锂离子电池开路电压与电池容量的对应关系分析

4.2V锂电池使用中电量与电压关系

保护措施 锂电池芯过充到电压高于 4.2V 后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压 高于 4.2V 后， 正极材料内剩下的锂原子数量不到一半， 此时储存格常会垮掉， 让电池容量产生永久性的下降。 如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会 由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸，使正负极短路。有时在短路 发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破 裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限， 才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为 4.2V。 锂电芯放电时也要有电压下限。 当电芯电压低于 2.4V 时， 部分材料会开始被破坏。 又由于电池会自放电， 放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到 2.4V 才停止。锂电池从 3.0V 放电到 2.4V 这段期间，所释放 的能量只占电池容量的 3%左右。因此，3.0V 是一个理想的放电截止电压。

锂离子电池开路电压与电池容量的对应关系分析　　先给出一个表格:如下,百分比是电池的剩余容量,右侧是对应的电池的开路电压(OCV).　　100%----4.20V　　90%-----4.06V　　80%-----3.98V　　70%-----3.92V　　60%-----3.87V　　50%-----3.82V　　40%-----3.79V　　30%-----3.77V　　20%-----3.74V　　10%-----3.68V　　5%------3.45V　　0%------3.00V

　　　　以下是这个表格的来龙去脉.　　　一.首先几个概念解释:　　1.OCV:open circuit voltage的缩写,开路电压.　　2.锂离子电池:本篇讨论的是目前手机上普遍采用的以4.2V恒压限制充电的单节锂离子电池.　　3.mAh:电池容量的计量单位,实际就是电池中可以释放为外部使用的电子的总数.　　 折合物理上的标准的单位就是大家熟悉的库仑.　　 库仑的国际标准单位为电流乘于时间的安培秒.　　 1mAh=0.001安培*3600秒=3.6安培秒=3.6库仑　　 mAh不是标准单位,但是这个单位可以很方便的用于计量和计算.　　 比如一颗900mAh的电池可以提供300mA恒流的持续3小时的供电能力.　　　　4.fuel gauging:电量计量,原意是油量计量,后在电化学上被引用为电量计量的意思.　　 最科学的并且是最原始的电池的电量计量方法是对流经的电子流量的统计.即库仑计(coulomb count).　　★要想获得锂离子电池的电量使用的正确情况,只有用库仑计.就象大家家里面的水量计量用的水表的作用原理.要计算流经的电荷的多少才能获得锂离子电池的电量使用情况.　　二.电压与容量的关系　　但是锂离子电池有一个对电量计量很有用的特性,就是在放电的时候,电池电压随电量的流逝会逐渐降低,并且有相当大的斜率.这就提供给我们另外一种近似的电量计量途径.取电池电压的方法.就好像测量水箱里面的水面高度可以大概估计剩余的水量这个道理一样.但是实际上电池的电压比水箱里面的平静的水面高度测量要复杂的多.　　　　用电压来估计电池的剩余容量有以下几个不稳定性:　　1.同一个电池,在同等剩余容量的情况下,电压值因放电电流的大小而变化.　　 放电电流越大,电压越低.在没有电流的情况下,电压最高.　　2.环境温度对电池电压的影响, 温度越低,同等容量电池电压越低.　　3.循环对电池放电平台的影响,　　 随着循环的进行,锂离子电池的放电平台趋于恶化.放电平台降低.所以相同电压所代表的容量也相应变化了.　　4.不同厂家,不同容量的锂离子电池,其放电的平台略有差异.　　5.不同类型的电极材料的锂离子电池,放电平台有较大差异.钴锂和锰锂的放电平台就完全不同.　　 以上这些都会造成电压的波动和电压的差异,使电池的容量显示变的不稳定　　★★一台手机上用电压计量电池容量时,因为手机不可能一直处于小电流的待机状态.暂时的大电流的损耗,比如开背光,放铃声,特别是通过,都会造成电池电压很快降低.此时手机显示的容量要降低得比实际容量降低更多.而当大电流撤掉以后,电池的电压会回升.这就会造成手机容量显示反而上升这种不合理的现象.　　三.电池电压对电池容量的表格　　说了这么多,下面给出一个标准的电压对电池剩余容量的表格(左侧)　　以及大电流恒流放电是电池电压对容量的表格(右侧)　　标准条件描述:　　1.室温　　2.新的电池　　3.完全充饱以后进行GSM模拟放电　　4.测量电池电压时,关断放电回路,测量电池开路电压.排除放电电流对电压的影响.　　5.选用钴锂的电池,因为目前手机上大多选用的是钴锂.锰锂很少.　大电流恒流放电条件描述:　　1.室温　　2.新的电池　　3.完全充饱以后进行550mA的恒流放电　　4.测量电池电压时,不关断放电回路,测量电池实际工作电压.携带放电电流对电压的影响.　　5.选用钴锂的电池,因为目前手机上大多选用的是钴锂.锰锂很少.　　具体数据如下,以10%的容量间隔进行划分　　OCV电压对容量关系 550mA恒流放电电压对容量关系

锂电池开路电压与电池的荷电量有什么区别？

锂电池参数的不一致主要是指容量、内阻、开路电压的不一致。其中电压为电池在组装时的初始电压。内阻为充满电时的交流内阻，容量为电芯充满电后的放电容量。

随着电池在使用过程中连续的充放电循环而累计，导致各单体电池状态(SOC、电压等)产生更大的差异;

锂电池组内的使用环境对于各单体电池也不尽相同。这就导致了单体电池的不一致度在使用过程中逐步放大，从而在某些情况下使某些单体电池性能加速衰减，并最终引发锂电池组过早失效。

补充：SOC用来描述电池剩余电量，是电池使用过程中重要的参数之一，SOC估计是判断电池过充过放的基础，

锂电池的开路电压与电池的荷电量有明确单调的对应关系，只要获得准确的开路电压就可以推算出电池电量。

有色金属会议拓展：

2023全国磷酸铁锂材料产学研合作论坛

https://www.china-mcc.com/meet_show-230.html

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