电池材料 【科普】一篇文章读懂电池材料

电池材料 一、 一次性电池1、普通锌锰电池这是最传统的干电池,正极为石墨棒,负极为金属锌圆筒,电解质为糊状氯化铵之类物质,石墨周围有二氧化锰去极化剂。锌锰电池标称电压1.5伏,规格型号有R20(1号),R14(2号),R6(5号),R03(

电池材料 【科普】一篇文章读懂电池材料

电池材料

一、 一次性电池

1、普通锌锰电池

这是最传统的干电池,正极为石墨棒,负极为金属锌圆筒,电解质为糊状氯化铵之类物质,石墨周围有二氧化锰去极化剂。锌锰电池标称电压1.5伏,规格型号有R20(1号),R14(2号),R6(5号),R03(7号)几种。外包装多采用红色。现在除手电筒、老式手提录音机和早期电子钟还在用1号和2号电池外,其它用干电池的场合大多为5号(AA)、7号(AAA)电池。这种电池价格最低,但电容量也低(5号电池容量约500mAH),不适合大电流放电,还容易漏液。只能用于小电流和间歇放电设备,一般可用于手电筒,收音机,门铃,遥控器,不带电机的电子玩具等。为了防止漏液,这类电池中的精品往往用铝壳或铁壳封装,廉价的只用塑料薄膜紧裹。由于漏出的液体腐蚀性很强,所以,对于那些用电量极低,但比较贵重的设备也最好不要用,或定时检查电池有无异常。注意这种电池如发现鼓胀就不宜再用。

2、高功率电池

也称高容量电池和锌锰纸版电池,正极负极的基本结构与锌锰电池相同,但电解质被吸入纸版中。标称电压1.5伏,规格型号为在锌锰电池的型号上加上后缀“P”,如5号电池R6P,7号电池R03P。高功率电池价格约是锌锰电池的2、3倍,容量在小电流放电时比糊式锌锰电池略大些,但大电流放电时就明显较长,号称有2、3倍的容量。但从消费者协会公布的实测数据看,其容量大得有限,有些品牌甚至不及优质糊式锌锰电池。但该电池有一优点就是不易漏液。由于其输出功率较高,故适用于大电流和连续工作场合。可用于随身听,电动玩具、胶片自动相机等。为了防止漏液损坏设备,在遥控器、电子门铃、石英电子钟等电池使用时间特长的设备中,用这种电池也很适宜。不过这种电池的单位时间电费费用,在小电流应用时,高于普通锌锰电池,而大电流应用时,又高于碱性锌锰电池,不太经济。

3、碱性锌锰电池

碱性电池的规格型号标识是在普通锌锰电池型号上加上前缀“L”,成为LR6、LR03。也有直接印有英文碱性“ALKALINE”的标识。碱性锌锰电池结构较为特别,中心用一根锌棒作为负极,外壳锌材是正极(和普通锌锰电池电极相反)。为了与一般电池一样使用,它把中心的负极引出线做得与普通锌锰电池一样的平坦。而外壳正极上,冲出一个类似石墨棒的铜帽,包装时再反过来即可。仔细观察可以发现负极与周围外壳之间有一条绝缘密封沟(类似南孚所谓的聚能环),而糊式锌锰电池和高功率电池的负极和侧边外壳是连体的。这可作为高功率电池假冒碱性电池的识别特征之一。第二个特征是碱性电池比较重。碱性电池标称电压也是1.5伏,容量约是普通电池的5~10倍,用于照相机闪光灯充电的瞬时特大电流工作状态,这可超过普通电池10倍。但价格只有高功率电池的2倍左右。由于碱性电池的大电流、大容量特性,使其为目前通用型一次性电池中最好的品种,可用于全自动相机,用5号电池的数码相机,随身听、随身看,电动玩具,剃须刀等场合。其外观与锌锰电池相同。

碱性电池一般认为是一次性电池,早期有过一种叫碱性充电电池,型号为R-LR6,大约可循环使用100次。现在的碱性电池也有称其为半充电池可能,但必须用低恒涓流充电,最大充电电流在160mA以下。过充电后易漏液,且漏出的液体腐蚀性很强,会损坏充电器。对于一般用户来说,认为碱性电池是一次性电池较正确,当然这并不妨碍谨慎的爱好者对其充电后再使用。碱性电池也有制成小扣式电池的,价格很低。但电压比氧化银类扣式电池略低,同体积电容量也只有其60%~70%,供出电流较大。这种扣式电池不能应用于指针式石英表。

4、积层电池

积层电池是锌锰电池的变形,每节电池象电蚊片那么一片。正极也是石墨和二氧化锰,负极为锌片,中间一层半糊状电解质,每片1.5伏。型号6F××,即有6片积层,总电压9伏,外加铁壳包装。早先有过不同尺寸,4片、6片、15片等等多种,但现在见得到的只有用于无线话筒,电子血压计或数字液晶万用表中。积层电池电压高,电流小,容量小,早期用于必须有较高电压才能工作的弱电流设备中。现在由于DC-DC芯片的普及,较高级些的这类设备也都改用1节5号电池供电,积层电池适用面日益萎缩。这种电池的最大放大电流只用几十毫安,平时只工作在毫安级。积层电池的正负极在一边,存放时要特别留意不可与金属物体,如硬币、金属钢笔等入置一起,以防短路。

5、锂金属电池(Lithium)

新型的锂电池有二大类,一类是一次性锂金属电池,另一类为锂离子电池。锂金属电池的负极为锂金属,正极有二氧化锰、二硫化铁等。标称电压因正极材料不同而有1.5V、2.8V和3V多种,国内常见的是用于高档全自动相机的3V型锂电池CR123A和CR2,以及直径为20mm的大扣式电池CR2016/ CR2025/ CR2032几种。锂金属电池的能量重量比特别大,高达900Wh/kg。故单位体积的电池容量特别大,一节用于全自动电子照相机的CR123A,以50%用闪光灯拍摄,可拍24卷胶卷。锂金属电池还可连续大电流、长时间供电,最大电流在2A以上。而自放电率仅1%~1.5%/月,保存性极好。虽然锂的活动性很强,但由于锂金属电池采用了自猝火电化学系统,正常使用时非常安全,不慎出现内外部短路、过度放电、过热或外力冲击时,都有一定的自身保护功能。但也请切记锂金属电池不是可充电电池,若强行充电,容易引起爆炸或起火。由于锂金属电池的大容量、大电流特点,现已被越来越多的便携式设备采用。如高档全自动照相机和采用通用电池的普及型数码相机,锂金属扣式被广泛用于高档计算器、电子辞典、电子特记本、语音报时钟表和照相机的第二电源中。

6、氧化银电池(银锌电池)

氧化银电池也称银锌电池,其正极为氧化银,阴极为锌材,电解质有氢氧化钠和氢氧化钾两种。标称电压都是1.55伏,电流微弱。氧化银电池都为小扣电池,常见的有6.8×2.1,7.9×3.6和11.6×3.0/4.2/5.4几种,容量分别为15,40,80/120/170mAH。扣式电池密封可靠,不漏液。但材质的密封处也会生锈,使用时要注意由于其体积小,供出电流小,这类扣式电池都是用于电子表,计算器,照相机,微型遥控器和声响玩具中。其中用氢氧化钠作电解质的电池内阻较大,输出电流较小,适用于小电流设备,如指针式石英表。用氢氧化钾作电解质的电池内阻小,输出电流略大些,可用于数字式电子表。扣式电池替换时,镊子只能夹持圆周边,若夹持上下面即造成电池短路。

7、过氧化银电池

将氧化银电池的正极改为过氧化银材料就为过氧化银电池,品质更好。标称电压也是1.55伏,容量比同体积氧化银电池高出30%~40%,除氧化银电池的适用范围外,还可用于有亮光和声响功能的电子表。

二、 充电电池

上述七种都是一次性电池,随着便携式电子设备的大量和长时间使用,一次性电池就是显得费用太高。故充电电池越来越受到产品开发厂商和用户的关注。充电电池除制造成通用型电池形式外,还被大量制成专用型充电电池。充电电池的特性比一次性电池更繁杂,除与一次性电池一样有正常常使用时的注意点外,还有充电特性要注意。不同种类的充电电池放电和充电特性多有不同,使用不当会大大缩短电池寿命。

充电电池的一些特殊指标如下:1、最终放电电压,也称放电终止电压,此电压以下就不能再放电,强行放电会加速损坏电池。这电压也是测定电池容量的结束点。2、额定容量,以5小时充满电的电池,放电至最终放电电压的电流和时间乘积。额定容量是“C”来表示,单位:mAh。3、充放电率,以C的比例来表示。若以容量数值电流放电,即称C率放电,即充放电率为0.1C率的电池,就可工作10小时。充电时:若效率100%,以1C率充电,只需用1小时;以0.5C率充电,需要2小时。4、涓流,0.1C率称为涓流,涓流充电时间较长,但对各种充电电池都比较安全。例如,某充电电池容量为1600mAh,充电效率为2/3,以0.5C率,即800mA恒流充电,需要3小时,以0.1C率(160mA)涓流充电,约15小时。5、最大充电电压,不会破坏电池内部保护机制的最大允许充电电压。6、最大充放电电流,具有过流保护机制的电池组,允许的最大充放电电流。下面介绍目前使用最广泛的三种充电干电池。

1、 镍镉电池(Ni—Cd)

镍镉电池是最早出现的干式充电电池,现技术成熟、价格低廉,售价仅碱性电池的三、四倍,实际使用相当于500节糊式锌锰电池,故使用费非常低。它的正极采用氢氧化镍,负极为氧化镉,电解质为氢氧化钾。额定电压1.2伏,出厂时为放电状态,初始电压不高于1.0伏。这是假冒充电电池或旧充电电池与新品的明显区别。满充电时的最大电压可达1.6V~1.8V,开始工作后,很快就回落在额定电压上。此后能保持很长时间的稳定电压值,到电量用完时,才迅速下跌。镍镉电池的最终放电电压为1.0 V。自放电率大,达25%~28%/月,不宜充满电保存。镍镉电池内阻极小,能提供特别大的放电电流,短路电流可达6A,并且放电电压稳定。反复充电次数大于500次。镍镉电池的能量重量比50Wh/Kg,能量体积比150Wh/L,是几种充电电池中最差的。由能量体积比不高,5号镍镉电池的容量只与糊式锌锰电池持平,约500mAh。镍镉电池应采用恒流充电,可大电流充电。由于电量充足后,若继续充电,电压反而会下降,故可用负电压增量(-△V)自动控制,结束充电.若充足后继续充电,电能将全部转化成热能,电池发热剧烈,温升可达(△T/△t)来自动结束充电。镍镉电池的一大优点为过充电的危险性不大,涓流充电的话,过充电对电池几乎没有影响。故可以用廉价的半波整流串电阻限流的定电压充电器充电,开始电流较大,此后逐步减小,不需具备定时或充足自动结束功能。稍好的可用大电充恒流快速充电方式,定时自动切断电源。由于具体电池电量不一定会全用光,新旧不同,充电效率也可能不同,定时结束充电不一定正确,但即使略有过充电也关系不大。镍镉电池的一大缺点是具有记忆效应,如果没有用完电就充电,或没有充足电就放电,电池就会记忆住这个电压,以后充放电就会停止在这里,使可用容量大大减小。所以,平常使用应以用光充足为原则,不随意充电。这就对旅游和野外使用会有所影响,可能突然出现电量用尽的情况。如已经出现记忆效应,如发现充电后使用时间很短,可用以下方法恢复:以涓流充足电量(宁过勿缺),然后以5小时率(5号电池约100 mA)放电,直至放到1.0V,如此反复3、5次,一般就能恢复正常。镍镉电池虽然额定电压只有1.2V,但由于其内阻小,路端电压与锌锰类一次性电池基本本相同,特别在大电流工作时,作用于负载上的电压更在其上。所以,凡是用1.5伏一次性性干电池的场合,都可以用1.2伏的镍镉电池,其中以大电流设备更为合适用。例如,全自动相机、随身听、录音机、电机玩具、遥控舰模、电动剃须刀具等场合,如电子钟、遥控器中,就不合适或不经济。一些早期的电子闪光灯或自动相机,注明禁使用镍镉电池,是因为担心镍镉电池提供的特大电流损坏闪光灯充电电路,后来的闪光灯一般不存在此问题。另外,由于镍镉电池的容量不大,故不宜用于长时间大电流设备,如液晶显示器、随身看、数码相机等。

2、镍氢电池(Ni—MH)

镍氢电池采用与镍镉电池相同的镍氧化物作为正极,储氢金属作为负极,碱液(主要为氢氧化钾作为电解液。镍氢电池额定电压也是1.2V,满充电时的最大电压可达1.6~1.8V,最终放电电压为1.0V。重复充电次数大于500次,自放电率20%。

镍氢电池是镍镉电池的后代产品,各方面性能都优于镍镉电池,放电最大电流可为3A。能量重量比60~80Wh/kg, 同样体积或同样重量可供出比镍镉电池大得多的能量,适合有重量体积要求的设备,例如,舰模和车模等。其单节5号电池的最大容量可达1700mAh。镍氢电池成本低,具有良好的快充性能,无记忆效应,无镉污染,温度使用范围广,安全性能好。温升迅速自动结束充电,故以温升加剧结束充电更为正确。其过充电后,能量也会变成热量散发掉,不过大电流过充电也会影响电池寿命。镍氢电池充电方式与镍镉电池基本相同,也为恒流充电,电压增量负斜率或由于负斜率特征没有镍镉电池明显。虽然镍氢电池被认为没有记忆效应,可以随时充电。但充电器若没有充满自动停止功能的话,也只能以涓流充电。因为大电流恒流充电无法正确估计时间,极易造成过充电。镍氢电池长期不用会出现休眠现象,容量大大降低,这时可按镍镉电池消除记忆效应同样的过程激活。鉴于镍氢电池的特点,它可用于各种普通电池使用的场合,其中包括长时间大电流和瞬态超大电流工作状态,如随身看、航模舰模、玩具赛车、电动工具和采用5号电池的数码相机。也可用于长期放电,但电流不大的场合,如无绳电话。其瞬态超大电流工作能力是更新型的锂离子充电电池都力不能及的。

3、锂离子电池(Li-ion)

锂离子电池是新型的充电电池,正极材料为含锂的金属氧化物(LiCoO2、LiNiO2、LiMn202等),负极材料为焦炭或石墨,电解质为有机液,新电池需充电化成。锂离子电池的额定电压为3.6V,满充电时的最大电压为4.1V~4.2V,最终放电电压硬碳型2.5~2.8V,石墨型3.0V。其能量重量比高达170Wh/Kg,是镍镉电池的三倍多,能量体积比300Wh/L,循环充电次数大于1000次,无记忆效应。内部还具有多种安全设置,能保护电池在不当使用时不至损坏。从上述指标就可以看出,锂离子电池的能量密度更大,同样体积可以供出更多的能量,使用寿命长,单节电池的工作电压高。另外,锂离子电池放电适用环境温度范围大,从-10℃~+60℃都能100%放完电,仅低温时略差些。而镍镉、镍氢电池恰好相反,只有15℃前后能完全放完电量,温度上升放电容量会下降,60℃时能放出50%的电量。另外,锂离子电池也能用于浅放电状态,浅放电时容量也不下降。自放电率较低,约10%/月。充电时几乎不发热,充电效率高。尽管锂离子电池在电池的指标特性上,几乎全部优于镍镉/镍氢电池,因而,很多介绍把其描述得似得似无缺点,实际上,它除价格昂贵外,仍有一些不足之处。第一、电池过充电或过放电容易使电池品质下降,甚至会发热发展到起火。第二、充电要求高。锂离子电池充电时要求先恒流后恒压,最后以最小充电电流结束充电。由于过充电有危险性,实验证明电池会被烧得变形,故锂离子电池必须用专门的带自动控制的充电器。第三、充满电的电池不宜放置在高温环境下,这会使电池品质下降。第四、由于电池有自动保护机制故不能进行超大电流放电,不能用于有重负载起动电机的设备中。当短路或出现超大电流时,电压立刻跌到1.0伏,自动保护。撤去负载后,不会自动恢复,需充电几秒钟才能正常。由于这些优点,锂离子充电电池都用于高档电子设备中,如手机、摄录放一体机、笔记本电脑、数码相机、PDA等。这些设备的锂离子电池都是量体裁衣的专用型,自身充放电电路有较好的自动控制能力,并另带特殊的充电器,以保证电池和设备安全工作。由于锂离子电池可以随充随用,除非用设备时间特长,一般不必再用脱机充电器充电,质量不高的脱机充电器会对电池产生不利影响。锂离子电池不能用于有短时特大电流的舰模、舰模和电动工具上,尽管航模、赛车动具有高能量重量比的要求。锂离子电池没有通用型电池,一般不会用错。但也有用镍氢、镍镉电池制成专用型电池形状冒充锂离子电池的,这时可用短路有无自动保护功能来识别。

【友情提示】:不管何种电池,即使是有绿色环保标志的,也都有污染。用完或损坏后都不应乱丢,请放入专门的回收箱中,让有关部门统一处理。

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