【文章內(nèi)容簡介】 體積能量比； 電壓高，單節(jié)鋰電池電壓為 ，等于 3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓； 自放電小可長時間存放，這是該電池最突出的優(yōu)越性； 無記憶效應。鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應，所以鋰電池充電前無需放電； 壽命長。正常工作條件下，鋰電池充 /放電循環(huán)次數(shù)遠大于 500 次； 可以快速充電。鋰電池通常可以采用 ～ 1倍容量的電流充電，使充電時間縮短至 1～ 2小時； 可以隨意并聯(lián)使用； 由于電池中不含鎘、鉛、汞等重金屬元素，對環(huán)境無污 染，是當代最先進的綠色電池； 成本高。與其它可充電池相比，鋰電池價格較貴。 鋰離子蓄電池的結構與特性 鋰離子蓄電池工作原理 電池分一次電池和二次電池兩大類，前者是一次性的，如干電池。后者是可再充電的，也稱可充電池。目前二次電池主要有：鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池。鋰離子電池，俗稱“鋰電”，是目前綜合性能最好的電池體系。鋰離子電池負極是碳素材料，如石墨。正極是含鋰的過渡金屬氧化物，如LiMn2O4。電解質是含鋰鹽的有機溶液。通常鋰離子電池并不含金屬鋰。充電時，在電場的驅動下 鋰離子從正極晶格中脫出，經(jīng)過電解質，嵌入到負極晶格中。放電時，過程正好相反，鋰離子返回正極，電子則通過了用電器，由外電路到達正極與鋰離子復合。由于鋰離子電池不含任何貴重金屬，原材料都很便宜，降價空間很大，應該是最便宜的電池。目前媒體經(jīng)常報道聚合物鋰電池或固態(tài)鋰電池，實際上它的主要部件：正極、負極和電解質以及工作原理都和使用液體電解質的鋰離子電池一樣，只是隔膜和包裝材料不同，因此，仍屬于鋰離子電池。與傳統(tǒng)的二次電池相比，鋰離子電池有突出的優(yōu)點：工作電壓高鋰離子電池的工作電壓 在 3． 6V，是鎳鎘和鎳氫電池工作電壓 的三倍。在許多小型電子產(chǎn)品上，一節(jié)電池即可滿足使用要求。這也是與其它二次電池的重大區(qū)別，因此只能用鋰離子電池專用充電器來充電，以免發(fā)生事故。比能量高鋰離子電池比能量目前已達140Wh／ kg，是鎳鎘電池的 3 倍，鎳氫電池的 1． 5倍。循環(huán)壽命長目前鋰離子電池循環(huán)壽命已達 1000 次以上，在低放電深度下可達幾萬次，超過了其他幾種二次電池。自放電小鋰離子電池月自放電率僅為 6－ 8％，遠低于鎳鎘電池（ 25～30％）及鎳氫電池（ 30～ 40％）。無記憶效應可以根據(jù)要求能夠隨時充電，而不會降低電池性能。對環(huán)境無污染鋰離子電池中不 存在有害物質，是名副其實的“綠色電池”。 鋰離子蓄電池的構造 鋰電池通常有兩種外型：圓柱型和長方型。 電池內(nèi)部采用螺旋繞制結構，用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。正極包括由鋰和二氧化鈷組成的鋰離子收集極及由鋁薄膜組成的電流收集極。負極由片狀碳材料組成的鋰離子收集極和銅薄膜組成的電流收集極組成。電池內(nèi)充有有機電解質溶液。另外還裝有安全閥和 PTC元件，以便電池在不正常狀態(tài)及輸出短路時保護電池不受損壞。 單節(jié)鋰電池的電壓為 ，容量也不可能無限大，因此，常常 將單節(jié)鋰電池進行串、并聯(lián)處理，以滿足不同場合的要求。 鋰離子蓄電池的特性 鋰離子電池與鋰聚合物電池兩種，其每個單體的標稱電壓為 。由于內(nèi)含液體，鋰離子電池都是用金屬殼密封的；而鋰聚合物電池則由于其基質為聚合物形態(tài)，不含流質，不會流失與蒸發(fā)，所以只需要外加 1~2 層絕緣物包裝即可（通常用鋁塑膜和熱收縮薄膜）。理論上鋰聚合物電池可以做成任何形狀；實用上都做成長方形薄板狀。 鋰電池的主要特點是比能量特別大。上述兩種鋰電池在問世之后，都先被人們用于通訊、攝影等設備上；然后再被一些航模愛好者引用到模型 飛機上??至今世界上已有不少廠家在競相開發(fā)專門適用于航模的鋰電池。我國的南方就有多家這樣的電池廠。其技術上發(fā)展速度很快；但優(yōu)勝劣汰，競爭也相當殘酷鋰離子電池目前的安全放電倍率大約公為 4~5；而國外優(yōu)秀的鋰聚合物電池已能做到 20C 以上。國內(nèi)也已有幾家工廠宣稱能做到 10C；有的明確介紹說用 10C 放電可持續(xù)放到 70%的容量，而用 8C 放電可持續(xù)放出 80%容量，短時間可經(jīng)受 15C 放電；也有在近期宣稱已做到 20C 放電的傳聞?？梢?，鋰聚合物電池的放電倍率要明顯高于鋰離子電池。此外它在比能量與安全性方面都要優(yōu)于鋰離子電池， 價格相差也不大；看來，鋰離子電池在航模上尚未站穩(wěn)腳跟就已注定即將被鋰聚合物電池擠出舞臺。 鋰聚合物電池優(yōu)點 聚合物鋰電池在結構上采用鋁塑軟包裝，有別于液態(tài)電芯的金屬外殼，一旦發(fā)生安全隱患，液態(tài)電芯容易爆炸，而聚合物電芯最多只會氣鼓。 ，能做得更薄 普通液態(tài)鋰電采用先定制外殼，后塞正負極村料的方法，厚度做到 以下存在技術瓶頸，聚合物電芯則不存在這一問題，厚度可做到 1mm以下，符合時下手機需求方向。 聚合物電池重量較同等容量規(guī)格的鋼殼鋰電輕 40%，較鋁殼電池輕 20%。 聚合物電池較同等尺寸規(guī)格的鋼殼電池容量高 10～ 15%，較鋁殼電池高 5～10%，成為彩屏手機及彩信手機的首選，現(xiàn)在市面上新出的彩屏和彩信手機也大多采用聚合物電芯。 聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小，目前國產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻甚至可以做到 35mΩ以下，極大的減低了電池的自耗電，延長手機的待機時間，完全可以達到與國際接軌的水平。這種支持大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的理想選擇，成為最有希望替代鎳氫電池的產(chǎn)品。 聚合物電池可根據(jù)客戶的需求增加或減少電芯厚度，開發(fā)新的 電芯型號，價格便宜，開模周期短，有的甚至可以根據(jù)手機形狀量身定做，以充分利用電池外殼空間，提升電池容量。 聚合物電池采用膠體電解質，相比液態(tài)電解質，膠體電解質具有平穩(wěn)的放電特性和更高的放電平臺。 由于采用聚合物材料，電芯不起火、不爆炸，電芯本身具有足夠的安全性，因此聚合物電池的保護線路設計可考慮省略 PTC 和保險絲，從而節(jié)約電池成本。聚合物鋰電池在安全性、體積、重量、容量、放電性能方面均具有極大優(yōu)勢，但由于目前產(chǎn)能較低，制造成本高，因此價格居高不下，價格已成為影響聚合物鋰電 池普及的瓶頸。據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，到 20xx 年，聚合物鋰電池將占據(jù)世界手機 鋰離子蓄電池的控制 鋰離子電池是一種應用廣泛的可充電電池，它具有單體工作電壓高、體積小、重量輕、能量密度高、循環(huán)使用壽命長，可在較短時間內(nèi)快速充足電以及允許放電溫度范圍寬等優(yōu)點。此外，鋰離子電池還有自放電電流小、無記憶效應和無環(huán)境污染等優(yōu)點。其全球供貨量正在持續(xù)增加。根據(jù)市場調(diào)研公司的報告， 07 全年鋰離子可充電電池的全球供貨量比上年增加了 17%。而隨著鋰離子電池的使用面的擴大，對鋰離子電池的充放電保護就顯得愈發(fā)重要。 鋰離子 電池的保護 鋰離子電池供電設備的安全性是人們目前最為關注的問題，所以對其的保護就非常重要。鋰離子電池的保護主要包括過充電保護、過放電保護、過電流及短路保護等。 過充電保護 當充電器對鋰離子電池過充電時，為防止因溫度上升所導致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。為此，保護器件需監(jiān)測電池電壓，當其到達電池過充電壓時，即激活過充電保護功能，中止充電。 過放電保護 為了防止鋰離子電池的過放電狀態(tài)，當鋰離子電池電壓低于其過放電電壓檢測點時，即激活過放電保護，中止放電，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機模式。 過電 流及短路保護 當鋰離子電池的放電電流過大或短路情況產(chǎn)生時，保護器件將激活過電流保 護功能。 多節(jié)鋰離子電路的保護 單體鋰離子電池的額定電壓為 ，不能滿足高電壓供電場合的需要，因此就需要多節(jié)鋰離子電池串聯(lián)使用。為此，各有關電源管理控制集成電路生產(chǎn)廠商紛紛推出了自己的多節(jié)鋰離子電池（電池組）保護集成電路芯片，如精工技術有限公司（ SII）的 S8204B (S8204B 隸屬于 S8204 系列，該系列的另一個產(chǎn)品是 S8204A。兩者的區(qū)別是 S8204A 配合 P溝道 MOSFET 工作， S8204B 則配合N溝道 MOSFET 工作 )。這類產(chǎn)品的特點是監(jiān)控 4 節(jié)鋰離子電池的充放電狀態(tài)，可實現(xiàn)過充、過放和過電流保護。 以 S8204B 為例，它能對各節(jié)鋰離子電池的電壓進行高精度檢測，具有 3段過電流檢測功能，通過外接電容可設置過充電檢測延遲時間、過放電檢測延遲時間、放電過電流檢測延遲時間 1 和放電過電流檢測延遲時間 2，還能通過 SEL端子切換 3/4 節(jié)鋰離子電池串聯(lián)使用。不過，它最大的特點是可以級聯(lián)使用，下節(jié)將對 S8204B 的這一功能進行詳細說明。 充放電時的溫度控制 另外，對充放電過程的溫度控制也是許多設計者需要考慮的 。在高溫的時候對鋰離子電池充放電，會有爆炸的危險；在低溫的時候充放電，會對電芯造成損害。在上面的方案中，在 S8204B 的 CTLC 端子外接一溫度控制開關（如 S5841），在鋰離子電池充電過程中溫度過高時，溫控開關的控制信號通過 CTLC 端子送給COP，強行結束鋰離子電池的充電過程。同樣，在 CTLD 端子外接溫度控制開關，則能對放電過程進行溫度保護。 市場上還有單芯片的多節(jié)鋰電池充電保護解決方案，像 Intersil 公司的ISL9208，就可以實現(xiàn)對 7 節(jié)鋰離子電池的充電保護。對比多芯片串聯(lián)的方案，單芯片解決方案 的優(yōu)點是電路簡單、比較容易實現(xiàn)較好的電氣性能，不過能監(jiān)控的電池數(shù)量有限，且價格較貴。采用多芯片的級聯(lián)方式，如 S8204 系列，則不存在這種數(shù)量上的限制，其電路構成靈活成本也不高，但缺點是外圍電路相對復雜，對外圍元件的匹配程度要求較高。 不過，隨著技術的進步，相信這兩種方案終會找到一個契合點。 第 二 章 20xx 年國內(nèi)動力電池運行新格局透析 鉛酸蓄電池 鉛酸蓄電池簡介及分類 鉛蓄電池原理圖鉛蓄電池 (Sealed Rechargeable Battery)：常用的充電電池除了鋰電池之外 ，鉛酸電池也是非常重要的一個電池統(tǒng)。但其體積和重量一直無法獲得有效的改善，因此目前最常見還是使用在汽車、摩托車發(fā)動之上。鉛酸電池最大的改良，則是新近采用高效率氧氣重組技術完成水份再生，藉此達到完全密封不需加水的目的，而制成的“免加水電池”其壽命可長達 4 年 (單一極板電壓 2V)。 鉛蓄電池的特點： 鉛蓄電池的優(yōu)點是放電時電動勢較穩(wěn)定，缺點是比能量（單位重量所蓄電能）小，對環(huán)境腐蝕性強。鉛蓄電池的工作電壓平穩(wěn)、使用溫度及使用電流范圍寬、能充放電數(shù)百個循環(huán)、貯存性能好（尤其適于干式荷電貯存）、造價較低，因而應用廣 泛。 鉛蓄電池的工作原理： 鉛蓄電池由正極板群、負極板群、電解液和容器等組成。充電后的正極板是棕褐色的二氧化鉛（ PbO2），負極板是灰色的絨狀鉛（ Pb），當兩極板放置在濃度為 27％～ 37％的硫酸 (H2SO4)水溶液中時，極板的鉛和硫酸發(fā)生化學反應，二價的鉛正離子（ Pb2+）轉移到電解液中，在負極板上留下兩個電子 (2e)。由于正負電荷的引力，鉛正離子聚集在負極板的周圍，而正極板在電解液中水分子作用下有少量的二氧化鉛（ PbO2）滲入電解液，其中兩價的氧離子和水化合，使二氧化鉛分子變成可離解的一種不穩(wěn)定的物質 — — 氫氧化鉛〔 Pb（ OH4〕）。氫氧化鉛由 4 價的鉛正離子（ Pb4+）和 4個氫氧根〔 4（ OH） 〕組成。 4價的鉛正離子（ Pb4+）留在正極板上，使正極板帶正電。由于負極板帶負電，因而兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動勢。當接通外電路，電流即由正極流向負極。在放電過程中，負極板上的電子不斷經(jīng)外電路流向正極板，這時在電解液內(nèi)部因硫酸分子電離成氫正離子（ H+）和硫酸根負離子（ SO42），在離子電場力作用下，兩種離子分別向正負極移動，硫酸根負離子到達負極板后與鉛正離子結合成硫酸 鉛 (PbSO4)。在正極板上 ，由于電子自外電路流入，而與 4價的鉛正離子（ Pb4+）化合成 2 價的鉛正離子（ Pb2+），并立即與正極板附近的硫酸根負離子結合成硫酸鉛附著在正極上。 隨著蓄電池的放電，正負極板都受到硫化，同時電解液中的硫酸逐漸減少，而水分增多，從而導致電解液的比重下降在實際使用中，可以通過測定電解液的比重來確定蓄電池的放電程度。在正常使用情況下，鉛蓄電池不宜放電過度，否則將使和活性物質混在一起的細小硫酸鉛晶體結成較大的體，這不僅增加了極板的電阻，而且在充電時很難使它再還原，直接影響蓄池的容量和壽命。鉛蓄電池充電是放電的逆過程 。 鉛酸蓄電池充、放電化學反應的原理方程式如下： 正極： PbO2 + 2e + SO4 2 + 4H+ == PbSO4 + 2H2O 負極： Pb 2e + SO4 2 == PbSO4 總反應： PbO2 + 2 H2SO4 + Pb == 2 PbSO4 + 2H2O 按鉛酸電池的性能可分為： 干荷電蓄電池：極板處于干燥的已完全充電狀態(tài)的蓄電池。 如： 6QA100 型電池。（主要使用在汽車上） 非干荷電蓄電池：極板處于干燥的半充電狀態(tài)的蓄電池。 如： 6Q135J 型電池。（主 要是使用在汽車上和輪船、動力機車等） 免維護蓄電池：