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常見可充電電池的介紹

作者: 時(shí)間:2012-07-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  隨著數(shù)碼電器的普及,池在人們的日常生活中已隨處可見,成為必不可少的日常生活用品之一

  本文就這幾種常見的作一個(gè)簡單介紹。

  1 的主要參數(shù)

  可充電有5個(gè)主要參數(shù):電池的容量、標(biāo)稱電壓、內(nèi)阻、放電終止電壓和充電終止電壓。電池的容量由電池內(nèi)活性物質(zhì)的數(shù)量決定,通常用毫安時(shí)(mal1)表示,1 000 mAh就是能以1 A 的電流放電1 h,換算為所含電荷量大約為3 600 C.電池正負(fù)極之間的電勢差稱為電池的標(biāo)稱電壓。標(biāo)稱電壓由極板材料的電極電位和內(nèi)部電解液的濃度決定。當(dāng)環(huán)境溫度、工作狀態(tài)變化時(shí),電池的輸出電壓略有變化;此外,電池的輸出電壓與電池的剩余電荷量也有一定關(guān)系。一般情況下單元鎳鎘電池的標(biāo)稱電壓約為1.3 V(一般認(rèn)為大約是1.25 V),單元鎳氫電池為1.25 V,單元鋰離子電池為3.6 V.電池的內(nèi)阻由極板的電阻和離子流的阻抗決定,在充放電過程中,極板的電阻是不變的,但離子流的阻抗將隨電解液濃度和帶電離子的增減而變化。

  一般來講單元鎳鎘電池的內(nèi)阻為7~19 mI2,單元鎳氫電池的內(nèi)阻為l8~35 mI2,單元鋰離子電池的內(nèi)阻為80~ 100 ml2.

  可充電池充足電時(shí),極板上的活性物質(zhì)已達(dá)到飽和狀態(tài),再繼續(xù)充電,蓄電池的電壓也不會上升,此時(shí)的電壓稱為充電終止電壓。單元鎳鎘電池的充電終止電壓為1.75~1.8 V,鎳氫電池為1.5 v,鋰離子電池為4.2 V,放電終止電壓是指蓄電池放電時(shí)允許的最低電壓。如果電壓低于放電終止電壓后蓄電池繼續(xù)放電,電池兩端電壓會迅速下降,形成深度放電,這樣,極板上形成的生成物在正常充電時(shí)就不易再恢復(fù),從而影響電池的壽命。放電終止電壓和放電率有關(guān),一般來講單元鎳鎘電池的放電終止電壓為1.1 v,鎳氫電池為1 V,鋰離子電池為2.7 V.

  2 鎳鎘電池(NI_Cd)

  鎳鎘電池的正極材料為氫氧化亞鎳和石墨粉的混合物,負(fù)極材料為海綿狀鎘粉和氧化鎘粉,電解液通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。值得注意的是鎳鎘蓄電池過充電時(shí),將使電池內(nèi)發(fā)生分解水的反應(yīng),在正、負(fù)極板上將分別有氧氣和氫氣析出。氣泡聚集在極板表面,將減小極板表面參與化學(xué)反應(yīng)的面積并且增加電池的內(nèi)阻。這些氣體,如果不能很快復(fù)合為水,電池內(nèi)部的壓力就會顯著增加,這樣將損傷電池,所以壓力過大時(shí),密封電池將打開放氣孔,從而使電解液逸散;但若反復(fù)通過放氣孔逸散氣體,電解液的粘稠性將增大,極板間離子的傳輸變得困難,電池的內(nèi)阻將顯著增加,電池容量下降。

  鎳鎘電池使用過程中,如果電量沒有全部放完就開始充電,下次再放電時(shí),就不能放出全部電荷量。比如,鎳鎘電池只放出80% 的電荷量后就開始充電,充足電后,該電池也只能放出原來80% 的電量,這種現(xiàn)象稱為“記憶效應(yīng)”。其主要出現(xiàn)在一些放電終止電壓被設(shè)定得較高的設(shè)備中,每次電池沒有完全放電,設(shè)備就自動(dòng)關(guān)機(jī)了,長期如此電池就會出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”,可用電容量越來越少。“記憶效應(yīng)”出現(xiàn)的主要原因是電池部分放電后,氫氧化亞鎳沒有完全變?yōu)闅溲趸?,剩余的氫氧化亞鎳將結(jié)合在一起,形成較大的結(jié)晶體,變大的結(jié)晶體一般難以還原,造成了電池內(nèi)活性物質(zhì)減少。

  鎳鎘電池是最早應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等設(shè)備的電池種類,它耐過充放電能力強(qiáng)、維護(hù)簡單,但其相比鎳氫電池和鋰離子電池而言有很多缺點(diǎn),如:在充放電過程中如果處理不當(dāng),會出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”,使用壽命大大縮短;鎘是有毒的,因而鎳鎘電池不利于生態(tài)環(huán)境施保護(hù)等等。眾多的缺點(diǎn)使得鎳鎘電池現(xiàn)已基本被淘汰出數(shù)碼設(shè)備的應(yīng)用范圍。

  3 鎳氫電弛(Ni—H)

  鎳氫電池的容量比鎳鎘電池大,一般為兩倍左右,其正極的主要成分為氫氧化鎳,負(fù)極主要為無污染物質(zhì)的合金粉,電解液是30% 氫氧化鉀水溶液。鎳氫電池的反應(yīng)與鎳鎘電池相似,過充電時(shí),正極板析出氧氣,負(fù)極板析出氫氣。但由于有催化劑的氫電極面積大,氫氣能夠隨時(shí)擴(kuò)散到氫電極表面,所以氫氣和氧氣能夠相對容易的在蓄電池內(nèi)部再化合生成水,使容器內(nèi)的氣體壓力基本保持不變。雖然如此,長時(shí)間過充后,電池內(nèi)氣壓過高,就可能會爆炸。

  鎳氫電池也有記憶效應(yīng),但棚對鎳鎘電池較小。鎳氫電池或鎳鎘電池的記憶效應(yīng)一般可以通過幾次深充深放來緩解。深放電一般要把電池的電壓放到放電終止電壓以下,列于單個(gè)電池一般為1 V 以下,但不可過低,否則將造成較大的永久性損害。最好不要用自制的設(shè)備進(jìn)行深度放電,尤其是用一根導(dǎo)線和一個(gè)小燈泡將電池正負(fù)極相連進(jìn)行放電的手段更不可取,因?yàn)檫@樣無法控制放電電壓,電壓過低會嚴(yán)重的損害電池。建議使用帶有放電功能和過充保護(hù)功能的設(shè)備來進(jìn)行深充和深放。

  鎳氫電池內(nèi)阻小,可供大電流的放電,放電時(shí)電壓的變化很??;并且廢舊電池易于回收再利用,對環(huán)境的破壞也最小;其成本和價(jià)格較低,作為直流電源是一種質(zhì)量極佳的電池。鎳氫電池主要可以用于制作柱式可充電電池,在時(shí)鐘、電子游戲機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和部分筆記本電腦中有所應(yīng)用。

  4 鋰電池(Li)

  鋰電池分成兩大類:不可充電的和可充電的。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,如鋰二氧化錳電池等。可充電的稱為二次性電池,也就是俗稱的鋰離子電池。鋰離子電池的正極是含鋰的過渡金屬氧化物,負(fù)極是碳素材料,如石墨等,電解質(zhì)是含鋰鹽的有機(jī)溶液。電池中無論在正負(fù)極還是在電池隔膜中,鋰都是以離子形式存在的。電池在工作時(shí),鋰離子在正負(fù)極及電解質(zhì)隔膜中定向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電池充電時(shí),正極釋放出鋰離子到電解質(zhì)中,這個(gè)過程是脫嵌;負(fù)極從電解質(zhì)中吸入鋰離子,這個(gè)過程是嵌入。而電池放電過程和上述情況正好相反,這種充放電時(shí)鋰離子往返的嵌入和脫嵌的過程就好像搖椅一樣搖來搖去,故有人形象的稱鋰離子電池為“搖椅電池”。

  鋰離子電池與鎳鎘電池和鎳氫電池相比,有很多優(yōu)點(diǎn)。鋰離子電池不存在記憶效應(yīng);相同的電容量下,體積非常??;使用電壓為3.6 V,是鎳鎘電池、鎳氫電池的3倍;可使用的溫度范圍廣(一20℃ ~60℃),而鎳氫電池為(0℃~50℃)。同時(shí)鋰離子電池的自放電率也比較低。自放電率,是指在一段時(shí)間內(nèi),電池在沒有使用的情況下,自動(dòng)損失的電量占總?cè)萘康陌俜直取?/P>

  一般在常溫下,鎳鎘電池的自放電率為每月13% ~l5%,鎳氫電池為每月25%~35% ,而鋰離子電池只有每月5%~8%.

  但鋰離子電池也有一些令人不滿意的地方。如:鋰離子電池有使用壽命,一般為兩年,并且在不使用的狀態(tài)下存儲一段時(shí)間后,其部分容量會永久的喪失。鋰離子電池的正負(fù)極材料從一出廠就已經(jīng)開始了它的衰竭歷程,不同溫度和電池充飽狀態(tài),對其影響不同,如表1數(shù)據(jù)(所剩的電容量占原來電容量的百分比)所列。

表1

  由此可見,存儲溫度越高和電池充得越飽,其容量損失就越厲害。所以不推薦長期保存鋰離子電池,如果手中有閑置的電池,那么存儲時(shí)充電水平不要超過40% ,溫度最好低于15℃ 或更低。而鎳氫電池和鎳鎘電池則幾乎不受時(shí)效影響,長期存儲的鎳基電池在進(jìn)行幾個(gè)深充深放以后就可以恢復(fù)其原始容量了。但深充深放不能恢復(fù)鋰離子電池的容量,并會對正負(fù)極造成永久的損壞。從分子層面看,過度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過度釋出鋰離子,而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷,過度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去,而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來。

  同時(shí)鋰離子電池的充放電次數(shù)一般只有400~600次,經(jīng)過特殊改進(jìn)的產(chǎn)品也不過800多次。而鎳氫電池的充電次數(shù)一般能夠達(dá)到700次以上,某些質(zhì)量好的產(chǎn)品充放電可達(dá)1 200次。

  由于鋰離子電池的眾多優(yōu)勢還是使其應(yīng)用前景非??春?,主要在數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、手機(jī)一PDA、筆記本電腦中作為電源使用。目前在鋰離子電池研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)是將其應(yīng)用在車輛中,制成電動(dòng)汽車或與汽油并用的混合電動(dòng)汽車。同時(shí)人們也在研制真正意義上的固態(tài)鋰電池,徹底摒棄鋰離子電池中的有機(jī)液體,讓鋰電池成為最安全可靠的電池。

  總之,鋰離子電池和鎳氫電池等各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。電池的型號和規(guī)格不同也會出現(xiàn)一些差異,加之本人身邊

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