鋰電池與二次電池的知識淺談

二次鋰電池的優(yōu)勢是什么?

1.高的能量密度

2.高的工作電壓

3.無記憶效應(yīng)

4.循環(huán)壽命長

5.無污染

6.重量輕

7.自放電小

鋰聚合物電池具有哪些優(yōu)點(diǎn)?

1.無電池漏液問題,其電池內(nèi)部不含液態(tài)電解液,使用膠態(tài)的固體.

2.可制成薄型電池:以3.6V400mAh的容量,其厚度可薄至0.5mm.

3.電池可設(shè)計(jì)成多種形狀

4.電池可彎曲變形:高分子電池最大可彎曲900左右

5.可制成單顆高電壓:液態(tài)電解質(zhì)的電池僅能以數(shù)顆電池串聯(lián)得到高電壓,高分子電池由于本身無液體,可在單顆內(nèi)做成多層組合來達(dá)到高電壓.

7.容量將比同樣大小的鋰離子電池高出一倍

IEC規(guī)定鋰電池標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命測試為:電池以0.2C放至3.0V/支后

1.1C恒流恒壓充電到4.2V截止電流20mA擱置1小時再以0.2C放電至3.0V(一個循環(huán))

反復(fù)循環(huán)500次后容量應(yīng)在初容量的60%以上

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)荷電保持測試為(IEC無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)).

電池在25攝氏度條件下以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒壓充電到4.2V,截止電流10mA,在溫度為20+_5下儲存28天后,再以0.2C放電至2.75V計(jì)算放電容量

什么是二次電池的自放電不同類型電池的自放電率是多少?

自放電又稱荷電保持能力,它是指在開路狀態(tài)下,電池儲存的電量在一定環(huán)境條件下的保持能力.一般而言,自放電主要受制造工藝,材料,儲存條件的影響自放電是衡量電池性能的主要參數(shù)之一.一般而言,電池儲存溫度越低,自放電率也越低,但也應(yīng)注意溫度過低或過高均有可能造成電池?fù)p壞無法使用,BYD常規(guī)電池要求儲存溫度范圍為-20~45.電池充滿電開路擱置一段時間后,一定程度的自放電屬于正常現(xiàn)象.IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鎳鎘及鎳氫電池充滿電后,在溫度為20度濕度為65%條件下,開路擱置28天,0.2C放電時間分別大于3小時和3小時15分即為達(dá)標(biāo).與其它充電電池系統(tǒng)相比,含液體電解液太陽能電池的自放電率明顯要低,在25下大約為10%/月.

什么是電池的內(nèi)阻怎樣測量

電池的內(nèi)阻是指電池在工作時,電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力,一般分為交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻,由于充電電池內(nèi)阻很小,測直流內(nèi)阻時由于電極容量極化,產(chǎn)生極化內(nèi)阻,故無法測出其真實(shí)值,而測其交流內(nèi)阻可免除極化內(nèi)阻的影響,得出真實(shí)的內(nèi)值.

交流內(nèi)阻測試方法為:利用電池等效于一個有源電阻的特點(diǎn),給電池一個1000HZ,50mA的恒定電流,對其電壓采樣整流濾波等一系列處理從而精確地測量其阻值.

什么是電池的內(nèi)壓電池正常內(nèi)壓一般為多少?

電池的內(nèi)壓是由于充放電過程中產(chǎn)生的氣體所形成的壓力.主要受電池材料制造工藝,結(jié)構(gòu)等使用過程因素影響.一般電池內(nèi)壓均維持在正常水平,在過充或過放情況下,電池內(nèi)壓有可能會升高:

如果復(fù)合反應(yīng)的速度低于分解反應(yīng)的速度,產(chǎn)生的氣體來不及被消耗掉,就會造成電池內(nèi)壓升高.

什么是內(nèi)壓測試?

鋰電池內(nèi)壓測試為:(UL標(biāo)準(zhǔn))

模擬電池在海拔高度為15240m的高空(低氣壓11.6kpa)下,檢驗(yàn)電池是否漏液或發(fā)鼓.

具體步驟:將電池1C充電恒流恒壓充電到4.2V,截止電流10mA,然后將其放在氣壓為11.6Kpa,溫度為(20+_3)的低壓箱中儲存6小時,電池不會爆炸,起火,裂口,漏液.

環(huán)境溫度對電池性能有何影響?

在所有的環(huán)境因素中,溫度對電池的充放電性能影響最大,在電極/電解液界面上的電化學(xué)反應(yīng)與環(huán)境溫度有關(guān),電極/電解液界面被視為電池的心臟.如果溫度下降,電極的反應(yīng)率也下降,假設(shè)電池電壓保持恒定,放電電流降低,電池的功率輸出也會下降.如果溫度上升則相反,即電池輸出功率會上升,溫度也影響電解液的傳送速度溫度上升則加快,傳送溫度下降,傳送減慢,電池充放電性能也會受到影響.但溫度太高,超過45,會破壞電池內(nèi)的化學(xué)平衡,導(dǎo)致副反應(yīng)

過充電的控制方法有哪些?為了防止電池過充,需要對充電終點(diǎn)進(jìn)行控制,當(dāng)電池充滿時,會有一些特別的信息可利用來判斷充電是否達(dá)到終點(diǎn).一般有以下六種方法來防止電池被過充:

1.峰值電壓控制:通過檢測電池的峰值電壓來判斷充電的終點(diǎn);

2.dT/dt控制:通過檢測電池峰值溫度變化率來判斷充電的終點(diǎn);

3.T控制:電池充滿電時溫度與環(huán)境溫度之差會達(dá)到最大;

4.-V控制:當(dāng)電池充滿電達(dá)到一峰值電壓后,電壓會下降一定的值

5.計(jì)時控制:通過設(shè)置一定的充電時間來控制充電終點(diǎn),一般設(shè)定要充進(jìn)130%標(biāo)稱容量所需的時間來控制;

6.TCO控制:考慮電池的安全和特性應(yīng)當(dāng)避免高溫(高溫電池除外)充電,因此當(dāng)電池溫度升高60時應(yīng)當(dāng)停止充電.

什么是過充電對電池性能有何影響?

過充電是指電池經(jīng)一定充電過程充滿電后,再繼續(xù)充電的行為.

由于在設(shè)計(jì)時,負(fù)極容量比正極容量要高,因此,正極產(chǎn)生的氣體透過隔膜紙與負(fù)極產(chǎn)生的鎘復(fù)合.故一般情況下,電池的內(nèi)壓不會有明顯升高,但如果充電電流過大,或充電時間過長,產(chǎn)生的氧氣來不及被消耗,就可能造成內(nèi)壓升高,電池變形,漏液,等不良現(xiàn)象.同時,其電性能也會顯著降低.

什么是過放電對電池性能有何影響?

電池放完內(nèi)部儲存的電量,電壓達(dá)到一定值后,繼續(xù)放電就會造成過放電,通常根據(jù)放電電流來確定放電截止電壓.0.2C-2C放電一般設(shè)定1.0V/支,3C以上如5C或10C放電設(shè)定為0.8V/支,電池過放可能會給電池帶來災(zāi)難性的后果,特別是大電流過放,或反復(fù)過放對電池影響更大.一般而言,過放電會使電池內(nèi)壓升高,正負(fù)極活性物質(zhì)可逆性受到破壞,即使充電也只能部分恢復(fù),容量也會有明顯衰減.

不同容量的電池組合在一起使用會出現(xiàn)什么問題?

如果將不同容量或新舊電池混在一起使用,有可能出現(xiàn)漏液,零電壓等現(xiàn)象.這是由于充電過程中,容量差異導(dǎo)致充電時有些電池被過充,有些電池未充滿電,放電時有容量高的電池未放完電,而容量低的則被過放.如此惡性循環(huán),電池受到損害而漏液或低(零)電壓.

什么是電池的爆炸怎樣預(yù)防電池爆炸?

電池內(nèi)的任何部分的固態(tài)物質(zhì)瞬間排出,被推至離電池25cm以上的距離,稱為爆炸.判別電池爆炸與否,采用下述條件實(shí)驗(yàn).將一網(wǎng)罩住實(shí)驗(yàn)電池,電池居于正中,距網(wǎng)罩任何一邊為25cm.網(wǎng)的密度為6-7根/cm,網(wǎng)線采用直徑為0.25mm的軟鋁線,如果實(shí)驗(yàn)無固體部分通過網(wǎng)罩,證明該電池未發(fā)生爆炸.

鋰電池串聯(lián)問題

由于電池在生產(chǎn)過程中,從涂膜開始到成為成品要經(jīng)過很多道工序.即使經(jīng)過嚴(yán)格的檢測程序,使每組電源的電壓、電阻、容量一致,但使用一段時間,也會產(chǎn)生這樣或那樣的差異.如同一位母親生的雙胞胎,剛生下時可能長得一模一樣,做為母親都很難分辨.然而,在兩個孩子不斷成長時,就會產(chǎn)生這樣或那樣的差異鋰動力電池也是這樣.使用一段時間產(chǎn)生差異后,采用整體電壓控制的方式是難以適用于鋰動力電池的,如一個36V的電池堆,必須用10只電池串聯(lián).整體的充電控制電壓是42V,而放電控制電壓是26V.用整體電壓控制方式,初始使用階段由于電池一致性特別好,也許不會出現(xiàn)什么問題.在使用一段時間以后電池內(nèi)阻和電壓產(chǎn)生波動,形成不一致的狀態(tài),(不一致是絕對的,一致性是相對的)這種時候仍然使用整體電壓控制是不能達(dá)到其目的的.例如10只電池放電時其中兩只電池的電壓在2.8V,四只電池的電壓是3.2V,四只是3.4V,現(xiàn)在的整體電壓是32V,我們讓它繼續(xù)放電一直工作到26V.這樣,那兩只2.8V的電池就低于2.6V處于了過放狀態(tài).鋰電池幾次過放就等于報廢.反之,用整體電壓控制充電的方式進(jìn)行充電,也會出現(xiàn)過充的狀況.比如用上述10只電池當(dāng)時的電壓狀態(tài)進(jìn)行充電.整體電壓達(dá)到42V時,那兩只2.8V的電池處于\\\"饑餓\\\"的狀態(tài),而迅速吸收電量,就會超過4.2V,而過充的超過4.2V的電池,不僅由于電壓過高產(chǎn)生報廢,甚至還會發(fā)生危險,這就是鋰動力電池的特性.

鋰離子電池的額定電壓為3.6V(有的產(chǎn)品為3.7V).充滿電時的終止充電電壓與電池陽極材料有關(guān):陽極材料為石墨的4.2V;陽極材料為焦炭的4.1V.不同陽極材料的內(nèi)阻也不同,焦炭陽極的內(nèi)阻略大,其放電曲線也略有差別,如圖1所示.一般稱為4.1V鋰離子電池及4.2V鋰離子電池.現(xiàn)在使用的大部分是4.2V的,鋰離子電池的終止放電電壓為2.5V~2.75V(電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓,各參數(shù)略有不同).低于終止放電電壓繼續(xù)放電稱為過放,過放對電池會有損害.

便攜式電子產(chǎn)品以電池作為電源.隨著便攜式產(chǎn)品的迅猛發(fā)展,各種電池的用量大增,并且開發(fā)出許多新型電池.除大家較熟悉的高性能堿性電池、可充電的鎳鎘電池、鎳氫電池外,還有近年來開發(fā)的鋰電池.本文主要介紹有關(guān)鋰電池的基本知識.這包括它的特性、主要參數(shù)、型號的意義、應(yīng)用范圍及使用注意事項(xiàng)等.

鋰是一種金屬元素,其化學(xué)符號為Li(其英文名為lithium),是一種銀白色、十分柔軟、化學(xué)性能活潑的金屬,在金屬中是最輕的.它除了應(yīng)用于原子能工業(yè)外,可制造特種合金、特種玻璃(電視機(jī)上用的熒光屏玻璃)及鋰電池.在鋰電池中它用作電池的陽極.

鋰電池也分成兩大類:不可充電的及可充電的兩類.不可充電的電池稱為一次性電池,它只能將化學(xué)能一次性地轉(zhuǎn)化為電能,不能將電能還原回化學(xué)能(或者還原性能極差).而可充電的電池稱為二次性電池(也稱為蓄電池).它能將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲存起來,在使用時,再將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能,它是可逆的,如電能化學(xué)能鋰電池的主要特點(diǎn).

靈巧型便攜式電子產(chǎn)品要求尺寸孝重量輕,但電池的尺寸及重量與其它電子元器件相比往往是最大的及最重的.例如,想當(dāng)年的“大哥大”是相當(dāng)“粗大、笨重”,而今天的手機(jī)是如此的輕巧.其中電池的改進(jìn)是起了重要作用的:過去是鎳鎘電池,現(xiàn)在是鋰離子電池.

鋰電池的最大特點(diǎn)是比能量高.什么是比能量呢?比能量指的是單位重量或單位體積的能量.比能量用Wh/kg或Wh/L來表示.Wh是能量的單位,W是瓦、h是小時;kg是千克(重量單位),L是升(體積單位).這里舉一個例來說明:5號鎳鎘電池的額定電壓為1?2V,其容量為800mAh,則其能量為0?96Wh(1?2V×0?8Ah).同樣尺寸的5號鋰-二氧化錳電池的額定電壓為3V,其容量為1200mAh,則其能量為3?6Wh.這兩種電池的體積是相同的,則鋰-二氧化錳電池的比能量是鎳鎘電池的375倍!

一節(jié)5號鎳鎘電池約重23g,而一節(jié)5號鋰-二氧化錳電池約重18g.一節(jié)鋰-二氧化錳電池為3V,而兩節(jié)鎳鎘電池才2?4V.所以采用鋰電池時電池數(shù)量少(使便攜式電子產(chǎn)品體積減孝重量減輕),并且電池的工作壽命長.

另外,鋰電池具有放電電壓穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、自放電率低、儲存壽命長、無記憶效應(yīng)及無公害等優(yōu)點(diǎn).

鋰電池的缺點(diǎn)是價格昂貴,所以目前尚不能普遍應(yīng)用,主要應(yīng)用于掌上計(jì)算機(jī)、pDA、通信設(shè)備、照相機(jī)、衛(wèi)星、特種、特種、儀器等.隨著技術(shù)的發(fā)展、工藝的改進(jìn)及生產(chǎn)量的增加,鋰電池的價格將會不斷地下降,應(yīng)用上也會更普遍.

不可充電的鋰電池

不可充電的鋰電池有多種,目前常用的有鋰-二氧化錳電池、鋰—亞硫酰氯電池及鋰和其它化合物電池.本文僅介紹前兩種最常用的.

1、鋰-二氧化錳電池(Li?MnO2)

鋰-二氧化錳電池是一種以鋰為陽極、以二氧化錳為陰極,并采用有機(jī)電解液的一次性電池.該電池的主要特點(diǎn)是電池電壓高,額定電壓為3V(是一般堿性電池的2倍);終止放電電壓為2V;比能量大(見上面舉的例子);放電電壓穩(wěn)定可靠;有較好的儲存性能(儲存時間3年以上)、自放電率低(年自放電率≤2%);工作溫度范圍-20℃~+60℃.

該電池可以做成不同的外形以滿足不同要求,它有長方形、圓柱形及紐扣形(扣式).圓柱形的也有不同的直徑及高度尺寸.這里列舉大家較熟悉的1#(尺寸代碼D)、2#(尺寸代碼C)及5#(尺寸代碼AA)電池的主要參數(shù).

CR表示為圓柱形鋰-二氧化錳電池;五位數(shù)字中,前兩位表示電池的直徑,后三位表示帶一位小數(shù)的高度.例如,CR14505,其直徑為14mm,高度為50?5mm(這種型號是通用的).

這里要指出的是不同工廠生產(chǎn)的同型號的電池其參數(shù)可能有些差別.另外,標(biāo)準(zhǔn)放電電流值是較小的,實(shí)際放電電流可以大于標(biāo)準(zhǔn)放電電流,并且連續(xù)放電及脈沖放電的允許放電電流也不同,由電池廠提供有關(guān)數(shù)據(jù).例如,力興電源公司生產(chǎn)的CR14505給出最大連續(xù)放電電流為1000mA,最大脈沖放電電流可達(dá)2500mA.

照相機(jī)中用的鋰電池多半是鋰-二氧化錳電池.這里將照相機(jī)中常用的鋰-二氧化錳電池列入表2,供參考.

紐扣式(扣式)電池尺寸較小,其直徑為12?5~24?5mm,高度為1?6~5?0mm.幾種較常用的扣式電池如表3所示.

CR為圓柱形鋰-二氧化錳電池,后四位數(shù)字中前兩位為電池的直徑尺寸,后兩位為帶小數(shù)點(diǎn)的高度尺寸.例如,CR1220的直徑為12?5mm(不包括小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)),其高度為2?0mm.這種型號表示方法是國際通用的.

這種扣式電池常用于時鐘、計(jì)算器、電子記事本、照相機(jī)、助聽器、電子游戲機(jī)、IC卡、備用電源等.

2、鋰-亞硫酰氯電池(Li?SOCl2)

鋰-亞硫酰氯電池是比能量最高的一種,目前可達(dá)到500Wh/kg或1000Wh/L的水平.它的額定電壓是3?6V,以中等電流放電時具有極其平坦的3?4V放電特性(可在90%容量范圍內(nèi)平坦地放電,保持不大的變化).電池可以在-40℃~+85℃范圍內(nèi)工作,但在-40℃時的容量約為常溫容量的50%.自放電率低(年自放電率≤1%)、儲存壽命長達(dá)10年以上.

以1#(尺寸代碼D)鎳鎘電池與1#鋰-亞硫酰氯電池的比能量作一個比較:1#鎳鎘電池的額定電壓為1?2V,容量為5000mAh;1#鋰-亞硫酰氯的額定電壓為3?6V,容量為10000mAh,則后者的比能量比前者大6倍!

應(yīng)用注意事項(xiàng)

上述兩種鋰電池是一次性電池,不可充電(充電時有危險!);電池正負(fù)極之間不可短路;不可以過大電流放電(超過最大放電電流放電);電池使用至終止放電電壓時,應(yīng)從電子產(chǎn)品中及時取出;用完的電池不可擠壓、焚燒及拆卸;不可超過規(guī)定溫度范圍使用.

由于鋰電池的電壓高于普通電池或鎳鎘電池,使用時不要搞錯以免損壞電路.通過熟悉型號中的CR、ER就可以知道它的種類及額定電壓.在購買新電池時,一定要按原來的型號來買,否則會影響電子產(chǎn)品性能.