一.電池分類、動力電池及發(fā)展史
分類：
按工作性質(zhì)及存儲方式分：原電池，蓄電池，儲備（激活）電池，燃料電池；
按電解質(zhì)性質(zhì)分：酸性電池，堿性電池，中性電池，有機電解質(zhì)溶液電池，
固體電解質(zhì)電池；
按電池特性分：高容量電池，密封電池，免維護電池，防爆電池等。
動力電池的概念：
電池輸出的能量用于車輛（汽車、電動自行車等）牽引、驅(qū)動用途的電池。
動力電池發(fā)展史：
1859 Plante鉛酸蓄電池
1901 鎘鎳蓄電池
1943 鋅銀蓄電池
60年代 燃料電池
80年代 氫鎳電池
90年代 鋰離子電池
二.電池的組成和基本原理
1.電池簡介及其組成
電池即化學(xué)電源，是通過化學(xué)反應(yīng)把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成低壓直流電能的裝置。要實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)變，電池必須具備兩個條件：①氧化和還原反應(yīng)必須分隔在兩個區(qū)域進行；②電子必須通過外電路。因此電池應(yīng)該包括以下基本組成部分：
正極——提供容量，主要有活性物質(zhì)和導(dǎo)電骨架組成
負極——同上
電解液——離子傳輸
隔膜——防止正負極間形成電子導(dǎo)電通路
外殼——保護作用
2.基本工作原理
構(gòu)成適用的二次電池的條件：
a電極反應(yīng)必須可逆；b只能采用一種電解質(zhì)溶液；c電池放電時生成的產(chǎn)物在溶液中是難溶的。
以鋰離子電池為例
鋰離子電池實際上是一種鋰離子濃差電池，正負電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。充電時，Li+ 從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰態(tài)，正極處于貧鋰態(tài)，同時電子的補償電荷從外電路供給到碳負極，保證負極的電荷平衡。放電時則相反， Li+ 從負極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鋰態(tài)。在正常充放電情況下，鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和層狀結(jié)構(gòu)氧化物的層間嵌入和脫出，一般只引起層面間距變化，不破壞晶體結(jié)構(gòu)，在充放電過程中，負極材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本不變。因此，從充放電反應(yīng)的可逆性看，鋰離子電池反應(yīng)是一種理想的可逆反應(yīng)。
三.電池常用術(shù)語及電性能
1. 電動勢：電池兩極在斷路時處于可逆平衡狀態(tài)下，兩極平衡電極電位之差，是經(jīng)過計算的理論值。
2. 開路電壓：電池在斷路時電池兩極的電極電位之差。開路電壓是一個實際測量的值。如鋰離子電池的開路電壓為4.1V，鉛酸蓄電池為2.1V
電動勢＞開路電壓
電池的電動勢或開路電壓值取決于所組成電池的電極材料與電解質(zhì)的活度和放電的溫度，與電池的幾何形狀和尺寸大小無關(guān)。
3. 額定電壓：在規(guī)定條件下電池工作的標準電壓。用來區(qū)分電池體系。
如：鉛酸電池：2.0V
鎘鎳電池：1.2V
氫鎳電池：1.2V
鋅錳電池：1.5V
鋰離子電池：3.6-3.8V
4. 放電終止電壓：指放電時，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓值。 為人為規(guī)定的值。例如：鋰離子電池充電時，終止電壓為4.2V，放電時為3 .0V或2 .75V。
5. 工作電壓：又稱放電電壓或負荷電壓，是指電池對外輸出電流時，電池兩極間的電位差。工作電壓總是低于開路電壓。
電池放電電壓的變化與放電制度有關(guān)，即放電曲線的變化還受放電制度的影響，包括：放電電流，放電溫度，放電終止電壓；間歇還是連續(xù)放電。放電電流越大，工作電壓下降越快；隨放電溫度的增加，放電曲線變化較平緩；
對于二次電池，放電電壓低于規(guī)定的終止電壓叫做過放電，過放電常常會影響到蓄電池的循環(huán)壽命。
恒阻放電
恒流放電
連續(xù)放電
間歇放電
8. 電池容量： 指一定放電制度下（在一定的I放，T放，V終），電池所給出的電量。表征電池儲存能量的能力，單位是Ah或C。容量受很多引素的影響，如：放電電流、放電溫度等。容量大小是由正負極中活性物質(zhì)的數(shù)量多少來決定的。
理論容量：活性物質(zhì)全部參加反應(yīng)所給出的容量。
實際容量：在一定的放電制度下實際放出的容量。
額定容量：又稱公稱容量，指電池在設(shè)計的放電條件下，電池保證給出的最低電量。
在實際應(yīng)用中，電池容量＝正極容量
比容量：為了對不同的電池進行比較，引入比容量概念。比容量是指單位質(zhì)量或單位體積電池所給出的容量，稱為質(zhì)量比容量或體積比容量。通常計算方法為：電池首次放電容量/（活性物質(zhì)量*活性物質(zhì)利用率）
影響電池容量的因素：
a. 電池的放電速度(通常以電流強度mA來表示)：電流越大，輸出的容量減少；
注：圖中A區(qū)(陰影部分)為電池對外輸出的能量；B區(qū)為電池自身損耗的能量。
b.電池的放電溫度：溫度降低，輸出容量減少；
c.電池的放電終止電壓：是由用電器以及電池反應(yīng)本身的限定來設(shè)定的，例如：充電時，終止電壓為4.2V，放電時為3 .0V或2 .75V。
d.電池的貯存時間：電池經(jīng)過長時間貯存后，電池的放電容量會相應(yīng)減少。
9. 放電時率及放電倍率
是一種表達電池放電電流大小的方法。
放電時率：指在規(guī)定的放電時間內(nèi)，電池放出全部額定容量。
放電倍率：指放電電流為電池額定容量的某一個倍數(shù)。
放電時率×放電倍率＝1
C5—電池5小時率的容量，即電池5小時放電的全部容量。單位Ah或mAh
0.5C---電池以0.5倍容量的電流放電 ,單位：A或mA
例如：某電池的額定容量為1Ah,用0.5C放電時的電流即為0.5A
10. 能量和比能量
電池在一定條件下對外作功所能輸出的電能叫做電池的能量，單位一般用wh表示。
a.理論能量
電池的放電過程處于平衡狀態(tài)，放電電壓保持電動勢(E)數(shù)值，且活性物質(zhì)利用率為100％，在此條件下電池的輸出能量為理論能量(W0)，即可逆電池在恒溫恒壓下所做的最大非膨脹功(W0=C0E)。
b.實際能量
電池放電時實際輸出的能量稱為實際能量。
W=V工作I t
V工作= V開路－I Ri
c.比能量
單位質(zhì)量和單位體積的電池所給出的能量，稱質(zhì)量比能量或體積比能量，也稱能量密度。比能量的單位為wh/kg或wh/L。
是指電池沒有負載時電池容量自行降低的現(xiàn)象。主要是電極材料自發(fā)發(fā)生了氧化還原反應(yīng)；在兩個電極中，負極的自放電是主要的，自放電使活性物質(zhì)白白被消耗。
電池自放電與電池貯存性能有很密切的關(guān)系。電池在貯存時貯存性能一定要好，貯存時要求自放電小，不能出現(xiàn)漏液或爬堿。
各種電池的存儲方式：滿電荷存儲、部分電荷儲存、放電狀態(tài)存儲。
自放電與溫度的關(guān)系曲線：
13.循環(huán)壽命及其影響因素
電池經(jīng)歷一次充放電，稱一個周期。在一定的放電制度下，電池容量降至規(guī)定值之前，電池所經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)，稱為電池的循環(huán)壽命。
影響電池循環(huán)壽命的主要因素有：
a.在充放電過程中，電極活性物質(zhì)表面積減少，使工作電流密度上升，極化增大；
b.電極上活性物質(zhì)脫落或轉(zhuǎn)移；
c.電極材料發(fā)生腐蝕；
d.電池內(nèi)部短路；
e.隔膜損壞和活性物質(zhì)晶型改變，活性降低。
14. SOC和DOD
SOC（State of Charge ）－為荷電狀態(tài)，表示電池剩余容量與總?cè)萘康陌俜直取?
DOD（Depth of Discharge ）－為放電深度，表示放電程度的一種量度，為放電容量與總放電容量的百分比。放電深度的高低和二次電池的壽命有很大的關(guān)系：放電深度越深，其壽命就越短。
性 能 比 較(一)
四.電池結(jié)構(gòu)、組合方式及生產(chǎn)流程簡介
內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：
主要組成部分：正負電極，電解質(zhì)，隔膜，外殼
正負電極：參加成流反應(yīng)和導(dǎo)電；由活性物質(zhì)和導(dǎo)電骨架構(gòu)成。
液態(tài)鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖
聚合物鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖
隔膜：也叫隔離層，作用是防止正負極接觸。是非金屬材料制成，顯著的特點是具有大量的微孔以保證離子的通過。不同的電池所用的材料不同，電池對隔離層的要求是：a材料本身是絕緣的，防止電池內(nèi)部短路（即對電子絕緣）；要對離子的傳導(dǎo)的電阻要小。b耐電解質(zhì)腐蝕；能經(jīng)受正極氧化劑的氧化。C成本低。如：AGM隔膜
電解質(zhì)：主要起正負極間的離子導(dǎo)電作用，有的還參與成流反應(yīng)。要求：a化學(xué)穩(wěn)定性好；b比電導(dǎo)高，具有良好的離子導(dǎo)電性。
電池組合方式
五.各種電池簡介
1.鉛酸電池
1859 Plante（France）鉛酸蓄電池
應(yīng)用領(lǐng)域：汽車啟動用、固定用（發(fā)電廠、變電所及通訊用）、車用、電動車用。
優(yōu)點：可以大電流放電、使用溫度范圍很寬、可逆性好、電動勢較高、原材料來源豐富、制造工藝簡便、價格便宜。
缺點：比性能差、材料污染、且有毒。
主要類型：開口式電池、免維護電池、閥控式電池、水平式電池、三端子雙電源式電池。
失效模式：板柵腐蝕變形、活性物質(zhì)脫落、
不可逆硫酸鹽化、熱失控、電池膨脹。
2.鎳系列電池
鐵鎳蓄電池 ／鎘鎳蓄電池 ／鋅鎳蓄電池
應(yīng)用領(lǐng)域：電動工具、錄音機、電動車用。
優(yōu)點：使用壽命長、自放電小、溫度范圍廣、耐過充過放。
缺點：活性物質(zhì)利用率低、價格較貴、且鎘有毒、有記憶效應(yīng)。
主要類型：圓形和方形。
從鎘鎳電池開始，實現(xiàn)了對電池的密封。
3.氫鎳電池
出現(xiàn)在80年代，兩大類別：高壓氫鎳電池和金屬氫化物鎳電池
優(yōu)點：能量密度高、可快速充放電、低溫性能良好、可密封、耐過充過放能力強、安全可靠、對環(huán)境無污染、無記憶效應(yīng)，可以和鎘鎳電池互換。
缺點：價格高。
密封電池：
4.鋰離子電池
出現(xiàn)在90年代
應(yīng)用領(lǐng)域：手機、筆記本電腦、攝像機、電動車用。
優(yōu)點：開路電壓高（單體電池電壓高達3.6～3.8V）,比能量大、循環(huán)壽命長、無公害、無記憶效應(yīng)、自放電小。
缺點：過充放電的保護問題、成本很高、不能用大電流放電（有機電解質(zhì)的原因）。
主要類型：液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池。
為何鋰離子電池保護更關(guān)鍵？
鋰離子電池的負極主要是碳或石墨，它能儲存及釋放鋰離子。一旦過充電發(fā)生，鋰離子變成鋰金屬沉積在碳或石墨表面。因為鋰金屬非常活潑，任何沖擊或其它原因都能導(dǎo)致其燃燒；
鋰離子電池的電解液為易燃的有機物。因此，一旦錯誤充電導(dǎo)致過充電電壓出現(xiàn)，在電壓達到4.7V以上時，鋰離子電池將過度發(fā)熱，甚至燃燒；
為了防止過度放電導(dǎo)致電池壽命的縮短，鋰離子電池需要過放電保護。
保護鋰離子電池的作用：、
1、防止過充電電壓
2、防止放電超過限定值
3、防止過電流
4、短路保護
5、防止電池溫度過高
6、防止電池內(nèi)部壓力的升高
六.電池相關(guān)標準及測試
鉛酸電池常用標準：GB/T5008.1 啟動電池標準（國）；SAE J 537 （美）；EN 50342 （歐）；JIS D 5301（日）；Q/SQR04.075 啟動電池標準（企）；QC/T 742-2006 電動汽車用鉛酸蓄電池（國）；
氫鎳電池常用標準： QC/T 744-2006 電動汽車用金屬氫化物鎳蓄電池（國）；IEC 61951-2 金屬氫化物鎳電池；
鋰離子電池常用標準： QC/T 743-2006 電動汽車用鋰離子蓄電池（國）；
電池測試-鉛酸起動電池
額定容量測試
冷啟動性能測試
耐振動性能測試
荷電保持能力測試
壽命測試
耐溫變測試
密封性測試
水損耗測試
電池測試-氫鎳電池 鋰離子電池
高低溫容量測試
耐振動性能測試
荷電保持能力測試
壽命測試
安全性測試
動力電池安全性測試
短路：滿充電池外部短路后不漏液、不爆炸、不燃燒
過充電：滿充電池1C充電至5V或90min后不漏液、不爆炸、不燃燒
擠壓：擠壓滿充電池至殼體破裂或內(nèi)部短路后不爆炸、不燃燒
針刺：針刺滿充電池至貫穿后不爆炸、不燃燒
跌落：滿充電池自1.5米高處跌落至木板上后不變形、不漏液、不破裂、不爆炸、不燃燒
熱沖擊：滿充電池在70℃±2℃條件下擱置20min后不變形、不漏液、不破裂、不爆炸、不燃燒
七.世界電池公司大匯總
鉛酸電池：
德國VARTA 美國EXIDE 德國陽光（gel）
風(fēng)帆 駱駝 南都 臥龍
金屬氫化物鎳電池：
日本Panasonic 日本Sanyo 美國Ovonic 法國Saft 德國VARTA
湖南神舟、和平海灣、沈陽三普、中山中炬
鋰離子電池：
日本Panasonic 日本Sanyo 美國Ovonic 法國Saft 德國VARTA
蘇州星恒、北京盟固利、廈門中橋、天津藍天、深圳雷天、北京有色金屬
各國廠商在民用可充電池市場所占份額
