电池知识50问
电池（Batteries）作为一种能量转化与储存的装置，在现代科技体系里起着关键作用。其主要功能是实现能量的转化，依据转化能量的类型不同，可细分为化学电池和物理电池两类。
化学电池，也就是常说的化学电源，是把化学能转化为电能的专门装置。它的基本构成包括两种具有不同电化学活性的电极，分别作为正负极，正负极相互配合，协同发挥作用。同时，还需要有一种能够起到媒体传导功效的化学物质 —— 电解质。当化学电池与外部设备连接时，基于内部电极与电解质之间发生的化学反应，化学能得以转化，进而对外输出电能，为各类用电设备提供动力支持。
物理电池，是将物理能转化为电能的装置。它利用特定的物理原理，像光生伏特效应、热电效应等，将诸如光能、热能等物理能转化为电能。不同的物理效应对应着不同的应用场景，例如在一些光照充足的地区，利用光生伏特效应的太阳能电池可为小型电器持续供电；在工业余热丰富的环境下，基于热电效应的物理电池可把余热收集起来转化为电能再利用，充分展现出物理电池在不同领域的独特价值，满足各类特殊的用电需求。
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-
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。
在电池领域，存在一系列常用标准。其中，IEC 标准备受关注，国际电工委员会（International Electrical Commission）作为一个由各国电工委员会联合组建的世界性标准化组织，旨在推动世界电工电子领域的标准化进程，其制定的 IEC 标准具有广泛影响力。镍氢电池所遵循的 IEC 标准为 IEC61951 - 2：2003。锂离子电池行业在标准选用上，通常依据 UL 标准或各国的国家标准。
就国家标准而言，同样为电池规范提供了明确指引。镍氢电池对应的国家标准有 GB/T15100_1994、GB/T18288_2000；锂电池适用的国家标准包括 GB/T10077_1998、YD/T998_1999、GB/T18287_2000。
此外，日本工业标准 JIS C 中也涵盖了有关电池的标准，这些标准从不同维度对电池的各项参数、性能、安全性等方面进行界定，为电池的研发、生产、检测及应用提供了关键的技术依据，保障电池在不同场景下的可靠使用。
6、镍氢电池的主要结构组成是什么?
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?
电池的容量存在额定容量与实际容量两个类别。额定容量是电池设计制造阶段所设定的一个电量标准，它确保电池在特定的放电条件下，能够释放出最低限度的电量。依据 IEC 标准，镍镉和镍氢电池需在温度处于 20℃±5℃的环境中，先以 0.1C 的倍率充电 16 小时，接着以 0.2C 的倍率放电直至电压降至 1.0V，此过程所释放出的电量即为该类电池的额定容量，并用 C5 来表示。锂离子电池的额定容量测定条件有所不同，规定在常温环境下，采用恒流（1C）— 恒压（4.2V）的充电模式充电 3 小时，之后以 0.2C 的倍率放电至电压为 2.75V，此时放出的电量即为锂离子电池的额定容量。
实际容量指的是电池在具体放电条件下实际释放出的电量。它受到多种因素影响，其中放电倍率和温度的影响较为显著。所以，从严格意义上讲，在提及电池容量时，应当明确说明对应的充放电条件。电池容量的单位有 Ah 和 mAh，二者换算关系为 1Ah = 1000mAh。
12、什么是电池的放电残余容量?
在对可充电电池以大电流（如 1C 或更大电流）进行放电操作时，因电流强度过大，电池内部会出现扩散速率受限的情况，产生类似 “瓶颈” 的阻碍现象。这使得电池在尚未将自身容量全部释放时，就已达到终点电压，无法继续以该大电流放电。然而，若此时换用小电流，比如 0.2C 进行放电，则电池还能够继续释放电量，一直到镍镉和镍氢电池电压降至 1.0V / 支、锂电池电压降至 3.0V / 支时为止，这一阶段所释放出的容量即为残余容量。
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，在任何门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。
14、IEC规定的可充电电池的标识方法是什么?
IEC 标准下，镍氢电池标识含 5 部分：
电池种类：HF、HR 代表镍氢电池。
尺寸资料：圆形电池标直径、高度，方形电池标高度、宽度、厚度，单位 mm，数值用斜杠隔。
放电特性：L 指 0.5C 内适宜电流倍率，M 为 0.5 - 3.5C，H 是 3.5 - 7.0C，X 代表 7C - 15C 高倍率。
高温标识：T 表示高温电池。
连接片标识：CF 无连接片，HH 拉状串联连接片，HB 并排串联连接片。
如 HF18/07/49 为方形镍氢，宽 18mm、厚 7mm、高 49mm；KRMT33/62HH 是镍镉电池，放电倍率 0.5C - 3.5C，高温单体无连接片，直径 33mm、高 62mm。
按 IEC61960 标准，二次锂电池标识：
由 3 个字母 + 5 个（圆柱）或 6 个（方形）数字组成。
首字母表负极材料：I 为内置锂离子，L 为锂金属或合金电极。
如 ICR18650 是圆柱二次锂离子电池，钴正极，直径约 18mm、高约 65mm；ICR20/1050、ICP083448、ICP08/34/150、ICPt73448 同理，依规则解读各尺寸。
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。
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?
镍氢电池与锂电池因其各自的特性，在充电方式上既有区别又存在相似之处。
镍氢电池的充电方式主要有以下几种：
恒流充电
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?
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?
自放电也叫荷电保持能力，指电池在开路状态下，于一定环境条件中储存电量的保持能力。其主要受制造工艺、材料、储存条件影响，是衡量电池性能的关键参数之一。通常，电池储存温度越低，自放电率越低，但温度过高或过低都可能损坏电池，致其无法使用。
电池充满电后开路搁置，出现一定程度自放电属正常。IEC 标准规定，镍氢电池充满电，在 20℃±5℃的温度、（65±20）% 的湿度条件下开路搁置 28 天，以 0.2C 放电，容量要达到初始容量的 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%。
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。
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。
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?
电池内压指的是密封电池在充放电时，因内部产生气体而形成的内部气压。这主要源于电池材料、制造工艺、电池结构等因素，产生原因是电池内部水分与有机溶液分解，生成的气体在电池内聚集。正常情况下，电池内压保持在合理范围，但过充或过放时可能升高。
以过充电为例，正极会发生反应：4OH⁻ - 4e → 2H₂O + O₂↑ ① ，产生氧气；同时负极会析出氢气，氧气与氢气反应生成水：2H₂ + O₂ → 2H₂O ② 。若反应②的速度比反应①慢，生成的氧气无法及时消耗，就会使电池内压升高 。
IEC 针对镍氢电池制定了标准荷电保持测试规范：首先将镍氢电池以 0.2C 的电流放电至 1.0V，接着以 0.1C 的电流充电 16 小时。随后，把电池放置在温度为 20℃±5℃、湿度为 65%±20% 的环境中储存 28 天。完成储存后，再以 0.2C 的电流将电池放电至 1.0V，此过程的放电时长镍氢电池应大于 3 小时。
在锂电池标准荷电保持测试方面，IEC 并无相关标准，而我国国家标准做出如下规定：先将锂电池以 0.2C 的电流放电至 3.0V / 支，然后采用 1C 恒流恒压的方式充电至 4.2V，当截止电流达到 10mA 时停止充电。在温度为 20℃±5℃的条件下储存 28 天后，以 0.2C 的电流放电至 2.75V，通过计算放电容量并与电池标称容量对比，该容量应不小于初始容量的 85%。
镍氢电池高温高湿测试
镍氢电池需先充满电，随后放置在特定温度与湿度的环境中储存若干天。在整个贮存期间，需密切观察电池有无漏液现象。
锂电池高温高湿测试（国家标准）
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10 Hz 到 60 Hz 再到 10 Hz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。
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?
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.
在当今各类便携式用电设备，如笔记本电脑、摄像机以及移动电话等领域，镍镉电池、镍氢电池和锂离子充电电池得到了广泛应用。这几种充电电池，各自有着独特的化学特性。
镍氢电池和镍镉电池相比，有着诸多显著优势。从能量密度来看，镍氢电池表现更为出色。以相同型号的电池作对比，镍氢电池的容量可达镍镉电池的两倍之多。这就意味着，在不额外增加用电设备重量的情况下，使用镍氢电池能够大幅延长设备的工作时长。另外，镍氢电池在很大程度上改善了镍镉电池存在的 “记忆效应” 问题，让用户在使用过程中更加便捷。同时，镍氢电池在环保方面也更胜一筹，因其内部不含有毒重金属元素。
锂离子（Li-ion）电池同样发展迅速，已然成为便携式设备的标准电源。它能提供与镍氢电池相当的能量，然而在重量上却可减轻约 35%，这对于像摄像机、笔记本电脑这类对重量较为敏感的设备而言，意义重大。不仅如此，Li-ion 电池完全不存在 “记忆效应”，且不含有毒物质，这些优点无疑是其成为标准电源的关键因素。
不过，镍氢电池也存在一定局限性。在低温环境下，它的放电效率会显著降低。一般来说，充电效率会随着温度升高而提高，但当温度超过 45℃时，高温会致使充电电池材料的性能下降，电池的循环使用寿命也将大幅缩短 。
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。
47、为什么冬天拍摄时需要对电池进行必要的保温?
如果将不同容量或新旧电池混在一起使用，有可能出现漏液，零电压等现象，这是由于充电过程中，容量差异导致充电时有些电池被过充，有些电池未充满电，放电时有容量高的电池未放完电，而容量低的则被过放，如此恶性循环，电池受到损害而漏液或低（零）电压。
50、什么是外部短路，对电池性能有何影响?
END
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