放等非正常使用情況下出現(xiàn)) 電極材料的熱穩(wěn)定性較差 可燃性較強(qiáng)的有機(jī)電解液 不可逆的電解液分解 這將使電池不能保持一個固定的化學(xué)電位， （根據(jù)雙電層理論，正常電池放電到一定水平后，會在一個電壓點上維持相當(dāng)長的時間，（鋰電池這個電壓點大概是2.7V左右 ）鋰離子電池鋰離子電池 organic oxidized & electrolyte reduced productsDecomposition onset 4 to 5 V per cel

19、l不可逆的不可逆的!NiCd, NiMH H20 H2 + O2Cell Voltage limited to 1.5 V可逆的可逆的!電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識Li-plating Issue of Li-ion Battery液態(tài)鋰離子電池(鋰枝晶鋰枝晶析出析出)(可能會引起內(nèi)部短路可能會引起內(nèi)部短路) 聚合物電池 (界面較平界面較平)電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰枝晶的圖片Li-plating電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池的過充（Motorola）02468-50050100150200Cell Voltage% Nominal ChargeIIVIIIIIRegion I: overdi

20、scharge Benign failureRegion II: normal operationRegion III: cell degradationLi plating beginsElectrolyte decompositionExcessive delithiation of cathodeRegion IV: risk of thermal runawayComplete delithiation of cathodeImpedance/voltage/heating increases電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識電芯設(shè)計上的過充電保護(hù) 1、電芯參數(shù)設(shè)計時： 電極涂料上各參數(shù)的 電芯

21、尺寸 各種材料比例 2。具有高溫關(guān)斷作用的隔膜。02468101214020406080100120140050100150200250300Cell VoltageCharging CurrentCell Skin TemperatureCell Voltage (Volts) and 10 x Charging Current (A mps/10)Temperature, C% Nominal Capacity(Runaway)Shutdown高溫時內(nèi)阻增大高溫時內(nèi)阻增大電流減小，溫度降低電流減小，溫度降低電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識電芯設(shè)計上的過充電保護(hù)anode/cathodeanode/

22、cathodeoverchargePressure driven diskCell contactPressure build-up triggers CID.Gas generating additives often used. Li2CO3 - CO2Electrode tab電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識如何提高鋰離子電芯安全性 原料評估 微分熱量測定 (DSC) 和熱量重量分析 (TGA) 電芯等級分析 熱失控點的測定 電池非正常使用情況模擬 參考IEC, UL，JIS等標(biāo)準(zhǔn) Electrical, mechanical, thermal 等的濫用情況電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識材料熱量測定5

23、0100 150 200 250 300 350 4000.00.51.01.52.02.5Heat=827J/g Temp. ( C)50100 150 200 250 300 350 4000.00.51.01.52.02.5Heat=407J/g215 C Heat Flow (W/g)Temp. ( C) DSC data on samples obtained from commercial Li-ion cell 100% charged, OCV = 4.15 V Minor heat generation from negative electrode above 100o C

24、 Major heat generation initiated 160o C (LiCoO2) Total heat generated: combination of cathode and anodepositiveelectrode(anode)Negativeelectrode(cathode)114 C264 C307 C50100150200250300350400012345TRA-OnsetN-ElectrodeReactionP-ElectrodeDecompositionHeat=931J/g366J/g275 C224 C368J/g Heat Flow (W/g)Te

25、mp. ( C)NE/separator/PEcombined電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電芯安全實驗 -日本最重視的四條安全實驗日本是世界上最早生產(chǎn)和應(yīng)用商業(yè)鋰離子電池的國家，對鋰離子電池的性能最為了解一、高溫箱實驗（heat test）試驗?zāi)康模?測量出電池的溫度失控點；150度內(nèi)不應(yīng)該有Thermal Runaway 試驗方法： 在20度時將電池充電至4.40V高溫箱的溫度以5deg.c/min的速率升至150度。實驗時測量項目1、電池的最高溫度？（電池不應(yīng)該有Thermal Runaway ，跟隨著高溫箱的溫度）2、是否膨脹？3、是否漏液？這是日本DECOMO（日本最大網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商）首

26、要看重的測試項目，對于電池安全性有重大意義。02004006008001000 1200 1400 1600 1800 200050100150200250300ThermalRunawaySafetyRiskSafeTemp. ( C)Time (min)OCV= 4.18V Self-heatingonset123CThermalrunawayonset167C電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電芯安全實驗 -日本最重視的四條安全實驗 二、針刺實驗 試驗?zāi)康模耗M電芯內(nèi)部短路。 測試方法：充電到4.40V后 用一直徑2.5mm的針刺穿電芯。 實驗時測量項目： 1、max.temp？（toshi

27、ba383562為117度） 2、是否膨脹？（ toshiba383562 不產(chǎn)生氣體） 3、是否漏液？（ toshiba383562 漏液） 據(jù)我們從市場上了解的情況，用戶手機(jī)爆炸也一般是在使用時，而不是充電時，這是由電池內(nèi)部短路造成的電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電芯安全實驗 -日本最重視的四條安全實驗 三、擠壓實驗（Crush Test） 試驗?zāi)康哪M電芯被重物壓時的安全情況 試驗方法 Cell is crush by dia.10mm Rod. Pressure is 2.5 ton 電池條件：在20度充電至4.4V 實驗時測量項目： 1、max.temp? 2、是否膨脹？ 3、是否漏

28、液？ 由于現(xiàn)在電池應(yīng)市場提升容量的要求，隔膜越做越薄，有些差的隔膜是經(jīng)不起這項考驗的電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電芯安全實驗 -日本最重視的四條安全實驗外部短路實驗（External Short Circuit Test）試驗?zāi)康模?模擬電池放在包里時，被手鏈，項鏈等短路時的情況。試驗方法：在55度時，把電池正負(fù)極短路。電池條件：在-5度時充電至4.3V（不同于通常0度45度的充電環(huán)境）實驗時測試項目：1、Max.temp 2、最大電流是多少？ 3、是否漏液？鋰電池在零度以下進(jìn)行充電,可能會導(dǎo)致金屬鋰的析出和電鍍反應(yīng)，這樣充電后再短路實驗條件相對較殘酷。電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電芯安全

29、實驗 -過充電實驗 實驗?zāi)康模耗M充電器，電池保護(hù)板均失效時的過充電情況， 隨著目前充電器電路的慢慢成熟，過充電的標(biāo)準(zhǔn)正在降低。0 01 12 23 34 45 50 02 24 46 68 81010121214141616Voltage / VQuality Li-polymer Battery Safety ZoneCurrent / AA Company LIB - FireA & B Company LIB - FireB Company LPB - FireC Company LPB - FireUL-1642 Old Std(12V)UL-1642 New Std(5V)電池基礎(chǔ)

30、知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電芯安全實驗 -burner test電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電芯安全實驗 -其它安全實驗 Hotplate test 此外，還有沖擊實驗，振動實驗等我司在做的實驗。電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識鋰離子電池保護(hù)板原理概述1正常狀態(tài)正常狀態(tài) 在正常狀態(tài)下電路中N1的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓，兩個MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導(dǎo)通電阻對電路的性能影響很小。 此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為A級，通常小于7A。 電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識 2、過充電保護(hù)、過充電保護(hù) 電池在被充電過程中，如果充

31、電器電路失去控制，會使電池電壓超過4.2V后繼續(xù)恒流充電，此時電池電壓仍會繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超過4.3V時，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，會導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問題。 在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制IC檢測到電池電壓達(dá)到4.325V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，其“CO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對電池進(jìn)行充電，起到過充電保護(hù)作用。而此時由于V2管自帶的體二極管VD的存在，電池可以通過該二極管對外部負(fù)載進(jìn)行放電。 在控制IC檢測到電池電壓超過4.325V至發(fā)出關(guān)斷V2信號之間，還有一段延時時間，該延時時間的長短由芯

32、片決定，為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。 電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識 3、過放電保護(hù)、過放電保護(hù) 電池在對外部負(fù)載放電過程中，其電壓會隨著放電過程逐漸降低，當(dāng)電池電壓降至2.5V時，其容量已被完全放光，此時如果讓電池繼續(xù)對負(fù)載放電，將造成電池的永久性損壞。 在電池放電過程中，當(dāng)控制IC檢測到電池電壓低于2.5V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使電池?zé)o法再對負(fù)載進(jìn)行放電，起到過放電保護(hù)作用。而此時由于V1自帶的體二極管VD的存在，充電器可以通過該二極管對電池進(jìn)行充電。 由于在過放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓

33、不能再降低，因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小，此時控制IC會進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個保護(hù)電路耗電會小于0.1A。 在控制IC檢測到電池電壓低于2.5V至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由C3決定，設(shè)為100毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。 電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識 4、過電流保護(hù)、過電流保護(hù) 由于鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能過大，否則會導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。 保護(hù)MOSFET的Idsmax一般為6A左右，如果電流超過這個值，也會燒壞MOSFET。 電池在對負(fù)載正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個MOSFET時，由于MOSFE

34、T的導(dǎo)通阻抗，會在其兩端產(chǎn)生一個電壓，該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個MOSFET導(dǎo)通阻抗，控制IC上的“V-”腳對該電壓值進(jìn)行檢測，若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓＃够芈冯娏髟龃?，?dāng)回路電流大到使U0.1V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流保護(hù)作用。 在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間在有的芯片中是固定的，有的芯片可以縮短，通常為13毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。 電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識 5、短路保護(hù)、短路保護(hù) 電池在

35、對負(fù)載放電過程中，若回路電流大到使U0.9V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時，控制IC則判斷為負(fù)載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護(hù)作用。短路保護(hù)的延時時間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護(hù)類似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時時間也不一樣。電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識 6、鋰電池過充的第二級保護(hù) ：溫度保險絲或PTC 當(dāng)充電管理失效時，保護(hù)IC起作用，當(dāng)保護(hù)IC也失效時，PTC或溫度保險絲監(jiān)控到溫度的變化，在溫度失控時，及時關(guān)斷充電，避免爆炸事故的發(fā)生。（溫度保險絲是一次性的，PTC可自恢復(fù)，但是這時電池一般也已經(jīng)

36、膨脹，無再利用價值，自恢復(fù)功能意義不是很大） 電流fuse不能感覺到溫度的變化， 不能起到第二級保護(hù)的作用?？靹幼?的FUSE還有可能在某些浪涌電流下 誤動作，使電池失去作用。 因為充電管理芯片和電池保護(hù)IC同時失效 的可能性很小很?。╬pm*ppm) 所以國內(nèi)包括moto在內(nèi)的廠家都開始在取消二極保護(hù)。單采用PTC或溫度保險絲作保護(hù)，做過充實驗時沒有出現(xiàn)爆炸單采用fuse做保護(hù)，做過充實驗時出現(xiàn)爆炸電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識典型的電池保護(hù)板的參數(shù)1. over charge protection:4.280.025V2. over charge protection release: 3.98

37、0.05V3. over charge protection delay time:0.51.5Sec4. over discharge protection:2.30.058V5. over discharge protection release:3.100.078V6. over discharge protection delay time513msec7. over current protection:2.04.0A8. over current protection delay time:820msec9. short protection delay time:550usec1

38、0. consumption current (normal operation):6.0uA11. consumption current (sleep mode):2.0uA我司常用的保護(hù)IC：精工：S-8261-G2J S-8261- G2N S-8241-GAA S-8241- GAC理光：R5426-110FA等電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識保護(hù)IC的其它功能 0V電池禁充功能 （實際上是電芯電壓小于1.8V（MOSFET的啟動電壓），就不能再充電了）電池過放電到過放電保護(hù)點以下，是有缺陷的電池，再用可能會引起危險有這種功能芯片的IC有精工S-8261-G2J等（芯片上的字是G2J） 現(xiàn)在大部分芯片支持0V電池充電 短路保護(hù)自恢復(fù)功能，大部分芯片有短路保護(hù)自恢復(fù)功能；有的芯片沒有這項功能，就要再充一下電才能恢復(fù)使用。（現(xiàn)在這種芯片很少）電池基礎(chǔ)知識電池基礎(chǔ)知識電池PACK結(jié)構(gòu)設(shè)計時注意事項-SANYO終端應(yīng)該是不容易被項鏈，發(fā)卡等短路的方案應(yīng)該預(yù)留測試點，使電池做好后還能再檢測保護(hù)