一，電池基本原理及基本術(shù)語

1.什么叫電池?

電池(Batteries)是一種能量轉(zhuǎn)化與儲存的裝置，它通過反應(yīng)，將化學(xué)能或物理能轉(zhuǎn)化為電能。根據(jù)電池轉(zhuǎn)化能量的不同，可以將電池分為化學(xué)電池和物理電池。

化學(xué)電池或化學(xué)電源就是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它由兩種不同成分的電化學(xué)活性電極分別組成正負(fù)極，由一種能提供媒體傳導(dǎo)作用的化學(xué)物質(zhì)作為電解質(zhì)，當(dāng)連接在某一外部載體上時，通過轉(zhuǎn)換其內(nèi)部的化學(xué)能提供電能。

物理電池就是將物理能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

2.一次電池與二次電池的有哪些區(qū)別?

最主要的區(qū)別是活性物質(zhì)的不同，二次電池的活性物質(zhì)可逆，而一次電池的活性物質(zhì)并不可逆。一次電池的自放電遠(yuǎn)小于二次電池，但內(nèi)阻遠(yuǎn)比二次電池大，因此負(fù)載能力較低，此外，一次電池的質(zhì)量比容量和體積比容量均大于一般充電電池。

3.鎳氫電池的電化學(xué)原理是什么?

鎳氫電池采用Ni氧化物作為正極，儲氫金屬作為負(fù)極，堿液(主要為KOH)作為電解液，鎳氫電池充電時：

正極反應(yīng)：Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O–e-

負(fù)極反應(yīng)：M+H2O +e-→ MH+ OH-

鎳氫電池放電時：

正極反應(yīng)：NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH-

負(fù)極反應(yīng)：MH+ OH- →M+H2O +e-

4.鋰離子電池的電化學(xué)原理是什么?

鋰離子電池正極主要成分為LiCoO2，負(fù)極主要為C，充電時，

正極反應(yīng)： LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-

負(fù)極反應(yīng)： C + xLi+ + xe- → CLix

電池總反應(yīng)： LiCoO2 + C → Li1-xCoO2 + CLix

放電時發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。

5.電池常用的標(biāo)準(zhǔn)有哪些?

電池常用IEC標(biāo)準(zhǔn)：鎳氫電池的標(biāo)準(zhǔn)為IEC61951-2：2003;鋰離子電池行業(yè)一般依據(jù)UL或者國家標(biāo)準(zhǔn)。

電池常用國家標(biāo)準(zhǔn)：鎳氫電池的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T15100_1994，GB/T18288_2000; 鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T10077_1998，YD/T998_1999,GB/T18287_2000。

另外，電池常用標(biāo)準(zhǔn)也有日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS C 關(guān)于電池的標(biāo)準(zhǔn)。

IEC即國際電工委員會(International Electrical Commission)，是由各國電工委員會組成的世界性標(biāo)準(zhǔn)化組織，其目的是為了促進(jìn)世界電工電子領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化。IEC標(biāo)準(zhǔn)是由國際電工委員會制定的標(biāo)準(zhǔn)。

6.鎳氫電池的主要結(jié)構(gòu)組成是什么?

鎳氫電池的主要組成為：正極片(鎳氧化物)、負(fù)極片(儲氫合金)、電解液(主要為KOH)、隔膜紙、密封圈、正極帽、電池殼等。

7.鋰離子電池的主要結(jié)構(gòu)組成是什么?

鋰離子電池的主要組成為：電池上下蓋、正極片(活性物質(zhì)為氧化鋰鈷)、隔膜(一種特殊的復(fù)合膜)、負(fù)極(活性物質(zhì)為碳)、有機電解液、電池殼(分為鋼殼和鋁殼兩種)等。

8.什么是電池內(nèi)阻?

是指電池在工作時，電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力。由歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻兩部分組成。電池內(nèi)阻大，會導(dǎo)致電池放電工作電壓降低，放電時間縮短。內(nèi)阻大小主要受電池的材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素的影響。是衡量電池性能的一個重要參數(shù)。注：一般以充電態(tài)內(nèi)阻為標(biāo)準(zhǔn)。測量電池的內(nèi)阻需用專用內(nèi)阻儀測量，而不能用萬用表歐姆檔測量。

9.什么是標(biāo)稱電壓?

電池的標(biāo)稱電壓指的是在正常工作過程中表現(xiàn)出來的電壓， 二次鎳鎘鎳氫電池標(biāo)稱電壓為1.2V;二次鋰電池標(biāo)稱電壓為3.6V。

10.什么是開路電壓?

開路電壓是指電池在非工作狀態(tài)下即電路無電流流過時，電池正負(fù)極之間的電勢差。 工作電壓又稱端電壓，是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流過時電池正負(fù)極之間電勢差。

11.什么是電池的容量?

電池的容量有額定容量和實際容量之分。電池的額定容量是指設(shè)計與制造電池時規(guī)定或保證電池在一定的放電條件下，應(yīng)該放出最低限度的電量。IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鎳鎘和鎳氫電池在20℃±5℃環(huán)境下，以0.1C充電16小時后以0.2C放電至1.0V時所放出的電量為電池的額定容量，以C5表示。而對于鋰離子電池，則規(guī)定在常溫、恒流(1C)—恒壓(4.2V)控制的充電條件下充電3 h，再以0.2C放電至2.75V時所放出的電量為其額定容量，而電池的實際容量是指電池在一定的放電條件下所放出的實際電量，主要受放電倍率和溫度的影響(故嚴(yán)格來講，電池容量應(yīng)指明充放電條件)。電池容量的單位有Ah,mAh(1Ah=1000mAh).

12.什么是電池的放電殘余容量?

當(dāng)對可充電電池用大電流(如1C或以上)放電時，由于電流過大使內(nèi)部擴散速率存在的“瓶頸效應(yīng)”，致使電池在容量未能完全放出時已到達(dá)終點電壓，再用小電流如0.2C還能繼續(xù)放電，直至1.0V/支(鎳鎘和鎳氫電池)和3.0V/支(鋰電池)時所放出的容量稱為殘余容量。

13.什么是放電平臺?

鎳氫充電電池的放電平臺通常是指電池在一定的放電制度下放電時，電池的工作電壓比較平穩(wěn)的電壓范圍，其數(shù)值與放電電流有關(guān)，電流越大，其數(shù)值就越低。鋰離子電池的放電平臺一般是恒壓充到電壓為4.2V且電流小于0.01C時停充電，然后擱置10分鐘，在任何們率的放電電流下下放電至3.6V時的放電時間。是衡量電池好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。

二，電池標(biāo)識

14.IEC規(guī)定的可充電電池的標(biāo)識方法是什么?

根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，鎳氫電池的標(biāo)識由5部分組成。

01)電池種類：HF、HR表示鎳氫電池

02)電池尺寸資料：包括圓形電池的直徑、高度、方型電池的高度、寬度、厚度、 數(shù)值之間用斜杠隔開，單位： mm

03)放電特性符號：L表示適宜放電電流倍率在0.5C以內(nèi)

M表示適宜放電電流倍率在0.5-3.5C以內(nèi)

H表示適宜放電電流倍率在3.5-7.0C以內(nèi)

X表示電池能在7C-15C高倍率的放電電流下工作

04)高溫電池符號：用T表示

05)電池連接片表示：CF代表無連接片，HH表示電池拉狀串聯(lián)連接片用的連接片， HB表示電池帶并排串聯(lián)連接用連接片。

例如：HF18/07/49表示方形鎳氫電池，寬為18mm,厚度為7mm，高度為49mm，

KRMT33/62HH表示鎳鎘電池，放電倍率在0.5C-3.5之間，高溫系列單體電池(無連接片)，直徑33mm，高度為62mm。

根據(jù)IEC61960標(biāo)準(zhǔn)，二次鋰電池的標(biāo)識如下：

01)電池標(biāo)識組成：3個字母，后跟5個數(shù)字(圓柱形)或6個(方形)數(shù)字。

02)第一個字母：表示電池的負(fù)極材料。I—表示有內(nèi)置電池的鋰離子;L—表示鋰金屬電極或鋰合金電極。

03)第二個字母：表示電池的正極材料。C—基于鈷的電極;N—基于鎳的電極;M—基于錳的電極;V—基于釩的電極。

04)第三個字母：表示電池的形狀。R—表示圓柱形電池;L—表示方形電池。

05)數(shù)字：圓柱形電池：5個數(shù)字分別表示電池的直徑和高度。直徑的單位為毫米，高度的單位為十分之一毫米。直徑或高度任一尺寸大于或等于100mm時，兩個尺寸之間應(yīng)加一條斜線。

方型電池：6個數(shù)字分別表示電池的厚度、寬度和高度，單位毫米。三個尺寸任一個大于或等于100mm時，尺寸之間應(yīng)加斜線;三個尺寸中若有任一小于1mm,則在此尺寸前加字母“t”，此尺寸單位為十分之一毫米。

例如：ICR18650表示一個圓柱形二次鋰離子電池，正極材料為鈷，其直徑約為 18mm，高約為65mm。

ICR20/1050。

ICP083448表示一個方形二次鋰離子電池，正極材料為鈷，其厚度約為8mm,寬度約為 34mm，高約為48mm。

ICP08/34/150表示一個方形二次鋰離子電池，正極材料為鈷，其厚度約為8mm,寬度約為 34mm，高約為150mm。

ICPt73448表示一個方形二次鋰離子電池，正極材料為鈷，其厚度約為0.7mm,寬度約為 34mm，高約為48mm。

15.電池的包裝材料有哪些?

01)不干介子(紙)如纖維紙、雙面膠

02)PVC膜、商標(biāo)管

03)連接片：不銹鋼片、純鎳片、鍍鎳鋼片

04)引出片：不銹鋼片(易于焊錫)純鎳片(點焊牢)

05)插頭類

06)保護(hù)元器件類如溫控開關(guān)、過流保護(hù)器、限流電阻

07)紙箱、紙盒

08)塑料殼類

16.電池包裝、組合及設(shè)計的目的是什么?

01)美觀、品牌

02)電池電壓的限制，要獲得較高電壓需串聯(lián)多只電池

03)保護(hù)電池，防止短路延長電池使用壽命

04)尺寸的限制

05)便于運輸

06)特殊功能的設(shè)計，如防水，特殊外型設(shè)計等。

三，電池性能與測試

17.通常所說的二次電池的性能主要包括哪些方面?

主要包括電壓、內(nèi)阻、容量、能量密度、內(nèi)壓、自放電率、循環(huán)壽命、密封性能、安全性能、儲存性能、外觀等，其它還有過充、過放、耐腐蝕性等。

18.電池的可靠性測試項目有哪些?

01)循環(huán)壽命

02)不同倍率放電特性

03)不同溫度放電特性

04)充電特性

05)自放電特性

06)貯存特性

07)過放電特性

08)不同溫度內(nèi)阻特性

09)溫度循環(huán)測試

10)跌落測試

11)振動測試

12)容量測試

13)內(nèi)阻測試

14)GMS測試

15)高低溫沖擊測試

16)機械沖擊測試

17)高溫高濕測試

19.電池的安全性測試項目有哪些?

01)短路測試

02)過充、過放測試

03)耐壓測試

04)撞擊測試

05)振動測試

06)加熱測試

07)火燒測試

09)變溫循環(huán)測試

10)涓流充電測試

11)自由跌落測試

12)低氣壓測試

13)強制放電測試

15)電熱板測試

17)熱沖擊測試

19)針刺測試

20)擠壓測試

21)重物沖擊測試

20.常見的充電方式有哪幾種?

鎳氫電池的充電方式：

01)恒流充電：整個充電過程個中充電電流為一定值，這種方法最常見;

02)恒壓充電：充電過程中充電電源兩端保持一恒定值，電路中的電流隨電池電壓升高而逐漸減小;

03)恒流恒壓充電：電池首先以恒流充電(CC)，當(dāng)電池電壓升高至一定值時，電壓保持不變(CV)，電路中電流降至很小，最終趨于0。

鋰電池的充電方式：

恒流恒壓充電：電池首先以恒流充電(CC)，當(dāng)電池電壓升高至一定值時，電壓保持不變(CV)，電路中電流降至很小，最終趨于0。

21.什么是鎳氫電池的標(biāo)準(zhǔn)充放電?

IEC國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鎳氫電池的標(biāo)準(zhǔn)充放電為：首先將電池以0.2C放電至1.0V/支，然后以0.1C充電16小時，擱置1小時后，以0.2C放至1.0V/支，即為對電池標(biāo)準(zhǔn)充放電。

22.什么是脈沖充電?對電池性能有什么影響?

脈沖充電一般采用充與放的方法，即充5秒鐘，就放1秒鐘，這樣充電過程產(chǎn)生的氧氣在放電脈沖下將大部分被還原成電解液。不僅限制了內(nèi)部電解液的氣化量，而且對那些已經(jīng)嚴(yán)重極化的舊電池，在使用本充電方法充放電5-10次后，會逐漸恢復(fù)或接近原有容量。

23.什么是涓流充電?

涓流充電是用來彌補電池在充滿電后由于自放電而造成的容量損失。一般采用脈沖電流充電來實現(xiàn)上述目的。

24.什么是充電效率?

充電效率是指電池在充電過程中所消耗的電能轉(zhuǎn)化成電池所能儲蓄的化學(xué)能程度的量度。主要受電池工藝及電池的工作環(huán)境溫度影響，一般環(huán)境溫度越高，則充電效率要低。

25.什么是放電效率?

放電效率是指在一定的放電條件下放電至終點電壓所放出的實際電量與額定容量之比，主要受放電倍率，環(huán)境溫度，內(nèi)阻等的因素影響，一般情況下，放電倍率越高，則放電效率越低。溫度越低，放電效率越低。

26.什么是電池的輸出功率?

電池的輸出功率指在單位時間里輸出能量數(shù)的能力。它是根據(jù)放電電流I和放電電壓來計算的，P=U*I，單位為瓦特。

電池的內(nèi)阻越小，輸出功率越高，電池的內(nèi)阻應(yīng)小于用電器的內(nèi)阻，否則電池本身消耗的功率還要大于用電器消耗的功率，這是不經(jīng)濟(jì)的，而且可能損壞電池。

27.什么是二次電池的自放電?不同類型電池的自放電率是多少?

自放電又稱荷電保持能力，它是指在開路狀態(tài)下，電池儲存的電量在一定環(huán)境條件下的保持能力。一般而言，自放電主要受制造工藝、材料、儲存條件的影響。自放電是衡量電池性能的主要參數(shù)之一。一般而言，電池儲存溫度越低，自放電率也越低，但也應(yīng)注意溫度過低或過高均有可能造成電池?fù)p壞，無法使用。

電池充滿電開路擱置一段時間后，一定程度的自放電屬于正常現(xiàn)象。IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鎳氫電池充滿電后在溫度為20℃±5℃，濕度為(65±20)%條件下開路擱置28天，0.2C放電容量達(dá)到初始容量的60%。