鋰離子電池原理及基本參數、技術規范

鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成，負極則是特殊分子結構的碳。常見的正極材料主要成分為 LiCoO2 （也有其他鋰鹽可作為正極材料），充電時，加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子，嵌入負極分子排列呈片層結構的碳中。放電時，鋰離子則從片層結構的碳中析出，重新和正極的化合物結合。鋰離子的移動產生了電流。

　　化學反應原理雖然很簡單，然而在實際的工業生產中，需要考慮的實際問題要多得多：正極的材料需要添加劑來保持多次充放的活性，負極的材料需要在分子結構級去設計以容納更多的鋰離子；填充在正負極之間的電解液，除了保持穩定，還需要具有良好導電性，減小電池內阻。

　　雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應，記憶效應的原理是結晶化，在鋰電池中幾乎不會產生這種反應。但是，鋰離子電池在多次充放后容量仍然會下降，其原因是復雜而多樣的。主要是正負極材料本身的變化，從分子層面來看，正負極上容納鋰離子的空穴結構會逐漸塌陷、堵塞；從化學角度來看，是正負極材料活性鈍化，出現副反應生成穩定的其他化合物。物理上還會出現正極材料逐漸剝落等情況，總之終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動的鋰離子數目。

過度充電和過度放電，將對鋰離子電池的正負極造成的損壞，從分子層面看，可以直觀的理解，過度放電將導致負極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結構出現塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負極碳結構里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。這也是鋰離子電池為什么通常配有充放電的控制電路的原因。

　　不適合的溫度，將引發鋰離子電池內部其他化學反應生成我們不希望看到的化合物，所以在不少的鋰離子電池正負極之間設有保護性的溫控隔膜或電解質添加劑。在電池升溫到一定的情況下，復合膜膜孔閉合或電解質變性，電池內阻增大直到斷路，電池不再升溫，確保電池正常。

  可充電的鋰離子電池具有輸出電壓高、比能量高、放電電壓穩定、工作溫度范圍寬、自放電率低、儲存壽命長、無記憶效應等優點，應用越來越廣泛，特別是手機的小型化及普及，使鋰離子電池用量猛增。為了適應各種不同的便攜式電子產品的需要，除單節鋰離子電池外，還有2～4節鋰離子電池組成的電池組。

　　鋰離子電池較為“嬌氣”，若在充電過程中充電電壓高于規定電壓，充電電流超過規定電流；或在放電過程中有過大的放電電流；放電到終止放電電壓還繼續放電，就會損壞電池或使之報廢。由于目前鋰離子電池價格較貴，因此開發出各種保護元件、保護器及監控器，它們可有效地保護鋰離子電池在充電或使用不當而損壞，監控電池能量的信號輸出。

　　PTC聚合物保護元件是簡單的保護器，它可保護鋰離子電池在充電或放電過程中不因過大充、放電流或短路而造成電池損害。但它解決不了在充電過程中的充電電壓過高（過充電）或放電過程中的電池電壓過低（低于終止放電電壓，稱過放電），所以開發出功能完善的保護器集成電路。

鋰離子電池的基本參數及技術規范

1、描述和定義

1．1電池連接端的描述和定義

1.1.1     P+     電池的輸出正極

1.1.2    T      熱敏電阻的信號端

1.1.3     P-     電池的輸出負極

1.2 充電方式

標準充電方式（0.2C5A）  I恒=130mA， V恒=4.2V（環境溫度范圍：0~45℃）

快速充電方式（1C5A）    I恒=650mA， V恒=4.2V（環境溫度范圍：10~45℃）

1.3 放電電流

快速放電電流（1C5A）   650mA

大放電電流（2C5A）   1.3A

1.4 重量               g±2g

1.5 環境溫度

充電溫度    0~45℃

放電溫度    -20℃~50℃

存儲  3個月內（溫度-20℃~45℃,相對濕度：45%~75%,大氣壓強：70~106Kpa;）

3個月以上（溫度：5~35℃,相對濕度：45%~75%,大氣壓強：70~106Kpa）

1.6 保用期限    1年

2、標準條件下的電氣特性、試驗及判定

2.1 標準測試環境條件

溫度 20℃±5℃

相對濕度 60±15%

大氣壓強 86~106Kpa

2.2 測量儀表要求

電壓表要求：測量電壓的儀表的準確度應不低于0.5級，內阻應不小于10KΩ/V。

電流表要求：測量電流的儀表準確度應不低于0.5級。

溫度計要求：測量溫度的儀表準確度應不低于±0.5℃。

恒流源的電流恒定可調，其電流變化應在±1%范圍內。

恒壓源的電壓恒定可調，其電壓變化應在±0.5%范圍內。

2.3 充電、放電方法

2.4 電氣性能、試驗方法和判定規則

2.4.10.2C5A放電容量

試驗方法：電池按規定充電方式標準充電后，擱置一段時間（0.5h-1h），在20℃±5℃以0.2C5A電流放電到終止電壓。

判定規則：上述試驗可以重復循環5次，當循環過程中有一次電池放電時間不小于300分鐘，試驗時取該次放電容量。

2.4.21C5A放電容量

試驗方法：在環境溫度為（20±5）℃的條件下，電池標準充電后，將電池放入（55±2）℃的高溫箱中恒溫2h,然后以1C5A電流恒流放電至2.75V，將電池取出放在（20±5）℃環境溫度下擱置2h后目視外觀。

判定規則：放電時間不少于51分鐘，外觀應無變形、無漏液、無爆裂。

2.4.3.2 低溫放電試驗

試驗方法：在環境溫度為（20±5)℃的條件下，電池標準充電后，將電池放入

-20℃±2℃的低溫箱中恒溫16~24h,以0.2C5A電流放電至2.75V，將電池取出在環境（20±5）℃的條件下擱置2小時，然后目視電池外觀。

判定規則：放電時間應不小于60%(180)分鐘，外觀應無變形、無漏液。

2.4.4荷電保持能力

電池標準充電結束后，在環境溫度為（20±5）℃的條件下擱置2小時，將電池開路擱置28d，再以0.2C5A電流進行放電，其放電時間應不低于255分鐘。

2.4.5循環壽命

試驗方法：在環境溫度為（20±5)℃的條件下，以1C5A恒流充電，當電池端電壓達到4.2V時，改為恒電壓充電，直到充電電流小于或等于20mA，停止充電，擱置0.5h-1h，然后以1C5A電流恒流放電至終止電壓2.75V。放電結束后，擱置0.5h-1h，再進行下一個充放電循環，電池按上述方法進行充放電循環,直到連續兩次放電時間小于48分鐘,則認為壽命終止.

判定規則：循環壽命超過400次。

2.4.6內阻值

試驗方法：使用AC 1KHZ檢測方法及準確度不低于0.5級的儀表，測量電池接口處正負極之間的內阻值，若檢測儀表在檢測過程中使用附加的電池固定夾具和引線，可以視情況減去固定引線的電阻值，且記錄大與小之差值。

判定規則：電池內阻值小于150mΩ，同批次電池的內阻大值與小值的差值不得大于30mΩ。

3、電池安全性能：所有測試均在標準試驗條件下進行

3.1 過充電電壓保護

用高電壓通過DC15V的電源給電池充電，當電池電壓高于（4.275±0.1)V時，充電應被禁止，保護啟動延遲時間應在0.5S-1S。當電池電壓回落于（4.175±0.1)V以下時，充電過程應可重新開始。

3.2 過放電電壓保護

當電池電壓低于（2.30±0.1）V時，放電應禁止，保護啟動延遲時間應小于1.2S。

3.3 過電流（短路）保護

給電池正負極之間連接一只固定負載電阻，當電池放電電流超過(3.5A±1A)時，放電應被禁止，保護啟動延遲時間應小于20ms。

3.4 保護功能電源電壓適應范圍

當電池電壓大于等于（2.70±0.05)V時，有短路線連接正負極，過流保護應能啟動，放電過程應被禁止。

3.5 工作電流消耗

當電池正常工作狀態下，保護板電流消耗應小于10μA。

3.6 靜態電流消耗

電池處在欠壓，過流保護狀態下，保護板電流消耗應小于1μA。

3.7 靜電ESD保護

ESD電壓為±15KV時，電池各項保護功能工作正常。

4、 安全性能試驗方法及判定

4.1 過充電保護性能

試驗方法：電池快速充電結束后，用電壓為2倍標稱電壓，可輸出電流為2C5A的電流的外接電源持續給電池加載8h，電池應啟動過充電保護功能。試驗后，檢查電池外觀，測量電池開路電壓。

判定規則：電池外觀應不變形、不爆裂、不起火、不冒煙或不漏液。

4.2 過放電保護性能

試驗方法：在環境溫度（20±5）℃的條件下，以0.2C5A恒流放電至過放電保護電壓后，外接30Ω負載放電24h，然后檢查電池外觀，測量開路電壓。

判定規則：電池應不變形、不爆裂、不起火、不冒煙或不漏液。

4.3 內阻值

試驗方法：使用AC 1KHZ檢測方法及準確度不低于0.5級的儀表，測量電池接口處正負極之間的內阻值，若檢測儀表在檢測過程中使用附加的電池固定夾具和引線，可以視情況減去固定引線的電阻值，且記錄大與小之差值。

判定規則：電池內阻值小于150mΩ，同批次電池的內阻大值與小值的差值不得大于30mΩ。

5、電池安全性能：所有測試均在標準試驗條件下進行。

5.1 過充電電壓保護

用高電壓通過DC15V的電源給電池充電，當電池電壓高于（4.275±0.1)V時，充電應被禁止，保護啟動延遲時間應在0.5S-1S。當電池電壓回落于（4.175±0.1)V以下時，充電過程應可重新開始。

5.2 過放電電壓保護

當電池電壓低于（2.30±0.1）V時，放電應禁止，保護啟動延遲時間應小

于1.2S。

5.3 過電流（短路）保護

給電池正負極之間連接一只固定負載電阻，當電池放電電流超過(3.5A±1A

時，放電應被禁止，保護啟動延遲時間應小于20ms。

5.4 保護功能電源電壓適應范圍

當電池電壓大于等于（2.70±0.05)V時，有短路線連接正負極，過流保護

應能啟動，放電過程應被禁止。

5.5 工作電流消耗

當電池正常工作狀態下，保護板電流消耗應小于10μA。

5.6 靜態電流消耗

電池處在欠壓，過流保護狀態下，保護板電流消耗應小于1μA。

5.7 靜電ESD保護

ESD電壓為±15KV時，電池各項保護功能工作正常。

6、安全性能試驗方法及判定

6.1 過充電保護性能

試驗方法：電池快速充電結束后，用電壓為2倍標稱電壓，可輸出電流為2C5A的電流的外接電源持續給電池加載8h，電池應啟動過充電保護功能。試驗后，檢查電池外觀，測量電池開路電壓。

判定規則：電池外觀應不變形、不爆裂、不起火、不冒煙或不漏液。

6.2 過放電保護性能

試驗方法：在環境溫度（20±5）℃的條件下，以0.2C5A恒流放電至過放電保護電壓后，外接30Ω負載放電24h，然后檢查電池外觀，測量開路電壓。

判定規則：電池應不變形、不爆裂、不起火、不冒煙或不漏液。

6.3 短路保護性能

試驗方法：電池按規定充電結束后，將正負極用0.1Ω電阻短路連接1h后,目測電池外觀.將正負極連接電阻斷開,電池以1C5A恒流瞬時充電5S后用電壓表測量電池開路電壓.

判定規則：電池外觀應不變形、不爆裂、不起火、不冒煙或不漏液；電池電壓應不小于3.6V。

7、環境適應性、試驗及判定

7.1 恒定濕熱性能

試驗方法：電池按恒流、恒壓方式快速充電結束后，將電池放入（40±2)℃，相對濕度為90%-95%的恒溫恒濕箱擱置48h后，將電池取出在環境溫度（20±5)℃的條件下擱置2h，目測電池外觀，再以1C5A電流放

電至終止電壓2.75V，測量放電時間。

判定規則：電池外觀應不變形、不爆裂、不起火、不冒煙或不漏液，其放電時間不應低于36分鐘。

7.2 振動

試驗方法：完全充電結束后，將電池固定在振動臺上，按下面的振動頻率和對應的振幅調整好試驗設備,X、Y、Z三個方向每個方向上從10HZ-55HZ循環掃頻振動30min,掃頻速度為10CT/min。

振動頻率：10HZ-30HZ

位移幅值（單振幅）：0.38mm；

振動頻率：30HZ-55HZ

位移幅值（單振幅）：0.19mm

判定規則：電池外觀應不變形、不爆裂、不起火、不冒煙或不漏液，內部結構應無松動，電池開路電壓應大于3.6V。

7.3 碰撞

試驗方法：電池按8.2規定試驗結束后，將電池平均按X、Y、Z三個互相垂直軸向直接或通過夾具固定在臺面上，按下述要求調好加速度、脈沖持續時間，進行碰撞實驗。

脈沖峰值加速度 100m/s2

每分鐘碰撞次數 40-80

脈沖持續時間 16ms

碰撞次數 1000±10

判定規則：電池外觀應不變形、不爆裂、不起火、不冒煙或不漏液，內部結構應無松動，電池開路電壓應大于3.6V。

7.4 自由跌落

試驗方法：電池按8.3規定試驗結束后，將電池樣品由高度（低點高度）為1000mm的位置自由跌落到置于水泥地面上的18mm-20mm厚的硬木板上,從X、Y、Z正負方向（六個方向）每個方向自由跌落1次。自由跌落結束后,將電池經1C5A電流放電至終止電壓。然后按快速充放電進行充放循環，至放電時間不低于51min，即可終止循環。

判定規則：電池外觀應不變形、不爆裂、不起火、不冒煙或不漏液，內部結構應無松動，充放電循環次數應不多于3次。

8.外觀

新電池外表面應清潔，無機械損傷，觸點無銹蝕；電池表面應有必須的產品標識；與蜂窩電話配合良好，開機應工作正常，鎖扣可靠。電池外部結構尺寸應在相應結構圖紙標注的公差范圍內。

9. 運輸

電池應在半荷電狀態20-50%充電狀態下包裝成箱進行運輸，在運輸過程中應防止劇烈振動、沖擊或擠壓，防止日曬雨淋，應適用汽車、火車、輪船、飛機等交通運輸工具.

10.貯存

電池應貯存在環境溫度-5℃-35℃的清潔、干燥通風的室內，應避免與腐蝕性物質接觸，應遠離火源及熱源。電池貯存過程中每六個月充電一次。電池的加工過程中使用庫存電芯和電池交貨出庫時，均應該遵循“先進先出”的原則；電池從入庫之日起，保存期限為12個月，超過貯存期限的產品必須重新進行逐批檢查，合格后才能交付訂貨方，逐批檢查不合格的按再提交檢查的批處理，若仍然不合格，將由訂貨方決定處置。

11. 標志和包裝

每個電池上應有下列中文標志：產品名稱、型號、標稱電壓、額定容量、正負極性商標和警示說明、以及制造日期、批號、制造廠名、（或包括以上數據的串號）。

12. 使用說明和安全規程

12.1 推薦使用事項

12.1.1使用電池前，請仔細閱讀使用說明書和電池表面標識。

12.1.2請在正常的室內環境中使用電池，溫度：（20±5)℃，相對濕度：65±20%。

12.1.3在使用過程中，應遠離熱源、高壓，避免兒童玩弄電池，切勿摔打電池。

12.1.4本電池只能使用配套充電器充電，不要將電池放在充電器超過24小時。

12.1.5切勿將電池正負極短路,切勿自己拆裝電池，也勿讓電池放在受潮處,以免發生危險.

12.1.6長期不用時，請將電池儲存完好，讓電池處于半荷電狀態。請用不導電材料包裹電池，以避免金屬直接接觸充電，造成電池損壞，將電池保存陰涼干燥處。

12.1.7廢棄電池請安全妥當處理，不要投入火中或水中。

12.2 危險警告

12.2.1禁止拆裝電池

電池內部具有保護機構和保護電路可以避免發生危險。不合適的拆裝會損壞保護功能，將會造成讓電池發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.2.2禁止讓電池短路

不要將電池的正負極用金屬連接，也不要將電池與金屬片放在一起存儲和移動。如果電池被短路，將會有超大電流流過，將會損壞電池，造成電池發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.2.3嚴禁加熱和焚燒電池

加熱和焚燒電池將會造成電池隔離物的溶化、安全功能喪失或電解質燃燒，過熱就會使電池發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.2.4避免在熱源附近使用電池

不要在火源、烤爐附近或超過80℃的環境中使用電池，過熱將會導致電池內部短路，使電池發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.2.5禁止弄濕電池

不要弄濕電池，更不要將電池投入水中，否則會造成電池內部保護電路和功能喪失及發生不正常的化學反應，電池有可能發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.2.6避免在火源附近或陽光直射下充電

否則會造成電池內部保護電路和功能喪失和發生不正常的化學反應，電池有可能發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.2.7使用非專用充電器給電池充電，會發生危險

在非正常的條件下充電會造成電池內部保護電路功能喪失和發生不正常的化學反應，電池有可能發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.2.8禁止破壞電池

禁止用金屬鑿入電池、錘打或摔打電池或其它方法破壞電池，否則會造成電池發熱、冒煙、變形或燃燒，甚至會發生危險。

12.2.9禁止在電池上直接焊

過熱將會造成電池隔離物溶化,安全保護功能喪失,使電池發熱、冒煙、變形或燃燒.

12.2.10嚴禁將電池直接在電源插座上或車載點煙器上充電

高壓、大電流將會過電池而使其損壞，或使電池發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.2.11不可將電池用于其它設備

不恰當使用會損壞電池的性能、降低壽命，甚至會使電池發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.2.12不要直接觸及漏液電池

滲漏的電解液會造成皮膚不適，萬一電解液進入眼睛，盡快用清水沖洗，不可揉眼，并迅速送醫院處理。

12.3 安全警告

12.3.1不可與其它電池混用

電池不可與其它類型的一次或二次電池混用，否則因為不正常的充、放電造成電池發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.3.2將電池遠離孩童不能得到的地方，以避免孩童噬咬或吞咽電池，如果吞咽了電池，應迅速送醫院處理。

12.3.3不可長期置放充電器上

如果超過正常充電時間很長時間充電器仍在充電，應停止充電，不正常的充電有可能會使電池發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.3.4不可置于微波爐或其它壓力容器中

瞬間加熱或結構漏液（或有異味），應讓電池離開手機或充電器并棄用。使用不正常的電池會發熱、冒煙、變形或燃燒。

12.4 注意事項

12.4.1注意

避免在強光爆曬環境下使用電池，以免發熱、冒煙、變形，至少避免電池性能下降、降低壽命。

12.4.2防靜電

電池中裝有保護電路以避免各種意外情況發生。不要在產生靜電的場所使用電池，因為靜電（1000V以上）容易損壞保護板，而導致電池工作不正常,發熱、冒煙、變形或起火

燃燒。

12.4.3充電溫度范圍

推薦的充電溫度范圍是0-40℃。在超出此范圍的環境中充電會造成電池性能下降、減少壽命。

12.4.4使用手冊在使用電池之前，請仔細閱讀使用手冊，并經常在需要時閱讀。

12.4.5充電方式

請使用專用充電器和推薦的充電方式，在推薦的環境條件下給電池充電。

12.4.6次使用

在次使用電池時，若發現電池不整潔或有異味等不正常現象，不可繼續將電池用于手機或其它設備，應將電池返回銷售商。

12.4.7兒童使用

兒童使用電池前，應受父母指導，并在使用中受監督是否正確。

12.4.8避免孩童接觸電池

電池應放在孩童不易拿到的位置，應避免孩童將電池從充電器或手機中取出、玩弄。

12.4.9注意避免電池漏液接觸皮膚或衣物,若已接觸請用清水沖洗,以免造成皮膚不適。

12.4.10咨詢

購買電池時，請注意銷售商聯絡方法，以便需要時及時與銷售商取得聯系，得到咨詢。

12.4.11保用期

保用期是自出廠之日起一年，壽命為：充放電循環400次。但是屬于使用不當而非質量問題，即使在保用期內，生產廠家也不會無償更換新電池。

11.4.12安全使用保障

如果將電池用于其它設備，請與供應商商討保護功能的完善性。至少應該咨詢電池的大電流、快速充電、特殊應用的問題。

13. 質量評定程序

質量檢驗分為鑒定檢驗和質量一致性檢驗。鑒定檢驗一般在設計定型、更改設計和生產定型時進行，抽樣方案、檢驗項目、順序以及判定規則等事宜由供需雙方協商確定。原則上應包括以上各項性能試驗。質量一致性檢驗分為逐批檢查和周期檢查，用以判定產品生產過程中能否合格保證產品質量的持續穩定。可以參照GB2828-87標準執行。具體檢查的檢驗項目應包括外觀、內阻、額定容量或1C5A放電容量等。