分析电池的基本原理及术语

电池外两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：电解液温度升高、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。

1.什么叫电池?

电池(Batteries)是一种能量转化与储存的装置，它通过反应，将化学能或物理能转化为电能。根据电池转化能量的不同，可以将电池分为化学电池和物理电池。

电池基本原理及基本术语50问

化学电池或化学电源就是将化学能转化为电能的装置。它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，由一种能提供媒体传导作用的化学物质作为电解质，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能提供电能。

物理电池就是将物理能转化为电能的装置。

2.一次电池与二次电池的有哪些区别?

最主要的区别是活性物质的不同，二次电池的活性物质可逆，而一次电池的活性物质并不可逆。一次电池的自放电远小于二次电池，但内阻远比二次电池大，因此负载能力较低，此外，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。

3.镍氢电池的电化学原理是什么?

镍氢电池采用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：

正极反应：Ni(OH)2+OH-→NiOOH+H2O–e-

负极反应：M+H2O+e-→MH+OH-

镍氢电池放电时：

正极反应：NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-

负极反应：MH+OH-→M+H2O+e-

4.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。

5.电池常用的标准有哪些?

电池常用IEC标准：镍氢电池的标准为IEC61951-2：2003;锂离子电池行业一般依据UL或者国家标准。

电池常用国家标准：镍氢电池的标准为GB/T15100_1994，GB/T18288_2000;锂电池的标准为GB/T10077_1998，YD/T998_1999,GB/T18287_2000。

另外，电池常用标准也有日本工业标准JISC关于电池的标准。

IEC即国际电工委员会(InternationalElectricalCommission)，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。IEC标准是由国际电工委员会制定的标准。

6.镍氢电池的主要结构组成是什么?

镍氢电池的主要组成为：正极片(镍氧化物)、负极片(储氢合金)、电解液(主要为KOH)、隔膜纸、密封圈、正极帽、电池壳等。

7.锂离子电池的主要结构组成是什么?

锂离子电池的主要组成为：电池上下盖、正极片(活性物质为氧化锂钴)、隔膜(一种特殊的复合膜)、负极(活性物质为碳)、有机电解液、电池壳(分为钢壳和铝壳两种)等。

8.什么是电池内阻?

是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。由欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。内阻大小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。是衡量电池性能的一个重要参数。注：一般以充电态内阻为标准。测量电池的内阻需用专用内阻仪测量，而不能用万用表欧姆档测量。

9.什么是标称电压?

电池的标称电压指的是在正常工作过程中表现出来的电压，二次镍镉镍氢电池标称电压为1.2V;二次锂电池标称电压为3.6V。

10.什么是开路电压?

开路电压是指电池在非工作状态下即电路无电流流过时，电池正负极之间的电势差。工作电压又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中有电流过时电池正负极之间电势差。

11.什么是电池的容量?

电池的容量有额定容量和实际容量之分。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，应该放出最低限度的电量。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、恒流(1C)—恒压(4.2V)控制的充电条件下充电3h，再以0.2C放电至2.75V时所放出的电量为其额定容量，而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，主要受放电倍率和温度的影响(故严格来讲，电池容量应指明充放电条件)。电池容量的单位有Ah,mAh(1Ah=1000mAh).

12.什么是电池的放电残余容量?

当对可充电电池用大电流(如1C或以上)放电时，由于电流过大使内部扩散速率存在的“瓶颈效应”，致使电池在容量未能完全放出时已到达终点电压，再用小电流如0.2C还能继续放电，直至1.0V/支(镍镉和镍氢电池)和3.0V/支(锂电池)时所放出的容量称为残余容量。

13.什么是放电平台?

镍氢充电电池的放电平台通常是指电池在一定的放电制度下放电时，电池的工作电压比较平稳的电压范围，其数值与放电电流有关，电流越大，其数值就越低。锂离子电池的放电平台一般是恒压充到电压为4.2V且电流小于0.01C时停充电，然后搁置10分钟，在任何们率的放电电流下下放电至3.6V时的放电时间。是衡量电池好坏的重要标准。

电池标识

14.IEC规定的可充电电池的标识方法是什么?

根据IEC标准，镍氢电池的标识由5部分组成。

01)电池种类：HF、HR表示镍氢电池

02)电池尺寸资料：包括圆形电池的直径、高度、方型电池的高度、宽度、厚度、数值之间用斜杠隔开，单位：mm

03)放电特性符号：L表示适宜放电电流倍率在0.5C以内

M表示适宜放电电流倍率在0.5-3.5C以内

H表示适宜放电电流倍率在3.5-7.0C以内

X表示电池能在7C-15C高倍率的放电电流下工作

04)高温电池符号：用T表示

05)电池连接片表示：CF代表无连接片，HH表示电池拉状串联连接片用的连接片，HB表示电池带并排串联连接用连接片。

例如：HF18/07/49表示方形镍氢电池，宽为18mm,厚度为7mm，高度为49mm，

KRMT33/62HH表示镍镉电池，放电倍率在0.5C-3.5之间，高温系列单体电池(无连接片)，直径33mm，高度为62mm。

根据IEC61960标准，二次锂电池的标识如下：

01)电池标识组成：3个字母，后跟5个数字(圆柱形)或6个(方形)数字。

02)第一个字母：表示电池的负极材料。I—表示有内置电池的锂离子;L—表示锂金属电极或锂合金电极。

03)第二个字母：表示电池的正极材料。C—基于钴的电极;N—基于镍的电极;M—基于锰的电极;V—基于钒的电极。

04)第三个字母：表示电池的形状。R—表示圆柱形电池;L—表示方形电池。

05)数字：圆柱形电池：5个数字分别表示电池的直径和高度。直径的单位为毫米，高度的单位为十分之一毫米。直径或高度任一尺寸大于或等于100mm时，两个尺寸之间应加一条斜线。

方型电池：6个数字分别表示电池的厚度、宽度和高度，单位毫米。三个尺寸任一个大于或等于100mm时，尺寸之间应加斜线;三个尺寸中若有任一小于1mm,则在此尺寸前加字母“t”，此尺寸单位为十分之一毫米。

例如：ICR18650表示一个圆柱形二次锂离子电池，正极材料为钴，其直径约为18mm，高约为65mm。

ICR20/1050。

ICP083448表示一个方形二次锂离子电池，正极材料为钴，其厚度约为8mm,宽度约为34mm，高约为48mm。

ICP08/34/150表示一个方形二次锂离子电池，正极材料为钴，其厚度约为8mm,宽度约为34mm，高约为150mm。

ICPt73448表示一个方形二次锂离子电池，正极材料为钴，其厚度约为0.7mm,宽度约为34mm，高约为48mm。

15.电池的包装材料有哪些?

01)不干介子(纸)如纤维纸、双面胶

02)PVC膜、商标管

03)连接片：不锈钢片、纯镍片、镀镍钢片

04)引出片：不锈钢片(易于焊锡)

纯镍片(点焊牢)

05)插头类

06)保护元器件类如温控开关、过流保护器、限流电阻

07)纸箱、纸盒

08)塑料壳类

16.电池包装、组合及设计的目的是什么?

01)美观、品牌

02)电池电压的限制，要获得较高电压需串联多只电池

03)保护电池，防止短路延长电池使用寿命

04)尺寸的限制

05)便于运输

06)特殊功能的设计，如防水，特殊外型设计等。

电池性能与测试

17.通常所说的二次电池的性能主要包括哪些方面?

主要包括电压、内阻、容量、能量密度、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、耐腐蚀性等。

18.电池的可靠性测试项目有哪些?

01)循环寿命

02)不同倍率放电特性

03)不同温度放电特性

04)充电特性

05)自放电特性

06)贮存特性

07)过放电特性

08)不同温度内阻特性

09)温度循环测试

10)跌落测试

11)振动测试

12)容量测试

13)内阻测试

14)GMS测试

15)高低温冲击测试

16)机械冲击测试

17)高温高湿测试

19.电池的安全性测试项目有哪些?

01)短路测试

02)过充、过放测试

03)耐压测试

04)撞击测试

05)振动测试

06)加热测试

07)火烧测试

09)变温循环测试

10)涓流充电测试

11)自由跌落测试

12)低气压测试

13)强制放电测试

15)电热板测试

17)热冲击测试

19)针刺测试

20)挤压测试

21)重物冲击测试

20.常见的充电方式有哪几种?

镍氢电池的充电方式：

01)恒流充电：整个充电过程个中充电电流为一定值，这种方法最常见;

02)恒压充电：充电过程中充电电源两端保持一恒定值，电路中的电流随电池电压升高而逐渐减小;

03)恒流恒压充电：电池首先以恒流充电(CC)，当电池电压升高至一定值时，电压保持不变(CV)，电路中电流降至很小，最终趋于0。

锂电池的充电方式：

恒流恒压充电：电池首先以恒流充电(CC)，当电池电压升高至一定值时，电压保持不变(CV)，电路中电流降至很小，最终趋于0。

21.什么是镍氢电池的标准充放电?

IEC国际标准规定镍氢电池的标准充放电为：首先将电池以0.2C放电至1.0V/支，然后以0.1C充电16小时，搁置1小时后，以0.2C放至1.0V/支，即为对电池标准充放电。

22.什么是脉冲充电?对电池性能有什么影响?

脉冲充电一般采用充与放的方法，即充5秒钟，就放1秒钟，这样充电过程产生的氧气在放电脉冲下将大部分被还原成电解液。不仅限制了内部电解液的气化量，而且对那些已经严重极化的旧电池，在使用本充电方法充放电5-10次后，会逐渐恢复或接近原有容量。

23.什么是涓流充电?

涓流充电是用来弥补电池在充满电后由于自放电而造成的容量损失。一般采用脉冲电流充电来实现上述目的。

24.什么是充电效率?

充电效率是指电池在充电过程中所消耗的电能转化成电池所能储蓄的化学能程度的量度。主要受电池工艺及电池的工作环境温度影响，一般环境温度越高，则充电效率要低。

25.什么是放电效率?

放电效率是指在一定的放电条件下放电至终点电压所放出的实际电量与额定容量之比，主要受放电倍率，环境温度，内阻等的因素影响，一般情况下，放电倍率越高，则放电效率越低。温度越低，放电效率越低。

26.什么是电池的输出功率?

电池的输出功率指在单位时间里输出能量数的能力。它是根据放电电流I和放电电压来计算的，P=U*I，单位为瓦特。

电池的内阻越小，输出功率越高，电池的内阻应小于用电器的内阻，否则电池本身消耗的功率还要大于用电器消耗的功率，这是不经济的，而且可能损坏电池。

27.什么是二次电池的自放电?不同类型电池的自放电率是多少?

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。

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放电容量达到初始容量的60%。

28.什么是24小时自放电测试?

锂电池的自放电测试为：

一般采用24小时自放电来快速测试其荷电保持能力，将电池以0.2C放电至3.0V，恒流恒压1C充电至4.2V，截止电流：10mA,搁置15分钟后，以1C放电至3.0V测其放电容量C1，再将电池恒流恒压1C充电至4.2V，截止电流：10mA，搁置24小时后测1C容量C2，C2/C1*100%应大于99%。

29.什么是充电态内阻与放电态内阻有何不同?

充电态内阻指电池100%充满电时的内阻;放电态内阻指电池充分放电后的内阻。

一般说来，放电态内阻不太稳定，且偏大，充电态内阻较小，阻值也较为稳定。在电池的使用过程中，只有充电态内阻具有实际意义，在电池使用的后期，由于电解液的枯竭以及内部化学物质活性的降低，电池内阻会有不同程度的升高。

30.什么是静态电阻?什么是动态电阻?

静态内阻为放电时电池内阻，动态内阻为充电时的电池内阻。

31.是标准耐过充测试?

IEC规定镍氢电池的标准耐过充测试为：

将电池以0.2C放电至1.0V/支，以0.1C连续充电48小时，电池应无变形、漏液现象，且过充电后其0.2C放电至1.0V的时间应大于5小时。

32.什么是IEC标准循环寿命测试?

IEC规定镍氢电池标准循环寿命测试为：

电池以0.2C放至1.0V/支后

01)以0.1C充电16小时，再以0.2C放电2小时30分(一个循环)

02)0.25C充电3小时10分，以0.25C放电2小时20分(2-48个循环)

03)0.25C充电3小时10分，以0.25C放至1.0V(第49循环)

04)0.1C充电16小时，搁置1小时，0.2C放电至1.0V(第50个循环)。对镍氢电池，重复1-4共400个循环后，其0.2C放电时间应大于3小时;对镍镉电池重复1-4共500个循环，其0.2C放电时间应大于3小时。

33.什么是电池的内压?

指电池的内部气压，是密封电池在充放电过程中产生的气体所致，主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素影响。其产生原因主要是由于电池内部水分及有机溶液分解产生的气体于电池内聚集所致。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

产生的氧气与负极上析出的氢气反应生成水2H2+O2→2H2O②

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。

34.什么是标准荷电保持测试?

IEC规定镍氢电池的标准荷电保持测试为：

电池以0.2C放至1.0V后，以0.1C充电16小时，在温度为20℃±5℃，湿度为65%±20%条件下，储存28天后，再以0.2C放电至1.0V，而镍氢电池应大于3小时。

国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为：(IEC无相关标准)电池以0.2C放至3.0/支，后，以1C恒流恒压充电到4.2V，截止电流10mA,在温度为20℃±5℃下，储存28天后，再以0.2C放电至2.75V，计算放电容量，再与电池标称容量相比，应不小于初始容量的85%。

35.什么是短路实验?

将充满电的电池在防爆箱内用一根内阻≤100mΩ导线连接正负极短路，电池不应爆炸或起火。

36.什么是高温高湿测试?

镍氢电池高温高湿测试为：

电池充满电后，将其置于定温度、湿度条件下储存若干天，贮存过程中观察无有漏液现象。

锂电池高温高湿测试为：(国家标准)

将电池1C恒流恒压充电到4.2V，截止电流10mA,然后放入(40±2)℃,相对湿度为90%-95%的恒温恒湿箱中搁置48h后，将电池取出在(20±5)℃的条件下搁置2h，观测电池外观应该无异常，再以1C恒流放电到2.75V，然后在(20±5)℃的条件下,进行1C充电、1C放电循环，直至放电容量不少于初始容量的85%，但循环次数不多于3次。

37.什么是温升实验?

将电池充满电后放进烘箱，以5℃/min的速度从室温开始升温，烘箱温度达130℃时保持30分钟，电池不应爆炸或起火。

38.什么是温度循环实验?

温度循环实验包含27个循环，每个循环由以下步骤组成：

01)电池从常温转为在66±3℃，15±5%条件下放置1小时，

02)转为在温度在33±3℃，湿度90±5℃的条件下放置1小时，

03)条件转为-40±3℃，放置1小时

04)电池在25℃搁置0.5小时

此4步即完成一个循环，经过此27个循环实验后，电池应该无漏液，爬碱、生锈或其它异常情况出现。

39.什么是跌落测试?

将电池或者电池组充满电后三次从1m高处跌落至混凝土(或者水泥)地面上，以此获得随机方向的冲击。

40.什么是振动实验?

镍氢电池振动实验方法为：

电池以0.2C放电至1.0V后，0.1C充电16小时，搁置24小时后按下述条件振动：

振幅：0.8mm

使电池在10HZ-55HZ之间震动，每分钟以1HZ的振动速率递增或递减。

电池电压变化应在±0.02V之间，内阻变化在±5mΩ以内。(振动时间在90min)

锂电池振动实验方法为：

电池以0.2C放电至3.0V后，1C充电恒流恒压充电到4.2V，截止电流10mA，搁置24小时后按下述条件振动：

以振动频率在5分钟内由10Hz到60Hz再到10Hz为一循环，振幅为0.06英寸进行振动实验。电池在三轴方向上振动，每轴振动半小时。

电池电压变化应在±0.02V之间，内阻变化在±5mΩ以内。

41.什么是撞击实验?

电池充满电后，将一个硬质棒横放于电池上，用一个20磅的重物从一定高度掉下来砸在硬质棒上，电池不应爆炸、不起火。

42.什么是穿透实验?

电池充满电后，用一定直径的钉子穿过电池的中心，并把钉子留在电池内，电池不应爆炸、起火。

43.什么是火烧实验?

将充满电的电池置于一个带有特殊防护罩的加热装置上进行火烧，无碎片穿出防护罩。

电池常见问题与分析

44.公司的产品通过了哪些认证?

已通过了ISO9001:2000质量体系认证和ISO14001：2004环保体系认证;产品获欧盟CE认证和北美UL认证，通过了SGS环保测试，并已取得Ovonic的专利许可;同时公司的产品已由PICC在全球范围承保。

45.什么是Ready-To-Use电池?

Ready-to-use电池是公司隆重推出的一款新型的高荷电保持率Ni-MH电池，它是一种耐储存电池，具有一次电池和二次电池的双重性能，可替代一次电池。也就是说该电池不仅可以循环使用，而且与普通二次Ni-MH电池相比，在储存相同时间后有着更高的剩余电量。

46.为什么说Ready-To-Use(HFR)是替代一次性电池的最理想产品?

该种产品与同类相比，具有如下显著的特点：

01)更小的自放电;

02)更长的储存时间;

03)耐过放;

04)循环寿命长;

05)尤其当电池电压低于1.0V时，具有良好的容量恢复功能;

更重要的是，该类电池在25℃环境中储存一年的荷电保持率可达75%，所以说这种电池是替代一次性电池的最理想产品。

47.电池使用时有哪些注意事项?

01)使用前，请仔细阅读电池说明书;

02)电器和电池接触件应清洁，必要时用湿布擦净，待干燥后按极性标示装入;

03)新旧电池不要混用，同一种型号但不同种类的电池也不能混用，以免降低使用效能;

04)不能通过加热或充电方式使一次性电池再生;

05)不能将电池短路;

06)不要拆卸和加热电池，或将电池丢入水中;

07)用电器具长期不用时应取出电池，使用后应切断开关;

08)废电池不要随意丢弃，尽可能与其它垃圾分开投放，以免污染环境;

09)无成人监护时，勿让儿童更换电池，小型电池应放在儿童不能拿到的地方;

10)电池应保存在阴凉、干燥、无阳光直射处.

48.目前常见的各种可充电电池之间有什么区别?

目前镍镉，镍氢，锂离子充电电池大量应用于各种便携式用电设备(如笔记本电脑，摄像机和移动电话等到)中，每种充电电池都具自已独特的化学性质。镍镉和镍氢电池之间主要差别在于：镍氢电池能量密度比较高。与相同型号电池对比，镍氢电池容量是镍镉电池的二倍。这意味着在不为用电设备增加额外重量时，使用镍氢电池能大大地延长设备工作时间。镍氢电池另一优点是;A大大减少了处镉电池中存在的：“记忆效应”问题，从而使得镍氢电池可更方便地使用。镍氢电池比镍镉电池更环保，因为它内部没有有毒重金属元素。Li-ion也已经快速成为便携设备的标准电源，Li-ion能提供和镍氢电池一样的能量，但在重量方面则可减少大约35%，这对于旬摄像机和笔记本电脑之类的用电设备来说是至关重要的。Li-ion完全没有“记忆效应”和不含有毒物质的优点也是使它成为标准电源的重要因素。

镍氢电池的放电效率在低温会有显著的降低，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。

49.何为电池的倍率放电?何为电池的小时率放电?

倍率放电是指放电时放电电流(A)与额定容量(A?h)的倍率关系表示。小时率放电是指按一定输出电流放完额定容量所需的小时数。

50.为什么冬天拍摄时需要对电池进行必要的保温?

由于数码相机中的电池在气温过低的情况下，活性物质的活跃度大大降低，从而可能无法提供相机的正常工作电流，因此在气温较低地区户外拍摄，尤

其要注意相机或电池的保暖。