鉅大LARGE | 點擊量：7794次 | 2020年09月28日
鋰電池工作原理和結(jié)構(gòu)
我們?nèi)粘Ｊ褂玫氖謾C(jī)和筆記本電池其實是鋰離子電池，鋰系電池分為鋰電池和鋰離子電池，但大家俗稱為鋰電池。真正的鋰電池由于危險性大，很少應(yīng)用于日常電子產(chǎn)品。今天用圖片的方式詳解鋰電池工作原理和結(jié)構(gòu)，讓大家全方位的了解鋰電池。
一、鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖
了解鋰電池工作原理之前，先大概了解下鋰電池的組成部分，如下示意圖：
鋰離子電池電池組成部分如下：
（1）正極——活性物質(zhì)一般為錳酸鋰或者鈷酸鋰，鎳鈷錳酸鋰材料，電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰（俗稱三元）或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導(dǎo)電極流體使用厚度10--20微米的電解鋁箔。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（2）隔膜——種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。
（3）負(fù)極——活性物質(zhì)為石墨，或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳，導(dǎo)電集流體使用厚度7-15微米的電解銅箔。
（4）有機(jī)電解液——溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。
（5）電池外殼——分為鋼殼（方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負(fù)極引出端。
二、鋰電池工作原理圖解
下面從鋰電池充電過程、放電過程和電池保護(hù)板三大部分給大家介紹其工作原理：
1、鋰電池充電過程
鋰電池工作原理
電池的正極由鋰離子生成，生成的鋰離子從正極“跳進(jìn)”電解液里，通過電解液“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，運(yùn)動到負(fù)極，與早就通過外部電路跑到負(fù)極的電子結(jié)合在一起?！裾龢O上發(fā)生的反應(yīng)為：LiCoO2==充電==Li1-xCoO2+Xli++Xe(電子)●負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)為：6C+XLi++Xe=====LixC6在充電的過程中，Li+從正極LiCoO2中脫出，進(jìn)入電解液，在充電器附加的外電場作用下向負(fù)極移動，依次進(jìn)入石墨或焦炭C組成的負(fù)極，在負(fù)極形成LiC化合物。2、鋰電池放電過程
放電時電子和Li+都是同時行動的，方向相同但路徑不同，電子從負(fù)極通過外部電路跑到正極；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。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。
3、電池保護(hù)板
顧名思義，電池保護(hù)板主要是針對可充電電池（一般指鋰電池）起保護(hù)作用的集成電路板。鋰電池（可充型）之所以需要保護(hù)，是由于鋰電池本身的材料決定了它不能被過充、過放、過流、短路及超高溫充放電，因此鋰電池總會有保護(hù)板和一片電流保險器出現(xiàn)。下圖為電池板保護(hù)電路。PTC：正溫度系數(shù)熱敏電阻；NTC：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，在環(huán)境溫度升高時，其阻值降低，使用電設(shè)備或充電設(shè)備能夠及時反應(yīng)，控制內(nèi)部中斷而停止充放電；U1為電路保護(hù)芯片，U2為兩個反接的MOSFET開關(guān)。正常狀態(tài)下電池板U1的CO和DO都輸出高電壓，兩個MOSFET都處于打開狀態(tài)，電池可以自由充放電。
充電保護(hù)簡化原理圖
過充電保護(hù)：當(dāng)U1檢測到電池電壓達(dá)到過充保護(hù)門限，CO管腳輸出低電平，MOS管開關(guān)2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)閉，充電回路關(guān)斷，充電器無法再對電池充電，從而實現(xiàn)過充保護(hù)。
過放電保護(hù)：在電池放電過程中，當(dāng)U1檢測到電池電壓低于過放保護(hù)門限時，DO腳由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖剑琈OS管開關(guān)1關(guān)閉，使電池?zé)o法再放電；過放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低，要求保護(hù)電路的電流極小，控制電路進(jìn)入低功耗。過流保護(hù)：正常情況下，電池對負(fù)載進(jìn)行放電，電流經(jīng)過兩個串聯(lián)的MOS管開關(guān)，VM管腳檢測到兩個MOS管的壓降電壓為U。若負(fù)載因某種原因?qū)е耈異常，使回路電流增大，當(dāng)U大于一定值時，DO管腳由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷?，MOS管開關(guān)1關(guān)閉，從而使放電回路電流為零，達(dá)到過電流保護(hù)作用。
今天主要跟大家分享鋰電池工作原理和結(jié)構(gòu)，后面會陸續(xù)給大家分享溫度對電池壽命的影響，鋰電池為何會老化等小知識。
