鋰電池與普通電池的不同之處分析[朗讀]

鋰離子電池的基本知識可攜式電子產品以電池作為電源。隨著可攜式產品的迅猛發展，各種電池的用量大增，並且開發出許多新型電池。除大家較熟悉的高性能鹼性電池、可充電的鎳鎘電池、鎳氫電池外，還有近年來開發的鋰電池。這裡主要介紹有關鋰電池的基本知識。這包括它的特性、主要參數、型號的意義、應用範圍及使用注意事項等。鋰是一種金屬元素，其化學符號為li(其英文名為lithium)，是一種銀白色、十分柔軟、化學性能活潑的金屬，在金屬中是最輕的。
它除了應用於原子能工業外，可製造特種合金、特種玻璃(電視機上用的螢光屏玻璃)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，它只能將化學能一次性地轉化為電能，不能將電能還原回化學能(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)。它能將電能轉變成化學能儲存起來，在使用時，再將化學能轉換成電能，它是可逆的，如電能化學能鋰電池的主要特點。鋰電池的最大特點是比能量高。什麼是比能量呢?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)。這裡舉一個例來說明：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(12v×08ah)。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5號鎳鎘電池約重23g，而一節5號鋰－二氧化錳電池約重18g。一節鋰－二氧化錳電池為3v，而兩節鎳鎘電池才2.4v。所以採用鋰電池時電池數量少(使可攜式電子產品體積減小、重量減輕)，並且電池的工作壽命長。
另外鋰電池具有放電電壓穩定、工作溫度範圍寬、自放電率低、儲存壽命長、無記憶效應及無公害等優點。鋰電池的缺點是價格昂貴，所以目前尚不能普遍應用，主要應用於掌上計算機、pda、通信設備、照相機、衛星、飛彈、魚雷、儀器等。隨著技術的發展、工藝的改進及生產量的增加，鋰電池的價格將會不斷地下降，應用上也會更普遍。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—亞硫醯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(limno2)鋰－二氧化錳電池是一種以鋰為陽極、以二氧化錳為陰極，並採用有機電解液的一次性電池。該電池的主要特點是電池電壓高，額定電壓為3v(是一般鹼性電池的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％)；工作溫度範圍－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)。圓柱形的也有不同的直徑及高度尺寸。上圖就是日本產萬勝鋰－二氧化錳電池，3伏電壓，不可充電，單節體積15x40毫米。可充電鋰離子電池可充電鋰離子電池是目前手機中應用最廣泛的電池，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廢)。因此，在電池上有保護元器件或保護電路以防止昂貴的電池損壞。鋰離子電池充電要求很高，要保證終止電壓精度在1%之內，目前各大半導體器件廠已開發出多種鋰離子電池充電的ic，以保證安全、可靠、快速地充電。現在手機已十分普遍，手機中一部分是鎳氫電池，但靈巧型的手機則是鋰離子電池。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用最為廣泛的鋰電池，它根據不同的電子產品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形、長方形及扣式，並且有由幾個電池串聯在一起組成的電池組。鋰離子電池的額定電壓為3.6v(有的產品為3.7v)。充滿電時的終止充電電壓與電池陽極材料有關：陽極材料為石墨的4.2v；陽極材料為焦炭的4.1v。不同陽極材料的內阻也不同，焦炭陽極的內阻略大，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範圍或給出終止放電電壓，各參數略有不同)。
低於終止放電電壓繼續放電稱為過放，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(內部會產生較高的溫度而損耗能量)。因此電池生產工廠給出最大放電電流，在使用中應小於最大放電電流。鋰離子電池對溫度有一定要求，工廠給出了充電溫度範圍、放電溫度範圍及保存溫度範圍。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根據電池生產廠的建議，並要求有限流電路以免發生過流(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生爆炸。鋰離子電池充電分為兩個階段：先恆流充電，到接近終止電壓時改為恆壓充電，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)恆流充電，開始時電池電壓以較大的斜率升壓，當電池電壓接近4.2v時，改成4.2v恆壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為1/10c(約80ma)時，認為接近充滿，可以終止充電(有的充電器到1/10c後啟動定時器，過一定時間後結束充電)。鋰離子電池在充電或放電過程中若發生過充、過放或過流時，會造成電池的損壞或降低使用壽命。
鋰離子電池應用注意事項除與上述不可充電的鋰電池相同外，在充電方面還應注意以下幾點：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(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，其環境溫度不能超過產品特性表中所列的溫度範圍。3.不能反向充電。4.不能用充鎳鎘電池的充電器(充三節鎳鎘電池的)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。在放電方面應注意以下幾點：1.鋰離子電池放電電流不能超過產品特性表中給出最大放電電流。放電電流較大時，會產生較高的溫度(損耗能量)，減少放電時間，若電池中無保護元件會產生過熱而損壞電池。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。2.電池應保存在低溫、乾燥壞境中。3.要遠離熱源，也不要置於陽光直射的地方。形象的工作原理比喻：現在將鋰離子電池原理和充放電機理，用生活中常見的泡沫現象來比喻。鋰離子電池如同一堆肥皂泡沫，泡內儲存的就是電能。當充電時，汽泡會隨著充電時間加長而不斷增大，當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？就必須要用保護電路加以嚴格控制。當然，優質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，性能優越。站長曾經對一塊全新的富士通筆記本用10.8v/2.4ah鋰電池（就是下圖的鋰電池，電芯為松下共6節2並3串）做過放電測試，放電負載為6寸液晶監視器，工作電流780毫安，測試結果如下：時間t端電壓v6：4012.006：5211.837：2011.437：5611.168：2311.008：5010.929：1010.849：3510.559:469.859:529.00放電足足維持3個小時！可以看出這組電池的性能確實非常棒！容量非常實足！這是一種恆流恆壓的鋰電池充電控制板，圖中q1、r1、w1、tl431組成精密可調穩壓電路。q2、w2、r2構成可調恆流電路。q3、r3、r4、r5、led為充電指示電路。隨著被充電鋰電池電壓逐漸上升，充電電流將逐漸減小，待電池充滿後r4上的壓降不斷減小，最終使q3截至，led熄滅，為了保證電池能充足，請在指示燈熄滅後繼續充電1～2小時，使用時需要在q2、q3裝適當大小的散熱片。