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| 时代检测仪器充电电池介绍 |
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| 来源:陕西北方仪器仪表有限公司 日期:2016-7-15 |
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现在新能源技术和环保技术已被各国政府重视，纷纷制定政策投入巨资以促进其发展。很大程度上人们已认为它们是新技术的发展方向。充电电池技术就是这个新技术发展成败的关键。比如风能，太阳能技术的成败除成本外还需有强大的储能技术--充电电池技术（飞轮技术除外但其不成熟）；电动车的发展更直接依赖于充电电池。充电电池种类很多，用途各异。本文将对充电电池作一个简单但较系统的介绍，并按用途来分类，即：小型便携式充电电池，动力电池，和大型储能电池。其中小型便携式充电电池是本文的讨论范围。在展开之前先介绍几个专业名词：1）电池的容量就是指电池所含电量的大小。其值等于电流强度与时间的乘积，单位是安时（AH）；2）体积比能量指单位体积所能承载的能量，分理论的和实际的，单位是Wh/L或mAh/g （克容量）；3）循环寿命指电池一生中能完成多少次冲放电的过程（有的是指满冲满放，这在后面要详细叙述）；4）倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。
随着便携式电子产品的大量普及，小型便携式充电电池得到了极大的发展，时代集团也充分注意电池的使用，真正做到了环保节能和经济适用的双重标准，都用上最新最实用的电池。它主要分四种：1）镍铬电池；2）镍氢电池；3）锂电池；4）燃料电池。但目前，前三种较为常见。
1. 镍镉电池 （NiCd）
镍镉电池是最古老的充电电池技术之一，早在1899 年就被发明出来了。镍镉电池的优点是可以承受短时间的大量放电，而且充电过程是吸热反应--后者的特性让它可以快速充电也不会对电池造成太大的损坏。单个镍镉电池的电压是1.2V，并会一直很稳定的提供1.2V的电压直到没电为止，因此大部份使用碱性电池的电子产品都可以放镍镉电池进去，没有问题。其理论体积比能量是150（Wh/L），循环寿命是500次。
镍镉电池最著名的缺点，就是所谓的「记忆效应」，也就是当电池里还有没用完的电，就再充电时，电池就会「记得」这个位置，以后电用到剩这么多时，电池就会发生和没电一样的反应（电压瞬间降低）。所以镍镉充电前必须要经过一段放电的过程，将电力放干之后才能再充电。大部份镍镉电池的充电器都会有自动放电的功能。
镍镉电池因为蓄电量比较小，通常只有碱性电池的1/4（高的能做到800mAh），而且镉是有毒重金属不利于环境，尽管其安全性极好，在应用中它逐步被相近的镍氢电池（NiMH）所取代。
目前我们所用的移动电子产品中也就无绳电话和电动玩具能用到镍镉电池了。习惯上我们打完电话就把它放回充电器。这当然不利于电池寿命，但镍镉电池价格很便宜，更换也很方便，倒也不用担心。只是为环保着想还是改用镍氢电池或锂电池的无绳电话吧。
2. 镍氢电池 （NiMH）
在5号（AA）和7号（AAA）规格充电电池中，镍氢充电电池目前是主流。镍氢电池和镍镉电池是差不多的技术，只是将阳极从镉换成了氢化物而已。它大部份的特性和镍镉电池一样比如电压是1.2V，只是蓄电量更高、记忆效应也比较不那么明显。其理论体积比能量是200（Wh/L）。安全性好不容易爆炸。镍氢电池最大的问题，是它有很高的自放电率，也就是明明是充饱电的电池，放在一边不用一个月，电力可以少掉30%。
镍氢电池是目前最环保的电池，注重环保的国家都大力提倡使用镍氢电池，因为易于回收再利用，且对环境的破坏也最小。不过镍氢电池与后面要介绍的锂电相比，还是有一些缺点。充电时间长、重量较沉、容量也比锂电小，还有记忆效应。但是镍氢电池的充电次数能够达到700次以上，某些质量好的产品充放电可达1200次，比一般的锂电池长寿而且价格也很大众化。
在5号（AA）和7号（AAA）规格充电电池中，镍氢充电电池目前是主流。和镍镉电池一样，充电前必须要经过一段放电的过程，将电力放干之后才能再充电。但大部份充电器都有自动放电的功能。由于手机和笔记本电脑要求电池容量大重量轻，所以锂电是主流。由于前面所述镍氢电池的安全性和环保性，它在动力电池中也有应用，如目前丰田的Prius。
3. 锂电池
最早出现的锂电池来可追溯到发明家爱迪生。1971 年日本松下公司的福田雅太郎发明锂氟化碳电池，使锂电池实现应用化商品化。锂电池其实是锂金属电池Li、锂离子电池Li-ion、锂聚合物电池Li-polymer的统称。它的正极是由锂金属或含锂的活性化合物，由于锂金属的化学特性非常活泼，锂金属为正极的锂电池没有得到广泛应用。
目前的锂电池可以分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池两大类。它们所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。主要区别在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。很显然胶体电解质不会像液体电解液泄露，所以装配很容易，使得整体电池更轻、更薄，安全性更好。加上用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量，是下一代锂离子电池。
锂离子电池的工作原理很简单。充电时，在电场的驱动下锂离子从正极晶格中脱出，经过电解质，嵌入到负极晶格中。放电时，过程正好相反，锂离子返回正极，电子则通过了用电器，由外电路到达正极与锂离子复合。这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态，一般选择相对锂而言电位大于3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiMn2O4。近期又发展出克容量较高，性能较好的二元，三元正极材料如LiNiCoMn02等。做为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂的材料，如各种碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包括SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz等。电解质采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂体系。隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它们复合膜，尤其是PP/PE/PP三层隔膜不仅熔点较低，而且具有较高的抗穿刺强度，起到了热保险作用。外壳采用钢或铝材料，盖体组件具有防爆断电的功能。
我们目前最常用的便携式电器是手机、笔记本电脑、mp3、照相机等。它们的电力最主要的是由锂电池提供。它的最大问题是使用寿命还不够长，换一个新电池花费不小。所以注意电池的使用以延长电池寿命就显得重要。
1）首先我们要澄清一个充放电的错误观念，即有人认为：锂电池必须用完电以后才能充电。这是错的。锂电池寿命和电池的总充电电量有关，和充电次数无关。深放深充一次（比如完成1Ah电量的充放）和浅放浅充4次（每次完成0.25Ah电量的充放）对于锂电寿命的影响相差不大。但深度的充、放电会额外造成锂离子电池正、负的永久损坏。所以最好是在电量只有20%－40%的时候进行充电，充到70%－80%的时候停止充电。
2）如果锂电池存放3个月以上，就需要“激活”。“激活”的方法是进行2～4次的完全充放电过程，即“充满电－用完－再充电”；因此新买来的电池一般都需要“激活”；
3）如果设备不用，每个月要充电1次，否则电池容易损坏。电池的保护电路对电池寿命很重要，但不是我们的讨论范围。 |
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