• 充電寶的電池芯

充電寶里使用的電池芯與智能手機(jī)里使用的電池芯的材料都是屬于鋰離子電池。

有關(guān)鋰離子電池的特性我在以前的文章里已經(jīng)提到過，鋰離子電池內(nèi)部所用的正負(fù)極材料有若干種，正負(fù)極之間的電解質(zhì)材料有液態(tài)的和固態(tài)或膠態(tài)的區(qū)分，所以業(yè)界把鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池(Liquified Lithium-Ion Battery，簡(jiǎn)稱為LIB)和聚合物鋰離子電池(Polymer Lithium-Ion Battery, 簡(jiǎn)稱為PLB)。根據(jù)百度百科的解釋：這兩種鋰離子電池所用的正負(fù)極材料是相同的，這兩種電池的工作原理也基本一致， 液態(tài)鋰離子電池使用液體電解質(zhì)， 聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來代替， 這種聚合物可以是“干態(tài)”的，也可以是“膠態(tài)”的。

不管是哪種鋰離子電池，目前普遍使用的鋰離子電池的內(nèi)部主要組成包括：

1. 正極材料：通常為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰材料與鋁箔組成電流收集極；

2. 負(fù)極材料：通常為石墨化碳材料和銅箔組成；

3. 隔膜：正、負(fù)極間用一種非常精細(xì)而滲透性很強(qiáng)的聚乙烯薄膜材料進(jìn)行隔離，既要允許鋰離子在正負(fù)極之間來回穿越，又要防止正負(fù)極短路；（有網(wǎng)絡(luò)文章分析說三星NOTE7的新電池為了在有限的體積得到更高的能量密度，可能把“隔膜”做到盡量薄，以便騰出更大的空間來裝進(jìn)更多的正負(fù)極材料，從而提高電池的容量，使得正負(fù)極與隔膜之間的空間已經(jīng)幾乎密集到極限。不知是否是由于這樣做而導(dǎo)致了隱患。按照鋰電池的固有特性，如果進(jìn)行過壓或過流充電都會(huì)容易在隔膜處產(chǎn)生枝晶，枝晶可能會(huì)刺破隔膜導(dǎo)致正負(fù)極短路，引起燃燒。其實(shí)，不管什么原因，只要使電池內(nèi)部的正負(fù)極短路，就容易引起電池的燃燒。）

4. 電解質(zhì)： 液態(tài)鋰離子電池使用液體電解質(zhì)， 那種圓柱形的比如18650尺寸的鋰電池內(nèi)部通常采用的是液態(tài)電解質(zhì)；聚合物鋰離子電池不存在漏液的問題，具有小型化、薄型化、輕量化的特點(diǎn)。

5. 溫度監(jiān)測(cè)和過壓/過流/短路等保護(hù)電路。

• 18650鋰電池

這是一種很常見的鋰電池，18650指的是一種規(guī)格尺寸，18表示直徑為18mm，65表示長度為65mm，0表示為圓柱形電池，其實(shí)18650只是圓柱形的標(biāo)準(zhǔn)尺寸中的一種，至于內(nèi)部具體是什么電池材料，通常不會(huì)標(biāo)出來。采用這類封裝的好處是規(guī)格統(tǒng)一，方便大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)，良品率高；采用鋼殼，具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐沖擊性強(qiáng)的特點(diǎn)；有泄壓安全閥，當(dāng)內(nèi)部壓力大時(shí)具有一定的保護(hù)作用。

這種18650鋰電池是把分別涂有正，負(fù)極材料的涂布和隔膜采用螺旋繞制結(jié)構(gòu)做成圓柱體，塞進(jìn)一個(gè)鋼筒里，通過電焊機(jī)把負(fù)極焊到鋼殼底部，在充滿惰性氣體氬氣的密封箱中注入電解液。為了安全，置入泄壓安全閥和PTC熱敏電阻，最后再通過激光焊接將蓋帽與鋼殼連為一體。經(jīng)過化成反應(yīng)和多種測(cè)試之后形成正式產(chǎn)品。18650只是電池尺寸標(biāo)號(hào)，不同廠家的材料，工藝等不同，產(chǎn)品性能會(huì)有差異，這也是特斯拉選擇松下電池芯的原因。

由于采用液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池已經(jīng)誕生多年，材料和生產(chǎn)工藝掌握的比較好，所以單體的一致性會(huì)做的更好些，使得各電池單體之間的差異小，適合串并聯(lián)組合，這就減少了電池均衡的復(fù)雜性，所以特斯拉采用的電池模塊內(nèi)部就是把幾千個(gè)松下的18650那種尺寸電池單體進(jìn)行串并聯(lián)，通過電池管理系統(tǒng)組成一個(gè)可以輸出幾百伏的高電壓和大電流的電池組。

不少采用18650電池芯的充電寶會(huì)在產(chǎn)品宣傳資料上特意標(biāo)出“采用松下/LG/三星進(jìn)口高密度電池芯”的字樣。充電寶里根據(jù)容量大小，通常會(huì)把若干個(gè)18650電池進(jìn)行并聯(lián)，為了保證一致性，這些電池都要經(jīng)過篩選后進(jìn)行組合。

• 軟包鋰電池

市場(chǎng)上也有很多軟包鋰電池，內(nèi)部采用的是層疊結(jié)構(gòu)做成大小不一的長方體形的。軟包鋰電池沒有泄壓閥，如果內(nèi)部產(chǎn)生氣體會(huì)引起鼓脹等現(xiàn)象。值得注意的是：軟包鋰電池并不一定就是聚合物鋰電池，有些內(nèi)部可能采用的是聚合物鋰電池，有些可能采用的是液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池。

這種作法其實(shí)很普遍了，比如有人拆解過iPohne 4S的鋰電池，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部是固態(tài)的聚合物鋰電池，如圖7所示；也拆解了iPohne 5S的鋰電池，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部是液態(tài)介質(zhì)的鋰電池，只是做成了軟包電池的形式，如圖8所示。當(dāng)然，這種拆解是很危險(xiǎn)的。最近也看到網(wǎng)上的一篇文章，說韓國SDI產(chǎn)的三星NOTE7的鋰電池內(nèi)部采用的是液態(tài)電解質(zhì)的鋰電池，而ATL產(chǎn)的是固態(tài)的聚合物鋰電池。

至于是液態(tài)電解質(zhì)的好還是聚合物的好，應(yīng)該各有優(yōu)缺點(diǎn)。充電寶產(chǎn)品內(nèi)部都會(huì)采用這兩種電池芯中的一種，看上去比較厚的那種內(nèi)部通常是由若干個(gè)18650電池芯組成的，根據(jù)容量的大小，并聯(lián)若干個(gè)18650。看上去比較薄的那種內(nèi)部通常采用的是軟包鋰電池，容量的大小與配方和軟包的體積有關(guān)。

軟包鋰電池沒有18650里的那種泄壓閥，所以，一旦內(nèi)部產(chǎn)生氣體會(huì)引起鼓脹，甚至爆裂。

不管內(nèi)部是液態(tài)還是聚合物的電解質(zhì)，做成的電池單體的工作電壓根據(jù)不同的正極材料會(huì)有不同，如圖9所示。很多智能手機(jī)用的電池標(biāo)稱工作電壓通常是3.8V左右。不管是智能手機(jī)里的還是充電寶里的鋰電池，還是無人機(jī)用的鋰電池等，按照鋰電池的固有特性，如果進(jìn)行過壓或過流充電都會(huì)容易在隔膜處產(chǎn)生枝晶，枝晶會(huì)刺破隔膜導(dǎo)致正負(fù)極短路，引起燃燒。所以，不管是普通充電還是快充充電，充電電路輸出的電壓和電流一定要控制好。

充電寶都標(biāo)稱輸出有容量，它的定義在上一篇里已經(jīng)講過，產(chǎn)線上組裝好的新電池都要經(jīng)過化成，老化和篩選測(cè)試。有專門的系統(tǒng)，需要用到直流電源，電子負(fù)載，開關(guān)控制等儀器。

• 容量測(cè)試

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18287-2013《移動(dòng)電話用鋰離子蓄電池及蓄電池組總規(guī)范》，采用0.2C進(jìn)行充電和放電的測(cè)試，需要做5個(gè)循環(huán)的老化測(cè)試。

• 內(nèi)阻測(cè)試

采用三元材料的18650電池，內(nèi)阻大概在70毫歐以內(nèi)的都算合格品，低于30毫歐的算是極品了，通過篩選會(huì)分成不同等級(jí)。隨著電池的充放電循環(huán)次數(shù)的增加，電池的內(nèi)阻會(huì)逐漸增大，電池的實(shí)際容量會(huì)逐漸降低。電池在100次充放電后內(nèi)阻會(huì)增大一倍，同一批次不同電池之間的內(nèi)阻10~15%的偏差，不同制造商之間的電池內(nèi)阻有10~15%的偏差。在不同頻率下的內(nèi)阻是不一樣的，業(yè)界會(huì)測(cè)量從1 mHz 到1KHz頻率范圍內(nèi)的電池內(nèi)阻，1 mHz 時(shí)的電池內(nèi)阻比較高，1KHz時(shí)的電池內(nèi)阻比較低。

內(nèi)阻測(cè)試有專門的電池內(nèi)阻測(cè)量?jī)x。不同于數(shù)字萬用表，數(shù)字萬用表測(cè)量的是直流電阻，而這種儀器采用的交流信號(hào)作為激勵(lì)，測(cè)量的是在特定頻率下的交流阻抗。業(yè)界使用比較廣泛的，比如，日置(HIOKI)的電池阻抗測(cè)試儀BT4560，如圖10所示。

測(cè)量參數(shù)：R, X, Z, θ

測(cè)量頻率：0.1 Hz～1050 Hz

測(cè)量量程：3.0000 mΩ, 10.0000 mΩ, 100.000 mΩ 

最近，艾德克斯（ITECH）也在宣傳它的電池內(nèi)阻測(cè)量?jī)xIT5100電池內(nèi)阻測(cè)試儀，廣泛應(yīng)用于手機(jī)鋰電池、蓄電池以及動(dòng)力電池等各種電池的測(cè)試 ，主要指標(biāo)如下：

電阻分辨率：可達(dá)0.1μΩ

電壓分辨率：可達(dá)10μV

電阻測(cè)量范圍：150μΩ～3000Ω

如果是你新買的電池，內(nèi)阻有多大？要知道，內(nèi)阻大小不同，等級(jí)不同，價(jià)格也是不一樣的。如果是你已經(jīng)用了一段時(shí)間的電池，內(nèi)阻變多大了？微測(cè)一下，就能推斷出它大概的實(shí)際容量有多少，當(dāng)然，還可以通過專門的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。