电池的基本概念

电池的基本概念

电池是指能够将化学能、内能、光能、原子能等形式的能直接转化为电能的装置，是一种可以储蓄电能的物体。

电池是一种既古老又不断创新发展的产品，是一种附属性产品，是一种常青藤式的产品，是一种既简单又复杂的专业，理论既明了，技术又复杂的多学科的交叉。

1. 电池的基本组成

• 阳极：电池内发生还原反应的电极称为阳极，即还原电极，向外路释出电子
• 阴极：电池内发生氧化应的电极称为阴极，即氧化电极，自外电路接受电子
• 负极：放电时电池负极是阳极；充电时负极是阴极
• 正极：放电时电池正极是阴极；充电时正极是阳极
• 隔膜：在同一电池中，防止不同极性的两个电极间电子接触而又能让离子渗透（离子传导）的隔离层或材料。
• 电解质溶液（电液）：在电池内正负极间提供离子传输作用的介质。
• 其他构件：如外壳，极柱，安全阀，密封部件等。

2. 电池的性能参数

电池的电压：

电压是电池体系的一种表征重要的参数。

• 理论电压：是指定电池的标准电位，即电动势。是由组成电池活性物质类型决定的。与电池的体积，形状无关；
• 实际电压：通常与理论电压十分接近；
• 开路电压（OCV = Open circuit voltage）：开路时（无负载时）电池两极柱间的电压差；
• 闭路电压（CCV = Closed circuit voltage ）：放电时，在指定负荷下电池的电位或电压。（与I，SOC，放电历程有关）；
• 工作电压：放电时电池的实际（典型）电压或电压范围；
• 公称电压：电池的特征工作电压或额定（Rated）电压，与平衡电位接近；
• 平均电压：放电时电压的平均值；
• 中点电压：放电时电池的满充态与截止电压间的中间电压；
• 截止电压：指定电池放电终止时的电压 。

电池的容量（Capacity）：

电池的容量有额定容量与实际容量之分。

电池的额定容量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出的最低限度的电量。

锂离子电池规定电池在常温、恒流（1C/0.2C）—恒压（4.2V）控制的充电条件下充电直到充电电流小于或等于0.01C，再以0.2C（5小时率）放电至2.75V时所放出的电量为其额定容量。容量以C5表示。

电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。

容量常见单位有：mAh、Ah（1Ah=1000mAh）

如：1Ah是指电池以1.0A的恒定电流放电1小时所放出的容量，如放电10小时就为10Ah。

Ah/mAh是衡量电池容量大小的单位，但它只能对同一种电池而言，因为不同的电池工作电压不同。如锂离子电池的工作电压为3.6V，而镍氢电池的工作电压只有1.2V，所以1只10Ah锂离子电池相当于3只10Ah的镍氢电池。

电池的内阻（Internal Resistance）：

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。

内阻大小主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短，不能高倍率放电等现象。因此内阻是衡量电池性能的一个重要参数。

电池内阻包含直流电阻和交流电阻。影响电池内阻的因素有：

• ①电解质的成分；
• ②正负电极片中的成分配方，例如导电碳粉的含量；
• ③正负电极片的几何面积以及比表面积；
• ④金属基片（铜箔和铝箔等）；
• ⑤电解液与正负电极片界面状态；
• ⑥温度；
• ⑦充电状态（电池的开路电压）；
• ⑧测量频率高低

注：电池的内阻需要用专用内阻测试仪测量，而不能用万用表欧姆档测量。

放电倍率（Rate）：

是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。

如电池的标称额定容量为 10Ah，则10A放电电流为1C（称为1倍率放电），5A则为0.5C，30A为3C，以次类推。

如我们通常所说对10Ah电池进行0.2C充电0.5C放电，就是对10Ah电池进行2A（10×0.2）充电，5A（10×0.5）放电。

电池的能量：

电池的能量是电压与容量的乘积=V×Ah=Wh

• 理论能量：某电池体系可释放出的最大能量（Wh）如100mA锂离子电池（C/LiCoO2）的理论能量=4.1×100=410Wh/kg
• 实际能量：在指定条件下，一个电池能放出的测得的电能量CWh=∫0t E(t)I(t)dt
• 比能量：单位质量的能量（Wh/kg），一个电池输出能量与其质量之比
• 能量密度：单位体积的能量（Wh/L），一个电池输出能量与其体积之比

3. 专业名词解释：

记忆效应：

有的二次电池有固定的充放电制度，必须遵守。如果放电未达到指定的放电深度，充电后的放电电压就会下降，并且容量就临时损失一部分的现象。

锂离子电池基本上无记忆效应。一般认为镉镍电池的记忆效应比较严重，即电池在充电之前必须把之前的电量全部放完，否则，如本来电池可以0.5A放电5小时，如果只放电3小时后就进行充电，那么即使充满，同样电流再次放电只能放3小时。

自放电率（Self-Discharge Rate）：

又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。主要受电池的制造工艺、材料、储存条件影响。自放电率是衡量电池性能的重要参数之一。

注：电池充满点开路搁置后，一定程度的自放电属正常现象。IEC标准规定镍氢及镍镉电池充满后在20±2℃条件下开路搁置28天，可允许电池有 35%—40%的容量损失；锂离子电池一般小10%。

放电平台：

指放电曲线中电压基本保持水平的部分。放电平台越长、越平稳，电池的放电性能越好。

循环寿命：

电池的循环寿命不是指电池使用到完全不可以再进行充放电时的次数，而是指电池经100%深度放电其容量减至原来容量的70%左右时的充放电循环次数。

一般锂离子电池的循环寿命在300~500次。而铅酸电池只有150次左右。

参考资源

• 电池基础知识
• 锂离子电池基础知识
• 10Ah高能量型锂电池