鋰離子電池的放電特性是什麼

2025 年 7 月 22 日

潘李博士

湖北大學理學博士，中南大學材料科學與工程博士後。長期從事高性能電極材料、防爆電池、低溫電池等領域的研究，具備紮實的科學研究基礎和豐富的實務經驗。

每次設計電池組時，您都會遇到鋰離子電池的放電特性。這些特性描述了放電過程中電壓如何下降，平坦的放電曲線如何支援穩定的功率，以及電流、溫度和化學性質如何影響電池性能。例如，典型的鋰離子電池的標稱電壓在 3.5 至 3.7 V 之間，容量和電壓會在不同負載下變化。在 50% 的充電狀態下，電壓在 3.55 A 放電時可達 3 V，但在 3.0 A 放電時會降至 30 V。您需要了解這些放電特性，以便優化適用於商業或工業環境的電池組。
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關鍵要點

鋰離子電池的放電電壓曲線基本上平坦，這有助於設備穩定運行，直到電池幾乎耗盡。
放電率、溫度和電池化學性質強烈影響電池容量、壽命和安全性；管理這些因素可以提高效能。
使用正確的電池類型和良好的管理系統有助於延長電池壽命、確保設備安全並確保工業和商業應用中的可靠電力。

第一部分：鋰離子電池的放電特性

1.1 充放電曲線

分析鋰離子電池的放電特性時，重點在於充放電曲線。這些曲線顯示了電池充電和放電過程中電壓和電流的變化。鋰離子電池的放電曲線通常較為平坦，這意味著電壓在大部分放電週期內保持穩定。這種穩定性對於電池組的可靠性至關重要。產業, 醫生以及機器人應用.

您可以比較Panasonic NCR18650B 能量電池和 UR18650RX 動力電池，以了解不同的電池設計如何影響放電曲線。下表總結了它們的關鍵參數：

參數	Panasonic NCR18650B（能量電池）	Panasonic UR18650RX（電池）
名義能力	3,200毫安	1,950–2,000 毫安培小時
放電倍率（C-rate）	高達 2C（容量在 2C 時下降）	連續電流高達 5C (10A)
2C放電容量	~2.3 Ah（從 3.2 Ah 減少）	~2.0 Ah（最小損失）
保冷溫度（-20°C）	約佔標稱容量的 53%	約佔標稱容量的 80%
循環壽命	~1000 次循環（在更高的 C 速率下下降更快）	~1000 次循環（負載下較堅固）
能量（瓦時）	11.5瓦	7.2瓦
持續放電電流	中（建議1C）	高（最高可達 10C）

您會注意到，Energy Cell 的容量更高，但在高放電率和低溫下容量損失更大。 Power Cell 的容量保持率更高，並支援更高的放電電流，使其成為電動工具和機器人的理想選擇。

小提示: 平坦的放電曲線可確保您的電池組提供一致的電壓，這對於敏感電子設備和工業系統至關重要。

1.2 電壓和容量變化

您會發現電壓和容量會隨著放電電流、溫度和電池化學性質的變化而改變。鋰離子電池的放電曲線通常始於高電壓，在大部分放電週期內保持平穩，然後在接近放電結束時急劇下降。這個平坦區域可確保您的設備可靠運行，直到電池電量接近耗盡。

鋰離子電池採用CC-CV（恆定電流-恆壓）充電法。恆定電流充電期間電壓上升，恆壓充電期間電流下降。
在較高的放電率下，你會發現放電容量會下降。例如，NCR18650B 在 2.3C 放電率下可提供約 2 Ah 的容量，而其標稱容量為 3.2 Ah。
UR18650RX 電池即使在高 C 速率下也能保持幾乎完全的放電容量，支援機器人和工業自動化等要求嚴格的應用。
充電和放電期間較低的 C 速率有助於最大限度地保持容量並延長電池壽命。
內阻隨溫度和放電率的增加而增加，影響充電狀態和健康估計。

您可以使用統計分析方法，例如增量容量分析（ICA）以及機器學習模型，用於評估電池健康狀況並預測容量衰減。這些工具可協助您在關鍵業務環境中更有效地管理電池組。

1.3 溫度影響

溫度對鋰離子電池的放電特性影響重大。在設計用於工業、醫療或基礎設施應用的電池組時，必須同時考慮環境溫度和工作溫度。

在25°C時，松下NCR18650B保持滿容量。在-20°C時，容量保持率下降至約53%。
UR18650RX 電池在寒冷條件下表現更佳，在 –80°C 時可保留其標稱容量的約 20%。
更高的放電率和更低的環境溫度會導致電池內部溫度升高和梯度更大，從而影響安全性和性能。
內阻和接觸電阻會導致熱梯度，因此溫度管理對於大型電池組至關重要。

實驗參數	產品說明	對容量下降的影響
放電電流大小	在保持充電率和休息時間恆定的同時進行變化。	容量衰減取決於放電電流大小。
放電持續時間	固定放電安培小時隨恆定充電率和休息時間而變化。	較長的放電持續時間對退化的影響與電流大小不同。
休息時間長度	在放電和充電階段之後隨著充電和放電速率的恆定而變化。	休息時間會影響退化率，凸顯了循環階段持續時間的重要性。
收費率	隨著恆定的放電率和休息時間而改變。	充電率的變化會顯著影響容量衰減和退化機制。
環境溫度	在多種溫度下進行實驗以評估熱效應。	溫度對降解有顯著的影響，溫度升高會加速容量衰減。

您應該始終監控電池溫度，並設計最佳的熱管理方案。這種方法可以確保穩定的放電容量，並延長電池組的使用壽命。

請注意： 如需永續電池解決方案和負責任的採購，請查看我們的可持續性方法以及衝突礦物聲明.

如果您需要根據您的工業或商業需求客製化電池組解決方案，請聯絡我們的專家進行諮詢。

第 2 部分：鋰離子電池的性能和管理

2.1 放電率影響

您需要了解放電率在實際應用上如何影響鋰離子電池組。提高放電率時，電池可以提供更大的電流，但這也會帶來一些弊端。高放電率會加速容量衰減並升高內部溫度。隨著時間的推移，這會導致電池效能下降更快，使用壽命縮短。

容量衰減測試數據顯示高放電率會對電池電極造成更大的壓力這種應力會導致電極顆粒出現裂紋，進而降低電池的蓄電能力。電化學阻抗譜和差分電壓分析證實，高放電率會增加動能損耗和結構損傷。因此，容量下降速度會更快，發生熱事件的風險也會更高。

小提示: 為了延長電池壽命，您應盡可能將電池組設計為以中等放電率運作。加大電池組尺寸或使用額定電流更高的電芯有助於控制熱量並減少性能下降。

你還需要考慮高倍率放電過程中的溫升。實驗研究表明，當你以 1C 至 4C 的速率放電鋰離子電池，內部溫度會快速上升。如果管理不當，可能會引發熱失控。對於工業電池組，必須實施強大的熱管理系統，並密切監控電池溫度。

2.2 化學差異

選擇合適的鋰離子化學材料對於電池組的放電性能、安全性和循環壽命至關重要。不同的化學材料針對特定應用提供獨特的優勢。下表比較了工業電池組中常用的幾種鋰離子化學材料的主要特性：

化學	平台電壓（V）	能量密度 (Wh/kg)	典型放電率（C-rate）	循環壽命（循環）	熱穩定性	工業應用
NMC鋰電池	3.6-3.7	160-270	攝氏1度（最高2度）	1000-2000	〜210°C	電動工具、電動自行車、電動車、儲能
磷酸鋰電池	3.2	100-180	高達3C	2000-5000	優	UPS、太陽能、基礎設施、工業
LMO鋰電池	3.7	120-170	攝氏1度至攝氏5度	300-700	固德	醫療、機器人、消費性電子
LCO鋰電池	3.7	180-230	1C	500-1000	中度	消費性電子化、醫療
LTO鋰電池	2.4	60-90	高達10C	10000-20000	優	電動動力系統、UPS、太陽能照明

您會發現，NMC 鋰電池兼具高能量和高功率，是電動車和電動工具的熱門選擇。 LiFePO4 鋰電池具有出色的循環壽命和熱穩定性，是基礎設施和工業電池組的理想選擇。 LMO 鋰電池和 LCO 鋰電池因其穩定的放電性能和適中的循環壽命，在醫療和消費性電子產品中表現出色。 LTO 鋰電池以其極長的循環壽命和快速放電能力脫穎而出，但能量密度較低。

比較研究表明，LFP和NCA電池表現出更強的磁滯效應，影響放電建模和預測精度。
NMC 和 LMO 電池表現出相似的放電性能，從而允許更簡單的電池管理模型。
LFP電池實現了最佳的模型預測精度，而NCA電池在動態負載曲線下表現出更大的可變性。

2.3 電池壽命和安全性

管理鋰離子電池組時，必須同時考慮電池壽命和安全性。下表總結了鋰離子電池的關鍵可靠性和安全性統計數據：

統計	鋰離子電池價值	固態電池的價值	筆記
循環壽命	500 – 3000 次循環	5000+ 次循環（估計）	表示容量明顯損失之前的充電/放電耐久性。
自放電率	每月約 2-8%	每月 <1%	影響長期可靠性和能量保持。
內部短路機率	1 億分之一	幾乎為零	內部短路可能引起火災或爆炸；固態電池大大降低了這種風險。
最大安全充電率	~1攝氏度至攝氏2度	不適用	充電率影響電池壽命和安全性。