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鋰離子電池的基本知識
鋰離子電池的基本知識
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。這里主要介紹有關(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)。

  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3.75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?cái)?shù)量少(使便攜式電子產(chǎn)品體積減小、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(jià)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、導(dǎo)彈、魚雷、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(jià)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)。

CR2032鋰錳扣式電池 2元一節(jié) CR2032鋰電池專用電池座 1元一個 容量:210MAH 直徑:20MM 厚:3.2MM 重量:3克

CR2016鋰錳扣式電池 2元一節(jié)

BG-23A12V小電池(門磁、遙控器專用)2元一節(jié) 容量:50MAH 直徑:10MM 高:28.5MM 重量:7.34克

BG-27A 12V小電池(100米遙控器專用)2元一節(jié) 容量:18MAH 直徑:8MM 高:28.5MM 重量:4.5克

9伏層疊電池(紅外、2000米遙控專用)4元一節(jié)

可充電鋰離子電池

    可充電鋰離子電池是目前手機(jī)中應(yīng)用最廣泛的電池,但它較為“嬌氣”,在使用中不可過充、過放(會損壞電池或使之報(bào)廢)。因此,在電池上有保護(hù)元器件或保護(hù)電路以防止昂貴的電池?fù)p壞。 鋰離子電池充電要求很高,要保證終止電壓精度在1%之內(nèi),目前各大半導(dǎo)體器件廠已開發(fā)出多種鋰離子電池充電的IC,以保證安全、可靠、快速地充電。

  現(xiàn)在手機(jī)已十分普遍,手機(jī)中一部分是鎳氫電池,但靈巧型的手機(jī)則是鋰離子電池。正確地使用鋰離子電池對延長電池壽命是十分重要的。鋰離子電池是目前應(yīng)用最為廣泛的鋰電池,它根據(jù)不同的電子產(chǎn)品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形、長方形及扣式,并且有由幾個電池串聯(lián)在一起組成的電池組。 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。

  鋰離子電池不適合用作大電流放電,過大電流放電時會降低放電時間(內(nèi)部會產(chǎn)生較高的溫度而損耗能量)。因此電池生產(chǎn)工廠給出最大放電電流,在使用中應(yīng)小于最大放電電流。 鋰離子電池對溫度有一定要求,工廠給出了充電溫度范圍、放電溫度范圍及保存溫度范圍。 鋰離子電池對充電的要求是很高的,它要求精密的充電電路以保證充電的安全。終止充電電壓精度允差為額定值的±1%(例如:充4.2V的鋰離子電池,其允差為±0.042V),過壓充電會造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池充電電流應(yīng)根據(jù)電池生產(chǎn)廠的建議,并要求有限流電路以免發(fā)生過流(過熱)。一般常用的充電率為0.25C~1C(C是電池的容量,如C=800mAh,1C充電率即充電電流為800mA)。在大電流充電時往往要檢測電池溫度,以防止過熱損壞電池或產(chǎn)生爆炸。
  鋰離子電池充電分為兩個階段:先恒流充電,到接近終止電壓時改為恒壓充電,其充電特性如圖2所示。這是一種800mAh容量的電池,其終止充電電壓為4.2V。電池以800mA(充電率為1C)恒流充電,開始時電池電壓以較大的斜率升壓,當(dāng)電池電壓接近4.2V時,改成4.2V恒壓充電,電流漸降,電壓變化不大,到充電電流降為1/10C(約80mA)時,認(rèn)為接近充滿,可以終止充電(有的充電器到1/10C后啟動定時器,過一定時間后結(jié)束充電)。 鋰離子電池在充電或放電過程中若發(fā)生過充、過放或過流時,會造成電池的損壞或降低使用壽命。

鋰離子電池應(yīng)用注意事項(xiàng)除與上述不可充電的鋰電池相同外,在充電方面還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

     1. 鋰離子電池有4.1V及4.2V終止充電的不同品種,因此在充電時注意的是4.1V的電池不能用4.2V的充電器充電,否則會有過充的危險(xiǎn)(4.1V與4.2V的充電器用的充電器IC是不同的!)。     
     2. 對電池充電時,其環(huán)境溫度不能超過產(chǎn)品特性表中所列的溫度范圍。
     3. 不能反向充電。
     4. 不能用充鎳鎘電池的充電器(充三節(jié)鎳鎘電池的)來充鋰離子電池(雖然額定電壓一樣,都是3.6V),但充電方式不同,容易造成過充。
   在放電方面應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
     1. 鋰離子電池放電電流不能超過產(chǎn)品特性表中給出最大放電電流。放電電流較大時,會產(chǎn)生較高的溫度(損耗能量),減少放電時間,若電池中無保護(hù)元件會產(chǎn)生過熱而損壞電池。
     2. 不同溫度下放電曲線是不同的,如圖5所示。從圖中可以看出,在不同的溫度下,其放電電壓及放電時間也不同。在-20℃放電時情況最差。
   在貯存方面:
     1. 電池若長期貯存,要保持在50%放電態(tài)。
     2. 電池應(yīng)保存在低溫、干燥壞境中。
     3. 要遠(yuǎn)離熱源,也不要置于陽光直射的地方。

形象的工作原理比喻:

    現(xiàn)在將鋰離子電池原理和充放電機(jī)理,用生活中常見的泡沫現(xiàn)象來比喻。鋰離子電池如同 一堆肥皂泡沫,泡內(nèi)儲存的就是電能。當(dāng)充電時,汽泡會隨著充電時間加長而不斷增大,當(dāng)超過其極限值時汽泡就會破裂,此時即損壞了鋰電晶型,造成永久性損壞。

  當(dāng)過度放電則會造成汽泡塌陷、消失,這樣下次充電時汽泡也充不起來,而造成鋰電失效。 如何控制汽泡不充爆和汽泡不過度塌陷?就必須要用保護(hù)電路加以嚴(yán)格控制。 當(dāng)然,優(yōu)質(zhì)的電芯和精確的控制電路可大大地延長電池的使用壽命。   

    站長最喜歡用的就是鋰離子電池,鋰電池自放電小,容量大,性能優(yōu)越。站長曾經(jīng)對一塊全新的富士通筆記本用10.8V/2400MAH鋰電池(就是下圖的鋰電池,電芯為松下共6節(jié)2并3串)做過放電測試,放電負(fù)載為6寸液晶監(jiān)視器,工作電流780毫安,測試結(jié)果如下:

 

  

時間T 端電壓V
6:40 12.00
6:52 11.83
7:20 11.43
7:56 11.16
8:23 11.00
8:50 10.92
9:10 10.84
9:35 10.55
9: 46 9.85
9: 52 9.00

放電足足維持3個小時!可以看出這組電池的性能確實(shí)非常棒!容量非常實(shí)足!

12V/1100毫安時鋰電池組 重量125克 體積67x57x19mm 32元

    這是由3節(jié)18650的全新鋰電池串連封裝而成,但是沒有任何保護(hù)電路,特別要注意當(dāng)電池電壓低于10V時必須及時充電,防止過放電會嚴(yán)重縮短電池壽命,并且嚴(yán)禁短路!鋰電池短路會產(chǎn)生高溫并可能會爆炸,客戶在使用中需要預(yù)見到可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)性,完全外行者不推薦購買! 現(xiàn)在銷售的電池組沒有焊接插頭,配一個標(biāo)準(zhǔn)的2.1空心電源插頭,需要客戶根據(jù)需要自行焊接,通常電源插頭的極性為內(nèi)正外負(fù)。一定要注意極性并嚴(yán)防短路??!

    鋰電池可以為500毫安工作電流以下電器供電,配合專用的鋰電池充電器可以反復(fù)充電使用。

專業(yè)12.6V 350mA鋰電池充電器 重量92克 12元

    12.6V專業(yè)鋰電池充電器,采用開關(guān)電源,體積小、重量輕、工作效率高、工作溫度低,元件選用105℃以上耐溫,有過熱保護(hù),有軟啟動功能,啟動電流小、有效降低沖擊電流,有短路保護(hù)、過載保護(hù)。全部經(jīng)100%滿負(fù)荷老化試驗(yàn),QC合格后出廠,原廠的輸出接頭是標(biāo)準(zhǔn)的空心電源插頭(上左圖),這里為了方便客戶,我們還提供帶尾的標(biāo)準(zhǔn)電源插座,可以和標(biāo)準(zhǔn)的空心電源插頭配套(上右圖中),客戶可以根據(jù)需要自行更換,更換后必須通電測量確認(rèn)電源極性不要搞錯哦!

    充電電壓 12.6V±2%,充電電流 350mA,涓流轉(zhuǎn)換電流 100mA,紋波﹤250mVp-p,負(fù)載調(diào)整率 ±1%,直流輸出功率 15W,效率 ﹥75%,輸入電壓范圍 100~240VAC,輸入電流 0.2A/230V,過載保護(hù) 105%~150%類型:FOLDBACK限流輸出 復(fù)位:自動恢復(fù)。充電器充電時顯示紅燈,充電完成顯示綠燈。

12V/4800mAH大容量聚合物鋰電池配12.6V 350mA鋰電池充電器 一套130元

12V/6500mAH大容量聚合物鋰電池配12.6V 350mA鋰電池充電器 一套154元

    本電池組采用原廠優(yōu)質(zhì)鋰離子電芯,具有內(nèi)阻小,容量大,循環(huán)次數(shù)多,無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn);內(nèi)部電路為多重保護(hù)設(shè)計(jì),能防止過充,過放,過流;生產(chǎn)過程采用電腦品質(zhì)檢測與監(jiān)控,確保了電池優(yōu)異的性能。

產(chǎn)品參數(shù):

容量:4800mAh/ 6500mAh
電壓:輸入電壓 12.6V DC;輸出12.6~10.8V DC
重量:190g
尺寸:4800mAh/15*54*87mm 6500mAh/105*55*18mm
極性:插頭為內(nèi)芯正極外環(huán)負(fù)極?。?

應(yīng)用領(lǐng)域: 無線攝像頭、個人通訊系統(tǒng)、對講機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、便攜式攝像機(jī)、航空模型等可以用到12V直流電源的領(lǐng)域。

產(chǎn)品配置: 可充電鋰電池(12V/4800mA)一塊、 12.6V 350mA充電器一個

【電池充電方法】先將充電器接通電源紅燈亮;將充電器輸出插頭插入電池的插座中,綠燈亮表示正在充電,直至充電器上綠色指示燈熄滅電池表示電池充電完成。本電池內(nèi)部采用過載.過壓.短路保護(hù)電路。當(dāng)電池使用不當(dāng)時,內(nèi)部電路會自動切斷電源,造成無電壓輸出,此時只要充電一次便能恢復(fù)電源輸出。

單節(jié)鋰電池4.2V電池電量顯示板 15元一個

可調(diào)型6~18V電池電量顯示板 15元一個

    我們開發(fā)的多用途電池電量顯示板可以通過改變板上可調(diào)電阻的大小來顯示不同電壓的高低。非常適用于用電池的設(shè)備顯示電量如:手持探照燈、便攜收錄機(jī)、便攜音箱、航模、電瓶車、電動車、汽車等等,可隨時看到電量情況,只要你想到就會用到。

    我們的產(chǎn)品體積只有32*22*7毫米非常微小便于DIY。檢查電壓為6~18V任意可調(diào),適合2串或3串鋰電等使用,一般出廠默認(rèn)調(diào)整在8.4V。

    我們的電池顯示板非常省電,并且比數(shù)字顯示更直觀明了,你可以在板上裝一個輕觸開關(guān),只要按下按鈕,就能查看電量,如果四個LED全亮表示電量充足,三個亮表示電量正常,兩個亮就表示電量偏低,只有一個亮說明電池即將耗盡。當(dāng)松開按鈕時我們的顯示板是不消耗電能的。

DIY電量調(diào)整方法:

    舉個例7.2V鋰電說明一下,找個充好電的7.2V鋰電,滿電正常為8.4V,用表量看對否,接入電量計(jì),然后用小起子慢慢調(diào)節(jié)那個校準(zhǔn)可調(diào)電阻,調(diào)到4個LED“剛剛”全亮就可以了。

自己做了一個用電池供電的小音箱,想看看電還有多少?還能聽多久MP3?只要裝上電量指示器就心中有數(shù)啦!

如何組建大容量12V直流UPS系統(tǒng):

    很多客戶的安防系統(tǒng)都要求12V直流不間斷供電,如我們的彩信報(bào)警系統(tǒng),如果停電的話所有功能都會失效,而且彩信系統(tǒng)的靜態(tài)電流較大,所以必須選大容量電池供電,這里我們可以考慮用摩托車上的12V7AH的鉛酸蓄電池,采用這種電池有兩大優(yōu)點(diǎn):第一7AH的蓄電池容量很大至少可以維持系統(tǒng)一個星期正常使用,第二蓄電池適合浮充電工作。

   這是我們提供一款12V蓄電池全自動充電器,它采用高頻開關(guān)電源發(fā)熱少效率高。這款充電器具有全自動保護(hù)功能,在充電前自動檢測電池電壓和極性,如果蓄電池電壓低于10V或者極性接錯會自動停止工作。使用方法很簡單:紅色鱷魚夾線接電瓶正級,黑色的接電瓶負(fù)極。

12V蓄電池全自動充電器 每個 35元

    這樣當(dāng)有市電時充電器負(fù)責(zé)我們系統(tǒng)的靜態(tài)耗電和蓄電池的自放電,一旦停電時自動由蓄電池供電,市電恢復(fù)后由充電器對蓄電池充電恢復(fù)容量。
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