锂电池的基本知识.docx

锂电池的基本知识便携式电子产品以电池作为电源。随着便携式产品的迅猛发展，各种电池的用量大增，并且开发出许多新型电池。除大家较熟悉的高性能碱性电池、可充电的镍镉电池、镍氢电池外，还有近年来开发的锂电池。本文主要介绍有关锂电池的基本知识。这包括它的特性、主要参数、型号的意义、应用范围及使用注意事项等。 锂是一种金属元素，其化学符号为Li(其英文名为lithium)，是一种银白色、十分柔软、化学性能活泼的金属，在金属中是最轻的。它除了应用于原子能工业外，可制造特种合金、特种玻璃(电视机上用的荧光屏玻璃)及锂电池。在锂电池中它用作电池的阳极。 锂电池也分成两大类：不可充电的及可充电的两类。不可充电的电池称为一次性电池，它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能(或者还原性能极差)。而可充电的电池称为二次性电池(也称为蓄电池)。它能将电能转变成化学能储存起来，在使用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的，如电能化学能锂电池的主要特点 灵巧型便携式电子产品要求尺寸小、重量轻，但电池的尺寸及重量与其它电子元器件相比往往是最大的及最重的。例如，想当年的“大哥大”是相当“粗大、笨重”，而今天的手机是如此的轻巧。其中电池的改进是起了重要作用的：过去是镍镉电池，现在是锂离子电池。 锂电池的最大特点是比能量高。什么是比能量呢?比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表示。Wh是能量的单位，W是瓦、h是小时；kg是千克(重量单位)，L是升(体积单位)。这里举一个例来说明：5号镍镉电池的额定电压为12V，其容量为800mAh，则其能量为096Wh(12V08Ah)。同样尺寸的5号锂二氧化锰电池的额定电压为3V，其容量为1200mAh，则其能量为36Wh。这两种电池的体积是相同的，则锂二氧化锰电池的比能量是镍镉电池的375倍! 一节5号镍镉电池约重23g，而一节5号锂二氧化锰电池约重18g。一节锂二氧化锰电池为3V，而两节镍镉电池才24V。所以采用锂电池时电池数量少(使便携式电子产品体积减小、重量减轻)，并且电池的工作寿命长。 另外，锂电池具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应及无公害等优点。 锂电池的缺点是价格昂贵，所以目前尚不能普遍应用，主要应用于掌上计算机、PDA、通信设备、照相机、卫星、导弹、鱼雷、仪器等。随着技术的发展、工艺的改进及生产量的增加，锂电池的价格将会不断地下降，应用上也会更普遍。 不可充电的锂电池 不可充电的锂电池有多种，目前常用的有锂二氧化锰电池、锂亚硫酰氯电池及锂和其它化合物电池。本文仅介绍前两种最常用的。 1锂二氧化锰电池(LiMnO2) 锂二氧化锰电池是一种以锂为阳极、以二氧化锰为阴极，并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压为3V(是一般碱性电池的2倍)；终止放电电压为2V；比能量大(见上面举的例子)；放电电压稳定可靠；有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率2)；工作温度范围2060。 该电池可以做成不同的外形以满足不同要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。圆柱形的也有不同的直径及高度尺寸。这里列举大家较熟悉的1(尺寸代码D)、2(尺寸代码C)及5(尺寸代码AA)电池的主要参数，如表1所示。 型号中的CR表示为圆柱形锂二氧化锰电池；五位数字中，前两位表示电池的直径,后三位表示带一位小数的高度。例如，CR14505，其直径为14mm，高度为505mm(这种型号是通用的)。 这里要指出的是不同工厂生产的同型号的电池其参数可能有些差别。另外，表1中的标准放电电流值是较小的，实际放电电流可以大于标准放电电流，并且连续放电及脉冲放电的允许放电电流也不同，由电池厂提供有关数据。例如，力兴电源公司生产的CR14505给出最大连续放电电流为1000mA，最大脉冲放电电流可达2500mA。 照相机中用的锂电池多半是锂二氧化锰电池。这里将照相机中常用的锂二氧化锰电池列入表2，供参考。 纽扣式(扣式)电池尺寸较小，其直径为125245mm，高度为1650mm。几种较常用的扣式电池如表3所示。 表3中的型号CR为圆柱形锂二氧化锰电池，后四位数字中前两位为电池的直径尺寸，后两位为带小数点的高度尺寸。例如，CR1220的直径为125mm(不包括小数点后的数)，其高度为20mm。这种型号表示方法是国际通用的。 这种扣式电池常用于时钟、计算器、电子记事本、照相机、助听器、电子游戏机、IC卡、备用电源等。 2锂亚硫酰氯电池(LiSOCl2) 锂亚硫酰氯电池是比能量最高的一种，目前可达到500Wh/kg或1000Wh/L的水平。它的额定电压是36V，以中等电流放电时具有极其平坦的34V放电特性(可在90容量范围内平坦地放电，保持不大的变化)。电池可以在4085范围内工作，但在40时的容量约为常温容量的50。自放电率低(年自放电率1)、储存寿命长达10年以上。 常见的1、2及5圆柱形锂亚硫酰氯电池的参数如表4所示。 以1(尺寸代码D)镍镉电池与1锂亚硫酰氯电池的比能量作一个比较：1镍镉电池的额定电压为12V，容量为5000mAh；1锂亚硫酰氯的额定电压为36V，容量为10000mAh，则后者的比能量比前者大6倍! 应用注意事项 上述两种锂电池是一次性电池，不可充电(充电时有危险!)；电池正负极之间不可短路；不可以过大电流放电(超过最大放电电流放电)；电池使用至终止放电电压时，应从电子产品中及时取出；用完的电池不可挤压、焚烧及拆卸；不可超过规定温度范围使用。 由于锂电池的电压高于普通电池或镍镉电池，使用时不要搞错以免损坏电路。通过熟悉型号中的CR、ER就可以知道它的种类及额定电压。在购买新电池时，一定要按原来的型号来买，否则会影响电子产品性能。 可充电的锂电池 可充电的锂电池有多种，如锂-钒氧化物电池，锂离子电池及国外新开发的锂-聚合物电池等。这里仅介绍前两种，重点介绍锂离子电池。 可充电锂离子电池是目前手机中应用最广泛的电池，但它较为“娇气”，在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此，在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。 锂离子电池充电要求很高，要保证终止电压精度在1%之内，目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC，以保证安全、可靠、快速地充电。 现在手机已十分普遍，手机中一部分是镍氢电池，但灵巧型的手机则是锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。 1. 锂-钒氧化物电池(Li-V6O13) 锂-钒氧化物电池以锂为阳极、钒氧化物为阴极、无机盐的有机溶剂为电解质组成。它的特点是可以充电。以2号电池为例，将锂-钒氧化物电池与锂-二氧化锰电池及锂-亚硫酰氯电池相比较如表5所示。 由表5可知，由于锂-钒氧化物电池的额定电压仅为2.8V，而且额定容量也小，故与其它两种锂电池相比，其比能量是最小的。该类圆柱形电池的主要参数如表6所示。从表6可看出，其充电次数(循环寿命)也不长，所以这种可充电电池不久就由锂离子电池替代了。 2. 锂离子电池(Li-Ion) 锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池，它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形