电池知识

1.什么叫电池？
电池即一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。
2.一次电池与二次电池的区别是什么？
一次电池只能放电一次，二次电池可反复充放电循环使用，可充电电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化，因此设计时必须调节这些变化，而一次电池内部则简单得多，因为它不需要调节这些可逆性变化，一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池，但内阻远比二次电池大，因此负载能力较低，另外，一次电池的自放电远小于二次电池。
3.二次电池性能主要包括哪些方面？
主要包括电压、内阻、容量、内压、自放电率、循环寿命、密封性能、安全性能、储存性能、外观等，其它还有过充、过放、可焊性、耐腐蚀性等。
4.什么是二次电池的自放电？
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℃±5℃，湿度为（65±20）%条件下开路搁置28天，0.2C放电时间大于3小时15分即为达标。
5.什么是IEC标准？
IEC标准即国际电工委员会（International Electrical Commission），是由各国电工委员会组成的世界性标准化组织，其目的是为了促进世界电工电子领域的标准化。其中关于镍镉电池的标准为IEC285，关于镍氢电池的标准是IEC61436，锂离子电池目前IEC标准，一般电池行业依据的是SANYO或Panasonic的标准。
6.什么是电池的内压？
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：
例如过充电，正极： 4OH- - 4e → 2H2O + O2↑； ①
产生的氧气透过隔膜纸与负极复合： 2Cd + O2 → 2CdO ②
如果反应②的速度低于反应①的速度，产生的氧气来不及被消耗掉，就会造成电池内压升高。
7.镍镉电池的电化学原理是什么？
镍镉电池采用Ni(OH)2作为正极，CdO作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液，镍镉电池充电时，正极发生如下反应
Ni(OH)2 –e + OH- → NiOOH + H2O
负极发生的反应： Cd(OH)2 + 2e → Cd + 2OH-
总反应为：2Ni(OH)2 + Cd(OH)2→ 2NiOOH+ Cd+ 2H2O
放电时，反应逆向进行NiOOH + H2O + e→ Ni(OH)2 + OH-
d + 2OH- + 2e→ Cd(OH)2
充电时，随着NiOOH浓度的增大，Ni(OH)2浓度的减小，正极的电势逐渐上升，而随着Cd的增多，Cd(OH)2的减小，负极的电势逐渐降低，当电池充满电时，正极、负极电位均达到一个平衡值，二者电势之差即为电池之充电电压。
8.镍氢电池的电化学原理是什么？
镍氢电池采用与镍镉电池相同的Ni氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液（主要为KOH）作为电解液，镍氢电池充电时，正极发生反应如下：
Ni(OH)2 –e + OH- → NiOOH + H2O
负极反应：MHn + ne → M + n/2H2
放电时，正极：NiOOH + H2O + e → Ni(OH)2 + OH-
负极：M + n/2H2 → MHn + ne
9.锂离子电池的电化学原理是什么？
锂离子电池正极主要成分为LiCoO2，负极主要为C，充电时，
正极反应： LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
负极反应： C + xLi+ + xe- → CLix
电池总反应： LiCoO2 + C → Li1-xCoO2 + CLix
放电时发生上述反应的逆反应。
10.什么是过充电，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，对Ni-Cd电池，过充电产生如下反应：
正极：4OH- - 4e → 2H2O + O2↑； ①
负极：2Cd + O2 → 2CdO ②
由于在设计时负极容量比正极容量要高，因此正极产生的氧气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，其电性能也会显著降低。
11.什么是过放电，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。
12.什么是电池的内阻，怎样测量？
测试方法利用电池等效于一个有源电阻的特点，给电池一个1000HZ，50 mA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。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，得出真实的内阻值。
13.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。
14.什么是充电效率？
指电池在一定放电条件下放至某一截止电压时放出的容量与输入的电池容量的比值，它可按照以下公式计算：
（放电电流 * 放电至截止电压的时间）
（充电电流 充电时间） 100%
充电效率=
输入的能量部分用来将活性物质转换为充电态，部分消耗在副反应上来产生氧气，充电效率受到充电速率和环境温度的影响，充电时充电电流必须在一定范围内，电流太小或太大充电效率都很低，由于电池还存在自放电，致使电池无法充满电。
15.什么是电池的容量？
指在一定放电条件下，电池放电至截止电压时放出的电量。IEC标准规定镍镉和镍氢电池在20℃±5℃环境下，以0.1C充电16小时后以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量，以C5表示。而对于锂离子电池，则规定在常温、恒定（1C）—恒压（4.2V）控制的充电条件下充电3 h，再以0.2C放电至2.75V时所放出的电量为其额定容量，电池容量的单位有Ah,mAh(1Ah=1000mAh).
17.电池储存在什么样的条件较好？
根据IEC标准规定，电池应在温度为20℃±5℃，湿度为（65±20）%的条件下储存。一般而言，电池储存温度越高，容量的剩余率越低，反之也是一样，冰箱温度在0℃-10℃时储存电池的最好地方，尤其时对一次电池。而二次电池即使储存后损失了容量，但只要重新充放电几次既可恢复。
18.电池能储存多久？
就理论上讲，电池储存时总有能量损失。电池本身固有的电化学结构决定了电池容量不可避免地要损失，主要是由于自放电造成的。通常自放电大小与正极材料在电解液中的溶解性和它受热后的不稳定性（易自我分解）有关。可充电电池的自放电远比一次电池高。而且电池类型不同，电池每月的自放电率也不一样，一般在10-35%变动。一次电池的自放电明显要低得多，在室温下每年不超过2%。储存过程中与自放电伴随的是电池内阻上升，这会造成电池负荷力的降低，而在放电电流较大的情况下，能量的损失变化非常明显。下表列出了正常储存条件下自放电的近似值：
类型
自放电
碱锰（MnO2/Zn），圆形电池 ＜2%
锌碳（MnO2/Zn），圆形电池 ＜4%
锂离子（锂MnO2），圆形电池和纽扣电池 约1%
镍镉/镍氢电池 ＜35%
19.不同类型电池的电压及使用领域是怎样的？
电池型号
电压
使用领域
SLI（发动机）
12V
汽车、商用车、摩托车
锂电池
6V
照相机
锂锰纽扣电池
3V
袖珍性计算器、手表、遥控设备
银氧纽扣电池
1.55V
手表、小型钟
碱锰圆形电池
1.5V
便携式视频设备、照相机、游戏机
碱锰纽扣电池
1.5V
袖珍计算器、电动设备
锌碳圆形电池
1.5V
报警器、闪光灯、玩具

锌空气纽扣电池
1.4V
助听器
MnO2纽扣电池
1.35V
助听器、照相机
镍镉电池
1.2V
电动工具、便携式照相机、移动电话、无绳电话、电动玩具、应急灯、电动自行车
镍氢电池
1.2V
移动电话、无绳电话、便携式照相机、笔记本、应急灯、家用电器
锂离子电池
3.6V
移动电话、笔记本计算机
20.环境温度对电池性能有何影响？
镍镉、镍氢电池的放电效率在低温会有显著的降低（如低于-15℃），而在-20℃时，碱液达到起凝固点，电池充电速度也将大大降低。在低温充电（低于0℃）会增大电池内压并可能时安全阀开启。为了有效充电，环境温度范围应在5℃—30℃之间，一般充电效率会随温度的升高而升高，但当温度升到45℃以上，高温下充电电池材料的性能会退化，电池的循环寿命也将大大缩短。
21.什么是短路，对电池性能有何影响？
电池外端连接在任何导体上都会造成外部短路，电池类型不同，短路有可能带来不同严重程度的后果。如：电解液温度升，内部气压升高等。气压值如果超过电池盖帽耐压值，电池将漏液。这种情况严重损坏电池。如果安全阀失效，甚至会引起爆炸。因此切勿将电池外部短路。
22.可充电便携式电池的特征是什么？
每一个电池都是一个能量转换器。能将储存的化学能直接转化为电能。对可充电电池而言，这个过程可以这样描述：充电过程电能转换为化学能→化学能在放电过程中转化为电能→充电过程中电能转换为化学能，二次电池可以如此循环1000多次。
在不同电化学类型中均有可充电便携式电池，铅酸电池，铅酸类型（2V/支），镍镉类型（1.2V/支），镍氢类型（1.2V/支），锂离子电池（3.6V/支），这几种电池的典型特征是相对恒定的放电电压（放电时有一个电压平台），在放电开始及末尾电压均很快衰减。
23.可充电电池的优缺点是什么？
可充电电池的优点是使用寿命长，它们可充放电1000多次，即使价格比一次电池要贵，但从长期使用的观点来看，则很经济实惠，而且可充电电池的负荷力要比绝大部分一次电池高。但普通镍镉镍氢电池放电电压基本恒定,很难预测放电何时结束，所以在照相机使用中，一般不用这种电池，而锂离子电池能给照相机设备提供较长的使用时间，高负荷力，高能量密度，且放电电压的下降随放电的深入而减弱。
24.充电电池最好用在哪些设备上？
充电电池特别适用于需要相对较高能源供给的用电设备或时要求大电流放电的设备，如便携式单放机、CD播放机、小型收音机、电子游戏机、电动玩具、多种家用电器、专业照相机、移动电话、无绳电话、笔记本计算机等其它需要较高能量的设备。 不常用的设备最好不要使用充电电池，因为充电电池自放电较大，但如果设备需要大电流放电，则必须用充电电池，一般用户最好按照生产商提供的使用说明书的指导来选择适合设备的电池。
25.可充电电池有哪些类型？分别适于哪些设备？
电池类型
特点
应用设备
镍氢圆形电池
高容量环保型（不含汞、铅、镉）过充保护
音频设备、录像机、移动电话、无绳电话、应急灯、笔记本计算机
镍氢方型电池
高容量、环保型、过充保护
音频设备、录像机、移动电话、无绳电话、应急灯、笔记本计算机
镍氢纽扣电池
高容量、环保型、过充保护
移动电话、无绳电话
镍镉圆形电池
高负载能力
音频设备、电动工具
镍镉纽扣电池
高负载能力
无绳电话、内存
锂离子电池
高负载能力、高能量密度
移动电话、笔记本计算机、录像机
26.什么是记忆效应？
记忆效应是针对镍镉电池而言的，由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次级放电平台，电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身的容量可以使电池放电到更低的平台上。在以后的放电过程中电池将只记得这一低容量，同样在每一次使用中，任何一次不完全的放电都将加深这一效应，使电池的容量变得更低。要消除这种效应，有两种方法，一是采用小电流深度放电（如用0.1C放至0V），一是采用大电流充放电（如1C）几次。对BYD镍镉电池来说，由于负极的工艺全部为拉浆式，镉晶粒不会聚集。不存在“记忆效应”的问题。
27.用于无绳电话上的可充电电池的使用寿命是多久？
正常使用情况下，使用寿命为2-3年或更长时间，当发生以下情况时，电池需要更换： 1） 充电后，通话时间一次比一次短；
2） 通话信号不够清晰，接受效果很模糊，噪音较大；
3） 无绳电话与机座的距离需越来越近，即无绳电话能够的使用范围越来越窄。



28.什么类型的电池可用于手表？
各种各样的扣式电池都可用于手表，首选的电化学材料就是银氧化物。所使用的电池类型可列在手表的使用说明书上。一般来说，类似于表的（手表）装置及简单的数字表都可使用这种低消耗的电池，



29.还有别的电池材料可用于手表吗？
除银氧化合物外，碱锰及里锰电池也可用于手表。碱锰扣式电池是价格低廉的手表 中最常用的电池。这种电池后来被同一型号的银氧化合物扣式电池所取代。银氧化合物扣式电池的好处在于它有着不变的工作电压（可保持精确的时间）以及高容量（长久的工作时间）另有一种锂电扣式电池也可使用于表类（将进一步说明），它可用于多功能表类。使用于此种用途的扣式电池有CR2025，直径为20mm，高度为2.5mm，不同尺寸总共有12种之多（不同的直径和高度）。

30.太阳能电池的自放电率是怎样的？
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。