時(shí)代檢測(cè)儀器充電電池介紹
現(xiàn)在新能源技術(shù)和環(huán)保技術(shù)已被各國(guó)政府重視，紛紛制定政策投入巨資以促進(jìn)其發(fā)展。很大程度上人們已認(rèn)為它們是新技術(shù)的發(fā)展方向。充電電池技術(shù)就是這個(gè)新技術(shù)發(fā)展成敗的關(guān)鍵。比如風(fēng)能，太陽(yáng)能技術(shù)的成敗除成本外還需有強(qiáng)大的儲(chǔ)能技術(shù)--充電電池技術(shù)（飛輪技術(shù)除外但其不成熟）；電動(dòng)車(chē)的發(fā)展更直接依賴(lài)于充電電池。充電電池種類(lèi)很多，用途各異。本文將對(duì)充電電池作一個(gè)簡(jiǎn)單但較系統(tǒng)的介紹，并按用途來(lái)分類(lèi)，即：小型便攜式充電電池，動(dòng)力電池，和大型儲(chǔ)能電池。其中小型便攜式充電電池是本文的討論范圍。在展開(kāi)之前先介紹幾個(gè)專(zhuān)業(yè)名詞：1）電池的容量就是指電池所含電量的大小。其值等于電流強(qiáng)度與時(shí)間的乘積，單位是安時(shí)（AH）；2）體積比能量指單位體積所能承載的能量，分理論的和實(shí)際的，單位是Wh/L或mAh/g （克容量）；3）循環(huán)壽命指電池一生中能完成多少次沖放電的過(guò)程（有的是指滿(mǎn)沖滿(mǎn)放，這在后面要詳細(xì)敘述）；4）倍率是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值，它在數(shù)據(jù)值上等于電池額定容量的倍數(shù)，通常以字母C表示。
隨著便攜式電子產(chǎn)品的大量普及，小型便攜式充電電池得到了極大的發(fā)展，時(shí)代集團(tuán)也充分注意電池的使用，真正做到了環(huán)保節(jié)能和經(jīng)濟(jì)適用的雙重標(biāo)準(zhǔn)，都用上*的電池。它主要分四種：1）鎳鉻電池；2）鎳氫電池；3）鋰電池；4）燃料電池。但目前，前三種較為常見(jiàn)。
1. 鎳鎘電池 （NiCd）
鎳鎘電池是zui古老的充電電池技術(shù)之一，早在1899 年就被發(fā)明出來(lái)了。鎳鎘電池的優(yōu)點(diǎn)是可以承受短時(shí)間的大量放電，而且充電過(guò)程是吸熱反應(yīng)--后者的特性讓它可以快速充電也不會(huì)對(duì)電池造成太大的損壞。單個(gè)鎳鎘電池的電壓是1.2V，并會(huì)一直很穩(wěn)定的提供1.2V的電壓直到?jīng)]電為止，因此大部份使用堿性電池的電子產(chǎn)品都可以放鎳鎘電池進(jìn)去，沒(méi)有問(wèn)題。其理論體積比能量是150（Wh/L），循環(huán)壽命是500次。
鎳鎘電池zui的缺點(diǎn)，就是所謂的「記憶效應(yīng)」，也就是當(dāng)電池里還有沒(méi)用完的電，就再充電時(shí)，電池就會(huì)「記得」這個(gè)位置，以后電用到剩這么多時(shí)，電池就會(huì)發(fā)生和沒(méi)電一樣的反應(yīng)（電壓瞬間降低）。所以鎳鎘充電前必須要經(jīng)過(guò)一段放電的過(guò)程，將電力放干之后才能再充電。大部份鎳鎘電池的充電器都會(huì)有自動(dòng)放電的功能。
鎳鎘電池因?yàn)樾铍娏勘容^小，通常只有堿性電池的1/4（高的能做到800mAh），而且鎘是有毒重金屬不利于環(huán)境，盡管其安全性*，在應(yīng)用中它逐步被相近的鎳氫電池（NiMH）所取代。
目前我們所用的移動(dòng)電子產(chǎn)品中也就無(wú)繩和電動(dòng)玩具能用到鎳鎘電池了。習(xí)慣上我們打完就把它放回充電器。這當(dāng)然不利于電池壽命，但鎳鎘電池價(jià)格很便宜，更換也很方便，倒也不用擔(dān)心。只是為環(huán)保著想還是改用鎳氫電池或鋰電池的無(wú)繩吧。
2. 鎳氫電池 （NiMH）
在5號(hào)（AA）和7號(hào)（AAA）規(guī)格充電電池中，鎳氫充電電池目前是主流。鎳氫電池和鎳鎘電池是差不多的技術(shù)，只是將陽(yáng)極從鎘換成了氫化物而已。它大部份的特性和鎳鎘電池一樣比如電壓是1.2V，只是蓄電量更高、記憶效應(yīng)也比較不那么明顯。其理論體積比能量是200（Wh/L）。安全性好不容易爆炸。鎳氫電池zui大的問(wèn)題，是它有很高的自放電率，也就是明明是充飽電的電池，放在一邊不用一個(gè)月，電力可以少掉30%。
鎳氫電池是目前zui環(huán)保的電池，注重環(huán)保的國(guó)家都大力提倡使用鎳氫電池，因?yàn)橐子诨厥赵倮茫覍?duì)環(huán)境的破壞也zui小。不過(guò)鎳氫電池與后面要介紹的鋰電相比，還是有一些缺點(diǎn)。充電時(shí)間長(zhǎng)、重量較沉、容量也比鋰電小，還有記憶效應(yīng)。但是鎳氫電池的充電次數(shù)能夠達(dá)到700次以上，某些質(zhì)量好的產(chǎn)品充放電可達(dá)1200次，比一般的鋰電池長(zhǎng)壽而且價(jià)格也很大眾化。
在5號(hào)（AA）和7號(hào)（AAA）規(guī)格充電電池中，鎳氫充電電池目前是主流。和鎳鎘電池一樣，充電前必須要經(jīng)過(guò)一段放電的過(guò)程，將電力放干之后才能再充電。但大部份充電器都有自動(dòng)放電的功能。由于手機(jī)和筆記本電腦要求電池容量大重量輕，所以鋰電是主流。由于前面所述鎳氫電池的安全性和環(huán)保性，它在動(dòng)力電池中也有應(yīng)用，如目前豐田的Prius。
3. 鋰電池
zui早出現(xiàn)的鋰電池來(lái)可追溯到發(fā)明家愛(ài)迪生。1971 年日本松下公司的福田雅太郎發(fā)明鋰氟化碳電池，使鋰電池實(shí)現(xiàn)應(yīng)用化商品化。鋰電池其實(shí)是鋰金屬電池Li、鋰離子電池Li-ion、鋰聚合物電池Li-polymer的統(tǒng)稱(chēng)。它的正極是由鋰金屬或含鋰的活性化合物，由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑，鋰金屬為正極的鋰電池沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。
目前的鋰電池可以分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池兩大類(lèi)。它們所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰離子都是相同的，電池的工作原理也基本一致。主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同, 鋰離子電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質(zhì)來(lái)代替, 這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。很顯然膠體電解質(zhì)不會(huì)像液體電解液泄露，所以裝配很容易，使得整體電池更輕、更薄，安全性更好。加上用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼，從而可以提高整個(gè)電池的比容量，是下一代鋰離子電池。
鋰離子電池的工作原理很簡(jiǎn)單。充電時(shí)，在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下鋰離子從正極晶格中脫出，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)，嵌入到負(fù)極晶格中。放電時(shí)，過(guò)程正好相反，鋰離子返回正極，電子則通過(guò)了用電器，由外電路到達(dá)正極與鋰離子復(fù)合。這就需要一個(gè)電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)，一般選擇相對(duì)鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過(guò)渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiMn2O4。近期又發(fā)展出克容量較高，性能較好的二元，三元正極材料如LiNiCoMn02等。做為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰的材料，如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物，包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz等。電解質(zhì)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劑體系。隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點(diǎn)較低，而且具有較高的抗穿刺強(qiáng)度，起到了熱保險(xiǎn)作用。外殼采用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功能。
我們目前zui常用的便攜式電器是手機(jī)、筆記本電腦、mp3、照相機(jī)等。它們的電力zui主要的是由鋰電池提供。它的zui大問(wèn)題是使用壽命還不夠長(zhǎng)，換一個(gè)新電池花費(fèi)不小。所以注意電池的使用以延長(zhǎng)電池壽命就顯得重要。
1）首先我們要澄清一個(gè)充放電的錯(cuò)誤觀念，即有人認(rèn)為：鋰電池必須用完電以后才能充電。這是錯(cuò)的。鋰電池壽命和電池的總充電電量有關(guān)，和充電次數(shù)無(wú)關(guān)。深放深充一次（比如完成1Ah電量的充放）和淺放淺充4次（每次完成0.2h電量的充放）對(duì)于鋰電壽命的影響相差不大。但深度的充、放電會(huì)額外造成鋰離子電池正、負(fù)的*損壞。所以是在電量只有20%－40%的時(shí)候進(jìn)行充電，充到70%－80%的時(shí)候停止充電。
2）如果鋰電池存放3個(gè)月以上，就需要“激活”。“激活”的方法是進(jìn)行2～4次的*充放電過(guò)程，即“充滿(mǎn)電－用完－再充電”；因此新買(mǎi)來(lái)的電池一般都需要“激活”；
3）如果設(shè)備不用，每個(gè)月要充電1次，否則電池容易損壞。電池的保護(hù)電路對(duì)電池壽命很重要，但不是我們的討論范圍。更多詳情請(qǐng)見(jiàn)
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