鋰電池

鋰電池

鋰電池是一種以鋰金屬或鋰合金為負極材料,使用非水電解質溶液的一次電池,與可充電電池鋰離子電池跟鋰離子聚合物電池是不一樣的。鋰電池的發明者是愛迪生。由于鋰金屬的化學特徵非常活潑,使得鋰金屬的加工、儲存、使用,對環境要求非常高。所以,鋰電池長期沒有得到套用。隨著二十世紀末微電子技術的發展,小型化的設備日益增多,對電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進入了大規模的實用階段。

  • 中文名稱
    鋰電池
  • 外文名稱
    Lithium Cell
  • 發明家
    愛迪生

簡要介紹

鋰電池(Lithium battery)是指電化學體系中含有鋰(包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物)的電池。鋰電池大致可分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰金屬電池通常是不可充電的,且內含金屬態的鋰。鋰離子電池不含有金屬態的鋰,並且是可以充電的。

電池化學反應原理

鋰金屬電池  

鋰金屬電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。最早出現的鋰電池使用以下反應:Li+MnO2=LiMnO2,該反應為氧化還原反應,放電。

正極上發生的反應為

LiCoO2=充電=Li1-xCoO2+XLi++Xe(電子)

負極上發生的反應為

6C+XLi++Xe====LixC6

電池總反應:LiCoO2+6C=Li1-xCoO2+LixC6

鋰離子電池

正極

正極材料:可選的正極材料很多,目前主流產品多採用鋰鐵磷酸鹽。不同的正極材料對照:




LiCoO23.7 V140 mAh/g
Li2Mn2O44.0 V100 mAh/g
LiFePO43.3 V100 mAh/g
Li2FePO4F3.6 V115 mAh/g

正極反應:放電時鋰離子嵌入,充電時鋰離子脫嵌。 充電時:LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe-放電時:Li1-xFePO4 + xLi+ + xe- → LiFePO4

負極

負極材料:多採用石墨。新的研究發現鈦酸鹽可能是更好的材料。負極反應:放電時鋰離子脫插,充電時鋰離子插入。 充電時:xLi+ + xe- + 6C → LixC6放電時:LixC6 → xLi+ + xe- + 6C

早期研發

最早得以套用于心髒起搏器中。鋰電池的自放電率極低,放電電壓平緩。使得起植入人體的搏器能夠長期運作而不用重新充電。鋰電池一般有高于3.0伏的標稱電壓,更適合作積體電路電源。二氧化錳電池,就廣泛用于電腦,數位相機、手表中。

為了開發出性能更優異的品種,人們對各種材料進行了研究。從而製造出前所未有的產品。比如,鋰二氧化硫電池和鋰亞硫酰氯電池就非常有特點。它們的正極活性物質同時也是電解液的溶劑。這種結構隻有在非水溶液的電化學體系才會出現。所以,鋰電池的研究,也促進了非水體系電化學理論的發展。除了使用各種非水溶劑外,人們還進行了聚合物薄膜電池的研究。

1992年Sony成功開發鋰離子電池。它的實用化,使人們的行動電話、筆記本、電腦等攜帶型電子設備重量和體積大大減小。使用時間大大延長。由于鋰離子電池中不含有重金屬鎘,與鎳鎘電池相比,大大減少了對環境的污染。

產品分類

鋰電池通常分兩大類:

鋰金屬電池:鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。

鋰離子電池:鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。

雖然鋰金屬電池的能量密度高,理論上能達到3860瓦/公斤。但是由于其性質不夠穩定而且不能充電,所以無法作為反復使用的動力電池。而鋰離子電池由于具有反復充電的能力,被作為主要的動力電池發展。但因為其配合不同的元素,組成的正極材料在各方面性能差異很大,導致業內對正極材料路線的紛爭加大。

通常我們說得最多的動力電池主要有磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池以及三元鋰電池(三元鎳鈷錳)。

發展進程

1 1970年代埃克森的M.S.Whittingham採用硫化鈦作為正極材料,金屬鋰作為負極材料,製成首個鋰電池。

2. 1980年,J. Goodenough 發現鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料.

3 1982年伊利諾伊理工大學(the Illinois Institute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發現鋰離子具有嵌入石墨的特徵,此過程是快速的,並且可逆。與此同時,採用金屬鋰製成的鋰電池,其安全隱患備受關註,因此人們嘗試利用鋰離子嵌入石墨的特徵製作充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試製成功。

4 1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發現錳尖晶石是優良的正極材料,具有低價、穩定和優良的導電、導鋰性能。其分解溫度高,且氧化性遠低于鈷酸鋰,即使出現短路、過充電,也能夠避免了燃燒、爆炸的危險。

5 1989年,A.Manthiram和J.Goodenough發現採用聚合陰離子的正極將產生更高的電壓。

6 1991年新力公司發布首個商用鋰離子電池。隨後,鋰離子電池革新了消費電子產品的面貌。

7 1996年Padhi和Goodenough發現具有橄欖石結構的磷酸鹽,如磷酸鋰鐵(LiFePO4),比傳統的正極材料更具優越性,因此已成為當前主流的正極材料。

由于鋰金屬的化學特徵非常活潑,使得鋰金屬的加工、儲存、使用,對環境要求非常高,所以鋰電池生產要在特殊的環境條件下進行。但是由于鋰電池的很多優點,鋰電池被廣泛的套用在電子儀表、數碼和家電產品上。但是,鋰電池多數是二次電池,也有一次性電池。少數的二次電池的壽命和安全性比較差。

後來,日本新力公司發明了以炭材料為負極,以含鋰的化合物作正極的鋰電池,在充放電過程中,沒有金屬鋰存在,隻有鋰離子,這就是鋰離子電池。當對電池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。同樣,當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程),嵌在負極碳層中的鋰離子脫出, 又運動回正極。回正極的鋰離子越多,放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。在Li-ion的充放電過程中,鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態。Li-ion Batteries就像一把搖椅,搖椅的兩端為電池的兩極,而鋰離子就象運動員一樣在搖椅來回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫搖椅式電池。

隨著數碼產品如手機、筆電等產品的廣泛使用,鋰離子電池以優異的性能在這類產品中得到廣泛套用,並在近年逐步向其他產品套用領域發展。1998年,天津電源研究所開始商業化生產鋰離子電池。習慣上,人們把鋰離子電池也稱為鋰電池,但這兩種電池是不一樣的。現在鋰離子電池已經成為了主流。

據《中國鋰電池行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告》 中資料顯示:中國鋰電行業的突出問題是產業鏈投資熱度不減的同時無序競爭加劇,下遊需求持續疲軟,行業艱難前行 中國鋰電產業的發展路徑基本是草根狀態自發生長形成,企業基本上都是單一業務經營,特點是:實力有限,規模小,生存壓力大,可持續發展艱難。但由于新能源汽車廣闊的市場空間,加上政府政策面的不斷支持,中國鋰電產業鏈投資熱度不減,行業內無序競爭加劇。

低端製造環節產能嚴重過剩,高端環節投入不足,鋰電原材料價格持續回落。 從產業發展路徑上,立足于消費電子領域,以電動工具和電動腳踏車等中小鋰電電池作為發展契機,再到混動電池最後到純電動電池是正常的發展軌跡。而目前電動工具和電動腳踏車仍以鎳鎘和鉛酸電池為主,鋰電池套用局面發展緩慢;混動主要技術在國外,混動汽車產品也是以外資品牌為主,從國家支持上看,更多傾斜到純電動汽車。但由于純電動的材料和技術距離大規模套用還有距離,導致需求不足,進而使得鋰電池產業鏈面臨投資熱度不減但需求疲軟的尷尬局面。

雖然道路是曲折,但是前景依舊美好,上遊電池材料國內早已走出導入期,步入快速成長期,目前已經涌現出一批具有國際先進水準的材料企業。這些企業專註核心技術開發,針對下遊客戶不同的需求,協同其聯合開發產品。通過自身強大的技術開拓能力和客戶服務能力獲得客戶認可,不斷進入頂尖電池廠商的供應鏈體系。通過協同合作進一步提升自身實力,達到一種良性迴圈。

國內一批材料巨頭企業隨著核心技術的快速進步和市佔率的不斷提升,強者恆強,這是我們重點關註的對象。 從中遊Cell和下遊Pack來看,目前許多重要的消費性裝置都是選擇中國為組裝基地,連帶使得包括日韓電池芯與電池組裝廠也落腳中國,國內廠商的產能同樣快速發展。中遊Cell環節為了應對逐步下滑的產品價格,越來越多的廠商切入電池組裝加工,包括新力、三星、樂金、新能源、比亞迪等,特別在方形電池與聚合物電池,更是全面佔據單電池芯組裝的供給角色。方形電池因大多套用在手機商品,幾乎全部由電池芯廠組裝;聚合物電池單顆電芯幾乎都是電池芯廠完全自主組裝,隻有多串並的套用才會交由組裝廠組裝加工。中遊Cell與下遊Pack從過去的單純上下遊關系逐漸演變成為暨合作又競爭的關系,未來競爭的關系會逐漸加重。

鋰電池材料

鋰電池負極材料大體分為以下幾種:

第一種是碳負極材料: 

目前已經實際用于鋰離子電池的負極材料基本上都是碳素材料,如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。

第二種是錫基負極材料:

錫基負極材料可分為錫的氧化物和錫基復合氧化物兩種。氧化物是指各種價態金屬錫的氧化物。目前沒有商業化產品。

第三種是含鋰過渡金屬氮化物負極材料,目前也沒有商業化產品。

第四種是合金類負極材料:

包括錫基合金、矽基合金、鍺基合金、鋁基合金、銻基合金、鎂基合金和其它合金 ,目前也沒有商業化產品。

第五種是納米級負極材料:納米碳管、納米合金材料。

第六種納米材料是納米氧化物材料:目前合肥翔正化學科技有限公司根據2009年鋰電池新能源行業的市場發展最新動向,諸多公司已經開始使用納米氧化鈦和納米氧化矽增加在以前傳統的石墨,錫氧化物,納米碳管裏面,極大的提高鋰電池的沖放電量和充放電次數。

技術工藝,是衡量一個企業是否具有先進性,是否具備市場競爭力,是否能不斷領先于競爭者的重要指標依據。隨著我國鋰電池材料市場的迅猛發展,與之相關的核心生產技術套用與研發必將成為業內企業關註的焦點。了解鋰電池材料生產核心技術的研發動向、工藝設備、技術套用及趨勢對于企業提升產品技術規格,提高市場競爭力十分關鍵。

導電塗層

導電塗層也稱為預塗層,在鋰電池行業內通常指塗覆于正極集流體——鋁箔表面的一層導電塗層,塗覆導電塗層的鋁箔稱為預塗層鋁箔或簡稱塗層鋁箔,其最早在電池中的實驗可以追溯到70年代,而近幾年隨著新能源行業,特別是磷酸鐵鋰電池的發展而風生水起,成為業內大受歡迎的新技術或新材料

性能

導電塗層在鋰電池中能夠有效提高極片附著力,減少粘結劑的使用量,同時對于電池的電性能也有顯著提升。

1. 接觸電阻下降40%

2. 膠黏劑用量降低50%

3. 同倍率下,電池電壓平台提升20%

4. 材料與集流體附著力提高30%,經過長期迴圈不會有脫層現象

鋰電池塗碳鋁箔使用說明

一、材質說明

塗碳鋁箔是由導電碳為主的復合型漿料與高純度的電子鋁箔,以轉移式塗覆工藝製成。

二、套用範圍

Ø細顆粒活性物質的功率型鋰電池

Ø正極為磷酸亞鐵鋰

Ø正極為細顆粒的三元/錳酸鋰

Ø用于超級電容器、鋰一次電池(鋰亞、鋰錳、鋰鐵、扣式等)替代蝕刻鋁箔

三、對電池/電容的性能作用

Ø抑製電池極化,減少熱效應,提高倍率性能;

Ø降低電池內阻,並明顯降低了迴圈過程的動態內阻增幅;

Ø提高一致性,增加電池的迴圈壽命;

Ø提高活性物質與集流體的粘附力,降低極片製造成本;

Ø保護集流體不被電解液腐蝕;

Ø提高磷酸鐵鋰電池的高、低溫性能,改善磷酸鐵鋰、鈦酸鋰材料的加工性能。

四、建議參數

對應塗覆的活性物質D50最好不大于4~5μm,壓實密度不大于2.25g/cm,比表面積在13~18㎡/g範圍內。

五、使用中的註意事項

1.存儲要求:在溫度為25±5℃、濕度為不超過50%的環境中,運輸時須避免空氣和水蒸氣對鋁箔的侵蝕;

2.本產品分為A、B兩款,各自的關鍵特徵為:A款面板為黑色,常規塗層厚度為雙面4~8μm,導電性能較更為突出;B款面板為淡灰色,常規塗層厚度為雙面2~3μm,塗層區可做較少層的焊接,並可以塗布機識別跳間隙;

3.B款(灰色)塗碳鋁箔可以在塗層區直接做超聲焊,隻適合卷繞式電池焊接極耳(極片最多2-3層),但超聲的功率、時間需做一些微調;

4.碳層的散熱性要比鋁箔差些,故做塗布時需對帶速與烘烤溫度適當微調;

5.本產品對鋰電池與電容的綜合性能有較可觀的提升,但不可作為改變電池某方面性能的主要因素,如電池能量密度、高低溫性能、高電壓等等。

鋰電池鼓殼

一、鋰電池外殼特徵

鋰,原子序數3,原子量6.941,是最輕的鹼金屬元素。為了提升安全性及電壓,科學家們發明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結構,形成了納米等級的細小儲存格子,可用來儲存鋰原子。這樣一來,即使是電池外殼破裂,氧氣進入,也會因氧分子太大,進不了這些細小的儲存格,使得鋰原子不會與氧氣接觸而避免爆炸。

鋰離子電池的這種原理,使得 人們在獲得它高容量密度的同時,也達到安全的目的。 鋰離子電池充電時,正極的鋰原子會喪失電子,氧化為鋰離子。鋰離子經由電解液遊到負極去,進入負 極的儲存格,並獲得一個電子,還原為鋰原子。放電時,整個程式倒過來。為了防止電池的正負極直接碰觸 而短路,電池內會再加上一種擁有眾多細孔的隔膜紙,來防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過高時, 自動關閉細孔,讓鋰離子無法穿越,以自廢武功,防止危險發生。

保護措施

鋰電池芯過充到電壓高于 4.2V 後,會開始產生副作用。過充電壓愈高,危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓 高于 4.2V 後, 正極材料內剩下的鋰原子數量不到一半, 此時儲存格常會垮掉, 讓電池容量產生永久性的下降。 如果繼續充電,由于負極的儲存格已經裝滿了鋰原子,後續的鋰金屬會堆積于負極材料表面。這些鋰原子會 由負極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結晶。這些鋰金屬結晶會穿過隔膜紙,使正負極短路。有時在短路 發生前電池就先爆炸,這是因為在過充過程,電解液等材料會裂解產生氣體,使得電池外殼或壓力閥鼓漲破 裂,讓氧氣進去與堆積在負極表面的鋰原子反應,進而爆炸。因此,鋰電池充電時,一定要設定電壓上限, 才可以同時兼顧到電池的壽命、容量、和安全性。最理想的充電電壓上限為 4.2V。 鋰電芯放電時也要有電壓下限。 當電芯電壓低于 2.4V 時, 部分材料會開始被破壞。 又由于電池會自放電, 放愈久電壓會愈低,因此,放電時最好不要放到 2.4V 才停止。鋰電池從 3.0V 放電到 2.4V 這段期間,所釋放 的能量隻佔電池容量的 3%左右。因此,3.0V 是一個理想的放電截止電壓。 充放電時,除了電壓的限製,電流的限製也有其必要。電流過大時,鋰離子來不及進入儲存格,會聚集 于材料表面。這些鋰離子獲得電子後,會在材料表面產生鋰原子結晶,這與過充一樣,會造成危險性。萬一 電池外殼破裂,就會爆炸。 因此,對鋰離子電池的保護,至少要包含:充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項。一般鋰電 池組內,除了鋰電池芯外,都會有一片保護板,這片保護板主要就是提供這三項保護。但是,保護板的這三 項保護顯然是不夠的,全球鋰電池爆炸事件還是頻傳。要確保電池系統的安全性,必須對電池爆炸的原因, 進行更仔細的分析。

二、爆炸的原因分析

1、內部極化較大

2、極片吸水,與電解液發生反應氣鼓

3、電解液本身的質量,性能問題

4、註液時候註液量達不到工藝要求

5、裝配製程中雷射焊焊接密封性能差,漏氣,測漏氣時漏測

6、粉塵,極片粉塵首先易導致微短路

7、正負極片較工藝範圍偏厚,入殼難

8、註液封口問題,鋼珠密封性能不好導致氣鼓

9、殼體來料存在殼壁偏厚,殼體變形影響厚度.

三、爆炸類型分析

爆炸類型分析 電池芯爆炸的類形可歸納為外部短路、內部短路、及過充三種。此處的外部系指電芯的外部,包含了電 池組內部絕緣設計不良等所引起的短路。 當電芯外部發生短路,電子組件又未能切斷回路時,電芯內部會產生高熱,造成部分電解液汽化,將電 池外殼撐大。當電池內部溫度高到 135 攝氏度時,質量好的隔膜紙,會將細孔關閉,電化學反應終止或近乎 終止,電流驟降,溫度也慢慢下降,進而避免了爆炸發生。但是,細孔關閉率太差,或是細孔根本不會關閉 的隔膜紙,會讓電池溫度繼續升高,更多的電解液汽化,最後將電池外殼撐破,甚至將電池溫度提高到使材 料燃燒並爆炸。

內部短路主要是因為銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜,或是鋰原子的樹枝狀結晶穿破膈膜所造成。這些細小 的針狀金屬,會造成微短路。由于,針很細有一定的電阻值,因此,電流不見得會很大。銅鋁箔毛刺系在生 產過程造成,可觀察到的現象是電池漏電太快,多數可被電芯廠或是組裝廠篩檢出來。而且,由于毛刺細小, 有時會被燒斷,使得電池又恢復正常。因此,因毛刺微短路引發爆炸的機率不高。 這樣的說法,可以從各電芯廠內部都常有充電後不久,電壓就偏低的不良電池,但是卻鮮少發生爆炸事 件,得到統計上的支持。因此,內部短路引發的爆炸,主要還是因為過充造成的。

因為,過充後極片上到處 都是針狀鋰金屬結晶,刺穿點到處都是,到處都在發生微短路。因此,電池溫度會逐漸升高,最後高溫將電 解液氣體。這種情形,不論是溫度過高使材料燃燒爆炸,還是外殼先被撐破,使空氣進去與鋰金屬發生激烈 氧化,都是爆炸收場。 但是過充引發內部短路造成的這種爆炸,並不一定發生在充電的當時。有可能電池溫度還未高到讓材料 燃燒、產生的氣體也未足以撐破電池外殼時,消費者就終止充電,帶手機出門。這時眾多的微短路所產生的 熱,慢慢的將電池溫度提高,經過一段時間後,才發生爆炸。消費者共同的描述都是拿起手機時發現手機很 燙,扔掉後就爆炸。 綜合以上爆炸的類型,我們可以將防爆重點放在 過充的防止、外部短路的防止、及提升電芯安全性三方 防爆重點放在 面。其中過充防止及外部短路防止屬于電子防護,與電池系統設計及電池組裝有較大關系。電芯安全性提升 之重點為化學與機械防護,與電池芯製造廠有較大關系。

四、設計規範

由于全球手機有數億隻,要達到安全,安全防護的失敗率必須低于一億分之一。由于,電路板的故障率 一般都遠高于一億分之一。因此,電池系統設計時,必須有兩道以上的安全防線。常見的錯誤設計是用充電 器(adaptor)直接去充電池組。這樣將過充的防護重任,完全交給電池組上的保護板。雖然保護板的故障率不高,但是,即使故障率低到百萬分之一,機率上全球還是天天都會有爆炸事故發生。 電池系統如能對過充、過放、過電流都分別提供兩道安全防護,每道防護的失敗率如果是萬分之一,兩 道防護就可以將失敗率降到一億分之一。常見的電池充電系統方塊圖如下,包含充電器及電池組兩大部分。

①充電器又包含適配器(Adaptor)及充電控製器兩部分。適配器將交流電轉為直流電,充電控製器則限製直流 電的最大電流及最高電壓。

②電池組包含保護板及電池芯兩大部分,以及一個 PTC 來限定最大電流。下面圖中 適配器交流變直流文字方塊作用:電控製器限流限壓。充電器文字方塊作用: 保護板過充、 過放、過流等防護。 電池組文字方塊作用: 限流片。電池芯以手機電池系統為例,過充防護系 統利用充電器輸出電壓設定在 4.2V 左右,來達到第一層防護,這樣就算電池組上的保護板失效,電池也不會 被過充而發生危險。第二道防護是保護板上的過充防護功能,一般設定為 4.3V。這樣,保護板平常不必負責 切斷充電電流,隻有當充電器電壓異常偏高時,才需要動作。過電流防護則是由保護板及限流片來負責,這 也是兩道防護,防止過電流及外部短路。由于過放電隻會發生在電子產品被使用的過程。因此,一般設計是 由該電子產品的線路板來提供第一道防護,電池組上的保護板則提供第二道防護。當電子產品偵測到供電電 壓低于 3.0V 時,應該自動關機。如果該產品設計時未設計這項功能,則保護板會在電壓低到 2.4V 時,關閉 放電回路。

總論:電池系統設計時,必須對過充、過放、與過電流分別提供兩道電子防護。把保護板拿掉後充電,如果電池會爆炸就代表設計不良。 把保護板拿掉後充電,如果電池會爆炸就代表設計不良。 上述方法雖然提供了兩道防護,但是由于消費者在充電器壞掉後,常會買非原廠充電器來充電,而充電 器業者,基于成本考慮,常將充電控製器拿掉,來降低成本。結果,劣幣驅逐良幣,市面上出現了許多劣質 充電器。這使得過充防護失去了第一道也是最重要的一道防線。而過充又是造成電池爆炸的最重要因素,因 此,劣質充電器可以稱得上是電池爆炸事件的元凶。 當然,並非所有的電池系統都採用如上圖的方案。在有些情況下,電池組內也會有充電控製器的設計。

例如:許多筆記型電腦的外加電池棒,就有充電控製器。這是因為筆記型電腦一般都將充電控製器做在 電腦內,隻給消費者一個適配器。因此,筆記型電腦的外加電池組,就必須有一個充電控製器,才能確 保外加電池組在使用適配器充電時的安全。另外,使用汽車點煙器充電的產品,有時也會將充電控製器做在 電池組內。 最後的防線:如果電子的防護措施都失敗了,最後的一道防線,就要由電芯來提供了。電芯的安全層級, 可依據電芯能否通過外部短路和過充來大略區分等級。由于,電池爆炸前,如果內部有鋰原子堆積在材料表 面,爆炸威力會更大。而且,過充的防護常因消費者使用劣質充電器而隻剩一道防線,因此,電芯抗過充能 力比抗外部短路的能力更重要。 鋁殼電芯與鋼殼電芯安全性比較 鋁殼相對于鋼殼具有很高的安全優勢。

鋰電池正、 負極碳管? 鋰離子電池正、負極活性材內為何要加 VGCF 碳管?

1. 不管正或負極活性材都會有膨脹收縮的問題,一般負極碳材有 20%(理論值:10.5%)膨脹收縮率, 而像 LFP 正極材料有 6%(理論值:2 %左右)膨脹收收率。當多次充放電中,其正、負活性材顆粒與顆粒之 間接觸少、間隙加大,甚至有些脫離集電極,導致電子與離子傳輸路徑斷續不連續相,成為死的活性材,不 再參與電極反應。因此迴圈使用壽命下降。VGCF 碳管有很大的長徑比,即使正、負活性材膨脹收縮後,其活 性材顆粒間之間隙,可藉由 VGCF 碳管架橋連線,電子與離子傳輸不會間斷。

鋰原電池

鋰--二氧化錳電池(CR)

以金屬鋰為負極,以經過熱處理的二氧化錳為正極,隔離膜採用PP或PE膜,圓柱型電池與鋰離子電池隔膜一樣,電解液為高氯酸鋰的有機溶液,圓柱式或扣式。電池需要在濕度≤1%的幹燥環境下生產。

特點:低自放電率,年自放電可≤1%,全密封(金屬焊接,lazer seal)電池可滿足10年壽命,半密封電池一般是5年,如果工作控製不好的話,還達不到這個壽命。在圓柱型鋰錳電池開發方面做得比較好的億緯,目前已實現自動化生產,電池可以做到短路、過放電等測試不爆炸。

一般在台式電腦的主機板上,有一個扣式的鋰電池,提供微弱的電流,可以正常使用3年左右,一些賓館的門禁卡、儀器儀表等也使用鋰--二氧化錳電池,近年來使用量逐年下降。

鋰--亞硫酰氯電池

以金屬鋰為負極,正極和電解液為亞硫酰氯(氯化亞碸),圓柱式電池,裝配完成即有電,電壓3.6V,是工作電壓最平穩的電池種類之一,也是目前單位體積(質量)容量最高的電池。適合在不能經常維護的電子儀器設備上使用,提供細微的電流。

其他鋰電池還有鋰--硫化亞鐵電池、鋰--二氧化硫電池等。

鋰離子電池

鋰離子電池目前由液態鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)兩類。其中,液態鋰離子電池是指 Li +嵌入化合物為正、負極的二次電池。正極採用鋰化合物LiCoO?或LiMn?O?,負極採用鋰-碳層間化合物。鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質量輕、能量高、無記憶效應、無污染、自放電小、迴圈壽命長,是21世紀發展的理想能源。

1992年Sony成功開發鋰離子電池。它的實用化,使人們的行動電話、筆電等攜帶型電子設備重量和體積大大減小。使用時間大大延長。由于鋰離子電池中不含有重金屬鎘,與鎳鎘電池相比,大大減少了對環境的污染。

鋰電池

鋰電池的污染還是有的。

鋰電池的結構

鋰電池通常有兩種外型:圓柱型和方型。電池內部採用螺旋繞製結構,用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。正極包括由鈷酸鋰(或鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰等)及鋁箔組成的電流收集極。負極由石墨化碳材料和銅箔組成的電流收集極組成。電池內充有有機電解質溶液。另外還裝有安全閥和PTC元件(部分圓柱式使用),以便電池在不正常狀態及輸出短路時保護電池不受損壞。

鋰電池 鋰電池

單節鋰電池的電壓為3.7V(磷酸亞鐵鋰正極的為3.2V),電池容量也不可能無限大,因此,常常將單節鋰電池進行串、並聯處理,以滿足不同場合的要求。

鋰電池的套用

隨著二十世紀微電子技術的發展,小型化的設備日益增多,對電源提出了很高的要求。鋰電池隨之進入了大規模的實用階段。

最早得以套用的是鋰亞原電池,用于心髒起搏器中。由于鋰亞電池的自放電率極低,放電電壓十分平緩。使得起搏器植入人體長期使用成為可能。

鋰錳電池一般有高于3.0伏的標稱電壓,更適合作積體電路電源,廣泛用于電腦、電腦、手表中。

現在,鋰離子電池大量套用在手機、筆電、電動工具、電動車、路燈備用電源、航燈、家用小電器上,可以說是最大的套用群體。

研究與發展前景

為了開發出性能更優異的品種,人們對各種材料進行了研究。從而製造出前所未有的產品。比如,鋰二氧化硫電池和鋰亞硫酰氯電池就非常有特點。它們的正極活性物質同時也是電解液的溶劑。這種結構隻有在非水溶液的電化學體系才會出現。所以,鋰電池的研究,也促進了非水體系電化學理論的發展。除了使用各種非水溶劑外,人們還進行了聚合物薄膜電池的研究。

鋰電池

鋰電池廣泛套用于水力、火力、風力和太陽能電站等儲能電源系統,郵電通訊的不間斷電源,以及電動工具、電動腳踏車、電動機車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領域。

鋰離子電池以其特有的性能優勢已在攜帶型電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍套用。目前開發的大容量鋰離子電池已在電動汽車中開始試用,預計將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一,並將在人造衛星、航空航天和儲能方面得到套用。隨著能源的緊缺和世界的環保方面的壓力。鋰電現在被廣泛套用于電動車行業,特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現,更推動了鋰電池產業的發展和套用。

“超級”鋰電池

剛研發出來的超級鋰電池能在短時間迅速充電完成,例如手機充電一般20秒,這種電池有可能加大電池未來的使用領域,例如使用在電動汽車上,使中途充電如加油一般方便。

主要特點

鋰電池主要優點: 1.能量比較高。具有高儲存能量密度,目前已達到460-600Wh/kg,是鉛酸電池的約6-7倍;

2.使用壽命長,使用壽命可達到6年以上,磷酸亞鐵鋰為正極的電池1C(100%DOD)充放電,有可以使用10,000次的記錄;

3.額定電壓高(單體工作電壓為3.7V或3.2V),約等于3隻鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯電壓,便于組成電池電源組;

4.具備高功率承受力,其中電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力,便于高強度的啓動加速;

5.自放電率很低,這是該電池最突出的優越性之一,目前一般可做到1%/月以下,不到鎳氫電池的1/20;

6.重量輕,相同體積下重量約為鉛酸產品的1/6-1/5;

7.高低溫適應性強,可以在-20℃--60℃的環境下使用,經過工藝上的處理,可以在-45℃環境下使用;

8.綠色環保,不論生產、使用和報廢,都不含有、也不產生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質。

9.生產基本不消耗水,對缺水的我國來說,十分有利。

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)。

主要缺點

1.鋰原電池均存在安全性差,有發生爆炸的危險。

2.鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電,安全性較差。

3.鋰離子電池均需保護線路,防止電池被過充過放電。

4.生產要求條件高,成本高。

安全設計

為了避免因使用不當造成電池過放電或者過充電,在單體鋰離子電池內設有三重保護機構。一是採用開關元件,當電池內的溫度上升時,它的阻值隨之上升,當溫度過高時,會自動停止供電;二是選擇適當的隔板材料,當溫度上升到一定數值時,隔板上的微米級微孔會自動溶解掉,從而使鋰離子不能通過,電池內部反應停止;三是設定安全閥(就是電池頂部的放氣孔),電池內部壓力上升到一定數值時,安全閥自動開啟,保證電池的使用安全性。

有時,電池本身雖然有安全控製措施,但是因為某些原因造成控製失靈,缺少安全閥或者氣體來不及通過安全閥釋放,電池內壓便會急劇上升而引起爆炸。

一般情況下,鋰離子電池儲存的總能量和其安全性是成反比的,隨著電池容量的增加,電池體積也在增加,其散熱性能變差,出事故的可能性將大幅增加。對于手機用鋰離子電池,基本要求是發生安全事故的概率要小于百萬分之一,這也是社會公眾所能接受的最低標準。而對于大容量鋰離子電池,特別是汽車等用大容量鋰離子電池,採用強製散熱尤為重要。

選擇更安全的電極材料,選擇錳酸鋰材料,在分子結構方面保證了在滿電狀態,正極的鋰離子已經完全嵌入到負極炭孔中,從根本上避免了枝晶的產生。同時錳酸鋰穩固的結構,使其氧化性能遠遠低于鈷酸鋰,分解溫度超過鈷酸鋰100℃,即使由于外力發生內部短路(針刺),外部短路,過充電時,也完全能夠避免了由于析出金屬鋰引發燃燒、爆炸的危險。

另外,採用錳酸鋰材料還可以大幅度降低成本。

提高現有安全控製技術的性能,首先要提高鋰離子電池芯的安全性能,這對大容量電池尤為重要。選擇熱關閉性能好的隔膜,隔膜的作用是在隔離電池正負極的同時,允許鋰離子的通過。當溫度升高時,在隔膜熔化前進行關閉,從而使內阻上升至2000歐姆,讓內部反應停止下來。

當內部壓力或溫度達到預置的標準時,防爆閥將開啟,開始進行卸壓,以防止內部氣體積累過多,發生形變,最終導致殼體爆裂。

提高控製靈敏度、選擇更靈敏的控製參數和採用多個參數的聯合控製(這對于大容量電池尤為重要)。對于大容量鋰離子電池組是串/並聯的多個電芯組成,如筆電的電壓為10V以上,容量較大,一般採用3~4個單電池串聯就可以滿足電壓要求,然後再將2~3個串聯的電池組並聯,以保證較大的容量。

大容量電池組本身必須設定較為完善的保護功能,還應考慮兩種電路基板模組:保護電路基板(Protection Board PCB)模組及Smart Battery Gauge Board模組。整套的電池保護設計包括:第1級保護IC(防止電池過充、過放、短路),第2級保護IC(防止第2次過壓)、保險絲、LED指示、溫度調節等部件。

在多級保護機製下,即使是在電源充電器、筆電出現異常的情況下,筆記本電池也隻能轉為自動保護狀態,如果情況不嚴重,往往在重新插拔後還能正常工作,不會發生爆炸。

目前,筆電和手機使用的鋰離子電池所採用的底層技術是不安全的,需要考慮更安全的結構。

總之,隨著材料技術的進步和人們對鋰離子電池設計、製造、檢測和使用諸方面要求的認識不斷加深,未來的鋰離子電池會變得更安全。

充電知識

新電池切勿過充

目前市面上所使用的二次電池主要有鎳氫(Ni-MH)與鋰離子(Li-ion)兩種類型。鋰離子電池中已經量產的有液體鋰離子電池(LiB)和聚合物鋰離子電池(LiP)兩種。所以在許多情況下,電池上標註了Li-ion的,一定是鋰離子電池。但不一定就是液體鋰離子電池,也有可能是聚合物鋰離子電池。在使用鋰電池中應註意的是,電池放置一段時間後則進入休眠狀態,此時容量低于正常值,使用時間亦隨之縮短。但鋰電池很容易激活,隻要經過3-5次正常的充放電迴圈就可激活電池,恢復正常容量。由于鋰電池本身的特徵,決定了它幾乎沒有記憶效應。因此使用者手機中的新鋰電池在激活過程中,是不需要特別的方法和設備的。不僅理論上是如此,從我自己的實踐來看,從一開始就採用標準方法充電這種“自然激活”方式是最好的。

對于新買的鋰離子電池的“激活”問題,眾多的說法是:充電時間一定要超過12小時,反復做三次,以便 激活 電池。這種“前三次充電要充12小時以上”的說法,明顯是從鎳電池(如鎳鎘和鎳氫)延續下來的說法。所以這種說法,可以說一開始就是誤傳。鋰電池和鎳電池的充放電特徵有非常大的區別,而且可以非常明確的告訴大家,所有嚴肅的正式技術資料都強調過充和過放電會對鋰電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標準時間和標準方法充電,特別是不要進行超過12個小時的超長充電。

那麽電池需要激活嗎?答案是肯定的,需要激活!但是,這個過程是由生產廠家完成的,與使用者無關,使用者也沒有能力完成。鋰電池真正的激活過程是這樣的:鋰離子電池殼灌輸電解液--封口--化成,就是恆壓充電,然後放電,如此進行幾個迴圈,使電極充分浸潤電解液充分活化,直至容量達到要求為止,這個就是激活過程--分容,也就是說出廠後鋰離子電池到使用者手上已經是激活過的了。另外,其中有些電池的激活過程需要電池處于開口狀態,激活以後再封口,除非您擁有了電芯生產設備,否則如何完成?

可是為什麽有些產品的說明書上寫著,建議使用者前三次使用,要對手機進行完全的充放電呢?難道這不是激活嗎?其實事實是這樣的,在電池出廠,然後銷售,再到使用者的手中,會經歷一段時間,一個月或者幾個月,這樣一來,電池的電極材料就會“鈍化”,此時容量低于正常值,使用時間亦隨之縮短。但鋰電池很容易 激活,隻要經過3—5次正常的充放電迴圈就可 激活 電池,恢復正常容量。由于鋰電池本身的特徵,決定了它幾乎沒有記憶效應。因此使用者新鋰電池在激活過程中,是不需要特別的方法和設備的。

長充、深充的危險

長充可能導致過充。鋰電池或充電器在電池充滿後都會自動停充,並不存在鎳電充電器所謂的持續10幾小時的“涓流”充電。也就是說,如果你的鋰電池在充滿後,放在充電器上也是白充。而我們誰都無法保證電池的充放電保護電路的特徵永不變化和質量的萬無一失,所以你的電池將長期處在危險的邊緣徘徊。這也是我們反對長充電的另一個理由。

在對某些機器上,充電超過一定的時間後,如果不去取下充電器,這時系統不僅不停止充電,還將開始放電-充電迴圈。也許這種做法的廠商自有其目的,但顯然對電池的壽命而言是不利的。同時,長充電需要很長的時間,往往需要在夜間進行,而以我國電網的情況看,許多地方夜間的電壓都比較高,而且波動較大。前面已經說過,鋰電池是很嬌貴的,它比鎳電在充放電方面耐波動的能力差得多,于是這又帶來附加的危險。

事實上,淺放淺充對于鋰電更有益處,隻有在產品的電源模組為鋰電做校準時,才有深放深充的必要。所以,使用鋰電供電的產品不必拘泥于過程,一切以方便為先,隨時充電。

過充、過放的危害

鋰離子電池的額定電壓,因為近年材料的變化,一般為3.7V,磷酸鐵鋰(以下稱磷鐵)正極的則為3.2V。充滿電時的終止充電電壓一般是4.2V,磷鐵3.65V。鋰離子電池的終止放電電壓為2.75V~3.0V(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,一般為3.0V,磷鐵為2.5V)。低于2.5V(磷鐵2.0V)繼續放電稱為過放,低電壓的過放或自放電反應會導致鋰離子活性物質分解破壞,並不一定可以還原。而鋰離子電池任何形式的過充都會導致電池性能受到嚴重破壞,甚至爆炸。鋰離子電池在充電過程必需避免對電池產生過充。

電池壽命

參考電池壽命

鋰離子電池隻能充放電500次?

相信絕大部分消費者都聽說過,鋰電池的壽命是“500次”,500次充放電,超過這個次數,電池就“壽終正寢”了,許多朋友為了能夠延長電池的壽命,每次都在電池電量完全耗盡時才進行充電,這樣對電池的壽命真的有延長作用嗎?答案是否定的。 鋰電池的壽命是“500次”,指的不是充電的次數,而是一個充放電的周期。

一個充電周期意味著電池的所有電量由滿用到空,再由空充到滿的過程,這並不等同于充一次電。比如說,一塊鋰電在第一天隻用了一半的電量,然後又為它充滿電。如果第二天還如此,即用一半就充,總共兩次充電下來,這隻能算作一個充電周期,而不是兩個。因此,通常可能要經過好幾次充電才完成一個周期。每完成一個充電周期,電池容量就會減少一點。不過,這個電量減少幅度非常小,高品質的電池充過多次周期後,仍然會保留原始容量的 80%,很多鋰電供電產品在經過兩三年後仍然照常使用。當然,鋰電壽命到了最終後仍是需要更換的。

而所謂500次,是指廠商在恆定的放電深度(如80%)實現了625次左右的可充次數,達到了500個充電周期。

(80%*625=500)(忽略鋰電池容量減少等因素)

而由于實際生活的各種影響,特別是充電時的放電深度不是恆定的, 所以"500個充電周期"隻能作為參考電池壽命。

壽命及影響因素

鋰電池一般能夠充放300-500次。最好對鋰電池進行部分放電,而不是完全放電,並且要盡量避免經常的完全放電。一旦電池下了生產線,時鍾就開始走動。不管你是否使用,鋰電池的使用壽命都隻在最初的幾年。電池容量的下降是由于氧化引起的內部電阻增加(這是導致電池容量下降的主要原因)。最後,電解槽電阻會達到某個點,盡管這時電池充滿電,但電池不能釋放已儲存的電量。

鋰電池的老化速度是由溫度和充電狀態而決定的。下表說明了兩種參數下電池容量的降低。

溫度 充電 40% 充電100%

0°C 一年後容量98% 一年後容量94%

25°C 一年後容量96% 一年後容量80%

40°C 一年後容量85% 一年後容量65%

60°C 一年後容量75% 三個月後容量60%

由圖可見,高充電狀態和增加的溫度加快了電池容量的下降。

如果可能的話,盡量將電池充到40%放置于陰涼地方。這樣可以在長時間的儲存期內使電池自身的保護電路運作。如果充滿電後將電池置于高溫下,這樣會對電池造成極大的損害。(因此當我們使用固定電源的時候,此時電池處于滿充狀態,溫度一般是在25-30°C之間,這樣就會損害電池,引起其容量下降)。

影響因素1:放電深度與可充電次數

鋰電池

由實驗得出的左圖資料可以知道,可充電次數和放電深度有關,電池放電深度越深,可充電次數就越少。

可充電次數*放電深度=總充電周期完成次數,總充電周期完成次數越高,代表電池的壽命越高,即可充電次數*放電深度 = 實際電池壽命(忽略其他因素)

影響因素2:過充、過放、以及大的充電和放電電流

避免對電池產生過充,鋰離子電池任何形式的過充都會導致電池性能受到嚴重破壞,甚至爆炸。

避免低于2V或2.5V的深度放電,因為這會迅速永久性損壞鋰離子電池。可能發生內部金屬鍍敷,這會引起短路,使電池不可用或不安全。

大多數鋰離子電池在電池組內部都有電子電路,如果充電或放電時電池電壓低于2.5V、超過4.3V或如果電池電流超過預定門限值,該電子電路就會斷開電池連線。

避免大的充電和放電電流,因為大電流給電池施加了過大的壓力。

影響因素3:過熱或過冷環境  

溫度對鋰電池壽命也有較大的影響。冰點以下環境有可能使鋰電池在電子產品開啟的瞬間燒毀,而過熱的環境則會縮減電池的容量。因此,如果筆記本長期使用外接電源也不將電池取下來,電池就長期處于筆記本排出的高熱當中,很快就會報廢。

影響因素4:長時間滿電、無電狀態

過高和過低的電量狀態對鋰電池的壽命有不利影響。大多數售賣電器或電池上標識的可反復充電次數,都是以放電80%為基準測試得出的。實驗表明,對于一些筆電的鋰電池,經常讓電池電壓超過標準電壓0.1伏特,即從4.1伏上升到4.2伏,那麽電池的壽命會減半,再提高0.1伏,則壽命減為原來的1/3;給電池充電充得越滿,電池的損耗也會越大。長期低電量或者無電量的狀態則會使電池內部對電子移動的阻力越來越大,于是導致電池容量變小。鋰電池最好是處于電量的中間狀態,那樣的話電池壽命最長。

由上可以總結出以下幾點可延長鋰電池容量和壽命的註意事項

1.如果長期用外接電源為筆電供電,或者電池電量已經超過80%,馬上取下電池。平時充電不需將電池充滿,充至80%左右即可。調整作業系統的電源選項,將電量警報調至20%以上,平時電池電量最低不要低于20%。

2.手機等小型電子設備,充好電就應立刻斷開電源線 (包括充電功能的USB接口),一直連線會損害電池。要經常充電,但不必非得把電池充滿。

3.無論是對筆記本還是手機等,都一定不要讓電池耗盡(自動關機)。

4.如果要外出旅行,可把電池充滿,但在條件允許的情況下隨時為電器充電。

5.使用更為智慧型省電的作業系統。

註意事項

第一,鋰離子電池在人們的生活中隨處可見,各種攜帶型電子產品、車載GPS等,鋰離子電池成為維持這些工具運轉的重要部件。保持鋰離子電池適度充電、放電可延長電池壽命。鋰離子電池電量維持在10%~90%有利于保護電池。這意味著,給手機、筆電等數碼產品的電池充電時,無需達到最大值。

配有鋰離子電池的數碼產品暴露在日照下或者存放在炎熱的汽車內,最好將這些產品處于關閉狀態,原因是如果運行溫度超過60攝氏度,鋰離子電池會加速老化。鋰電池充電溫度範圍:0~45攝氏度,鋰電池放電溫度範圍0~60攝氏度。

第二,如果手機電池每天都需充電,原因可能是這塊電池存在缺陷,或者是它該“退休”了。

對筆記本所有者而言,如果長時間插上插頭,最好取下電池(電腦在使用過程中產生的高熱量對筆記本電池不利)。

第三,通常情況下,50%電量最利于鋰離子電池儲存。

充電的正確做法

歸結起來,對鋰電池在使用中的充放電問題最重要的提示是:

1.按照標準的時間和程式充電,即使是新鋰電池,前三次也要如此進行;

2、當出現機器電量過低提示時,應該盡量及時開始充電(不要等到自動關機);

3.鋰電池的激活並不需要特別的方法,在機器正常使用中鋰電池會自然激活。 如果你執意要用流傳的“前三次12小時長充電” 激活 “方法,實際上也不會有效果。

因此,所有追求12小時超長充電和把單電芯鋰電池用到自動關機的做法,都是錯誤的。如果你以前是按照錯誤的說法做的,請你及時改正,也許為時還不晚。

建議

每塊手機電池的壽命的確是恆定的,由它的充電迴圈次數決定,一般為400-600次。但使用者的使用習慣也會對電池產生較大的影響。不良的使用習慣,比如過度充電、過度放電、高溫放置環境等,都會對電池造成不可逆傷害,令電池折壽,有時還可能存在安全隱患。另外,通過關閉閒置程式,合理省電,把每一滴電量都用到刀刃上,在有限的電量裏做更有意義的事情。

養成良好的使用習慣,不要等到徹底沒電再充電,也不要長時間連續過度充電等。鋰離子喜歡淺放淺充。當然,對于一個普通使用者來說,要時時記住何時該充電或關閉軟體等省電操作非常困難。金山電池醫生可一鍵智慧型實現這一目標,並且提供可根據自己實際生活習慣自定義的系統模式,幫助使用者更加合理地使用好手機電量。

(來自移動設備電池白皮書)

筆電電池校正

筆記本續航時間變短是因為電池在多次的充電和放電過程中,筆記本BIOS系統對電池電量產生了誤判,這樣的情況下,我們可以通過“電池校正”方法讓筆記本剩餘的電量充分發揮出來。下面給大家介紹兩種方法來校正筆記本電池。

標準校正法:用筆記本BIOS中的電池校正功能

很多品牌的筆電在其BIOS裏面都集成了電池校正的程式,一般英文的說法叫做“Battery Calibration”,即“電池電量校對”。直接進入本本BIOS就能完成電池校正的操作。

1、開機,出現開機畫面後按F2進入BIOS選單;通過左右方向鍵,選擇進入Power選單。

2、進入Power選單,就能看到“Start Battery Calibration”選項,選中它並按回車鍵執行。

3、這時螢幕會變成藍色,並有英文提示,要求把筆記本的電源適配器插上給電池充電。等電池電量充滿後,螢幕又提示使用者斷開電源適配器。之後筆記本開始持續對電池放電,直到電池電量耗盡。

4、這個過程需要一段時間,等電池耗盡自動關機後,然後接上電源適配器給電池充電,但不要開機。等充電完畢(充電指示燈熄滅)後,電池校正的過程才算完成。

手動校正法:讓筆記本本開機自然放電

有些筆記本在BIOS裏怎麽找也找不到電池校正的選項。難道這樣的筆記本就沒法進行電池校正嗎?通過我們手動的一些設定,讓本本在正常工作中放電直到自動關機。

自然放電的原理

表面上看,電池校正的過程是對電池進行充電和放電,不過它的目的不是像我們所想象的那樣激活電池,因為現在的本本電池都是鋰電池,不存在激活的問題。而充放電的真正目的是讓電腦重新認識電池的容量。所以要盡量把電放幹凈,讓本本工作在較小功率下,這樣校正的效果才好。

1、筆記本在作業系統(以Windows XP為例)中,進入“電源選項”。把“電源使用方案”選擇為“一直開著”,並把“關閉監視器”、“關閉硬碟”設定為最短的時間,而系統待機要設為“從不”。

2、在“電源選項”的“警報”中,取消所有警報選項,目的是讓電池完全耗盡直到關機。

3、設定完畢之後,關閉所有的應用程式,關閉WIFI,拔掉電源適配器,用電池供電。不要做任何操作,直至把電池耗盡後自動關機。放電完畢後,連上電源適配器,把電池充滿,則完成了一次電池校正。

如果給筆記本電池校正後電池的續航能力還不是很明顯,那就可能是電池的本身老化所致的,如果筆記本續航能力正常,不推薦使用電池校正。

行業前景

前瞻產業研究院發布的《中國鋰電池行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告》資料顯示,我國手機產量呈現波動成長趨勢,2007年手機產量為6.06億台,到2012年產量增加到11.82億台,2013年1-10月,我國手機累計產量達到12億台。這主要是我國居民生活水準提高,消費購買力增強對手機需求的拉動所致。

從筆電產量來看,近幾年,我國筆電產量呈逐年上升趨勢,從2005年的4564.99萬台成長到2011年的24408.25萬台,年均復合成長率在32%以上。2012年,我國筆電產量為2.53億台,同比成長9.08%。2013年1-9月,全國筆電累計總產量1.81億台,同比成長6.16%。

前瞻認為,我國消費類電子產品的快速成長是鋰電池產業擴張的主要動力,此外,近年來電動汽車、電動腳踏車等受國家產業政策的支持發展較快,動力鋰電成為鋰電池的潛力領域。

近年來,我國智慧型手機、平板電腦、移動電源等攜帶型消費電子異軍突起,帶動小型鋰電池穩步成長,此外,電動汽車技術日益完善,大型鋰電池的市場需求也逐步釋放。預計未來幾年,這些需求動力仍然存在,鋰電池將保持成長趨勢。

8月6日,工信部披露,上半年我國鋰電池製造企業,累計完成主營收入同比成長17.4%,實現利潤總額同比成長72.8%,完成稅金總額同比成長43.1%。鋰電池行業利潤的快速上升,與新能源汽車的銷售放量密切相關。

資料顯示,7月份我國新能源汽車生產2.04萬輛,同比成長2.5倍,2015年有望完成20萬輛的銷售目標。隨著各地補貼細則相繼落地、充電設施扶持政策出台等因素推動,電動汽車銷售將延續高成長態勢,並給上遊鋰電池企業帶來實質性訂單支撐。

從工信部資料來看,2015年1月至6月,全國規模以上電池製造企業累計完成主營業務收入同比成長0.4%,實現利潤總額同比成長27.3%,完成稅金總額同比成長7.9%。其中,鋰離子電池營收增速和利潤增速,遠高于行業平均水準,表明在新能源汽車、儲能市場加速發展的背景下,鋰電池市場佔比正在快速上升。

長期儲存

1. 鋰原電池

也稱一次鋰電池。可以連續放電,也可以間歇放電。一旦電能耗盡便不能再用,目前在照相機等耗電量較低的電子產品中廣泛使用。 鋰原電池自放電很低,可儲存3年之久,在冷藏的條件下儲存,效果會更好。將鋰原電池存放在低溫的地方,不失是一個好方法。 註意事項:鋰原電池與鋰離子電池不同,鋰原電池不能充電,充電十分危險!

2. 鋰離子電池

也稱二次鋰電池。在20℃下可儲存半年以上,這是由于它的自放電率很低,而且大部分容量可以恢復。

鋰電池存在的自放電現象,如果電池電壓在3.6V以下長時間儲存,會導致電池過放電而破壞電池內部結構,減少電池壽命。因此長期儲存的鋰電池應當每3~6個月補電一次,即充電到電壓為3.8~3.9V(鋰電池最佳儲存電壓為3.85V左右)、保持在40%-60%放電深度為宜,不宜充滿。電池應儲存在4℃~35℃的幹燥環境中或者防潮包裝。 要遠離熱源,也不要置于陽光直射的地方。

鋰電池的套用溫度範圍很廣,在北方的冬天室外,仍然可以使用,但容量會降低很多,如果回到室溫的條件下,容量又可以恢復。

充電放電

1、鋰電池的充電:根據鋰電池的結構特徵,最高充電終止電壓應為4.2V,不能過充,否則會因正極的鋰離子拿走太多,而使電池報廢。其充放電要求較高,可採用專用的恆流、恆壓充電器進行充電。通常恆流充電至4.2V/節後轉入恆壓充電,當恆壓充電電流降至100mA以內時,應停止充電。

充電電流(mA)=0.1~1.5倍電池容量(如1350mAh的電池,其充電電流可控製在135~2025mA之間)。常規充電電流可選擇在0.5倍電池容量左右,充電時間約為2~3小時。

2、鋰電池的放電:因鋰電池的內部結構所致,放電時鋰離子不能全部移向正極,必須保留一部分鋰離子在負極,以保證在下次充電時鋰離子能夠暢通地嵌入通道。否則,電池壽命就相應縮短。為了保證石墨層中放電後留有部分鋰離子,就要嚴格限製放電終止最低電壓,也就是說鋰電池不能過放電。放電終止電壓通常為3.0V/節,最低不能低于2.5V/節。電池放電時間長短與電池容量、放電電流大小有關。電池放電時間(小時)=電池容量/放電電流。鋰電池放電電流(mA)不應超過電池容量的3倍。(如1000mAH電池,則放電電流應嚴格控製在3A以內)否則會使電池損壞。

目前市場上所售鋰電池組內部均封有配套的充放電保護板。隻要控製好外部的充放電電流即可。

型號列表

鋰錳電池常規型號

型號標稱電壓(V)標稱容量(mAh)工作電流(標準電流)(mA)工作電流(連續電流)(mA)工作電流(脈沖電流)(mA)最大尺寸(mm)
直徑*高度
參考質量(g)
CR30323V550mAh0.2mA3.0mA20mA30.0mm*3.2mm6.8g
CR24773v950mAh0.2mA3.0mA20mA24.5mm*7.7mm9.9g
CR24503v550mAh0.2mA3.0mA20mA24.5mm*5.0mm5.8g
CR24303v270mAh0.2mA3.0mA20mA24.5mm*3.0mm4.3g
CR24123v90mAh0.1mA1.0mA15mA24.5mm*1.2mm2.2g
CR23543v530mAh0.2mA3.0mA20mA23.0mm*5.4mm6.3g
CR23353V300mAh0.2mA3.0mA20mA23.0mm*3.5mm4.2g
CR23303V260mAh0.2mA2.0mA20mA23.0mm*3.0mm3.7g
CR23253V190mAh0.2mA2.0mA20mA23.0mm*2.5mm3.2g
CR23203V130mAh0.2mA2.0mA20mA23.0mm*2.0mm2.7g
CR20323V220mAh0.2mA2.0mA20mA20.0mm*3.2mm3.0g
CR20253V150mAh0.2mA2.0mA20mA20.0mm*2.5mm2.5g
CR20163V75mAh0.1mA1.0mA15mA20.0mm*1.6mm1.7g
CR16323V120mAh0.1mA1.0mA15mA16.0mm*3.2mm1.8g
CR16203 V70mAh0.1mA1.0mA10mA16.0mm*2.0mm1.2g
CR16163V50mAh0.1mA1.0mA10mA16.0mm*1.6mm1.1g
CR12253V50mAh0.1mA1.0mA5mA12.5mm*2.5mm0.9g
CR12163V25mAh0.1mA1.0mA5mA12.0mm*1.6mm0.7g
CR10253V30mAh0.1mA1.0mA5mA10.0mm*2.5mm0.6g
CR12203V38mAh0.1mA1.0mA5mA12.0mm*2.0mm0.8g

標準電流是電池能夠提供的額定工作電流;

連續電流是電池能夠連續不斷提供的電流;

脈沖電流是方向不變,強度隨時間周期性改變的電流,也叫脈動電流。

常見型號

對于圓柱形鋰離子電池,其型號一般為5位數位。如下表所示。前兩位數位為電池的直徑,中間兩位數位為電池的高度。單位為毫米。例如18650鋰電池,它的直徑為18毫米,高度為65毫米。

型號直徑(mm)高度(mm)
abcdeabcd

常規型圓柱鋰離子電池型號表

型號額定容量(mAh)標稱電壓(V)放電終止電壓(V)額定充電電壓(V)內阻(mΩ)直徑(mm)高度(mm)參考質量(g)
ICR186501800~26003.6-3.73.04.2≤70186545
ICR1849014003.6-3.73.04.2≤70184934
ICR1465011003.6-3.73.04.2≤80146527
ICR145008003.6-3.73.04.2≤80145021
ICR144307003.6-3.73.04.2≤80144318

動力型圓柱鋰離子電池型號表 

型號額定容量(mAh)標稱電壓(V)放電終止電壓(V)額定充電電壓(V)內阻(mΩ)直徑(mm)高度(mm)參考質量(g)
INR186501200~15003.63.04.2≤60186545
INR1849011003.63.04.2≤60184934

磷酸鐵鋰型圓柱鋰離子電池型號表 

型號額定容量(mAh)標稱電壓(V)放電終止電壓(V)額定充電電壓(V)內阻(mΩ)直徑(mm)高度(mm)參考質量(g)
IFR2665030003.22.03.6≤80266594
IFR2265018003.22.03.6≤80226567
IFR186501100~14003.22.03.6≤80186545
IFR1849010003.22.03.6≤80184934

註:"內阻≤多少mΩ" 意為 "在充滿電的情況下,以最大放電電流進行恆流放電,當內阻達到多少mΩ時,電池接近報廢"

現在,鋰離子電池由于正極材料較多,與不同的負極搭配,具有不同的工作電壓,如3.6V或3.7V。

方型鋰離子電池

方型鋰離子電池是生活中最常見的鋰電池,它的型號非常多,MP3、MP4、手機、航模等產品上廣泛使用。

方形鋰離子電池分為金屬殼封裝(銀白色硬殼)和鋁塑殼封裝(灰白色軟殼,用指甲可劃痕)兩種.金屬殼封裝的是鋰離子電池或液態鋰電池,鋁塑殼封裝的是鋰離子聚合物(高分子)電池(Lithium ion polymer battery).這兩種電池使用的化學材料和電化學特徵可說是大同小異,主要的差異隻是鋰離子聚合物電池使用一些膠態物質幫助電池極版的貼合或吸收電解液,減少了液態電解液的使用量,從而電池的封裝可由金屬殼改成鋁塑殼了。金屬殼鋰電池的外殼是負極,正極在電池一側的突起物上;鋁塑殼鋰電池的正負極分別是電池一側的兩片極板,外殼為絕緣體.

鋰電池

對于方型鋰離子電池,其型號一般為6位數位。如下表所示。前兩位數位為電池的厚度,帶1位小數;中間兩位數位為電池的寬度;最後兩位數位為電池的長度。單位為毫米。例如606168鋰電池,它的厚度為6.0毫米,寬度為61毫米,長度為68毫米。(註意:由于各電池廠商採用的封裝方法不同,同型號的方形鋰離子電池的容量存在300mAh以內的差別)

方形鋰離子電池的標稱電壓一般為3.6~3.7V,充電終止電壓一般為4.2V。

方形鋰離子電池型號長度(mm)寬度(mm)厚度(mm)標稱電壓(V)額定充電電壓(V)
abcdefefcda.b3.6~3.74.2

乘機規定

為確保飛行安全,避免因旅客攜帶鋰電池而發生不安全事件(機內溫度較高時,鋰金屬電池容易起火燃燒),2008年8月,中國民用航空局對旅客攜帶鋰電池乘機曾作出明確規定:

第一,不允許旅客在托運行李中夾帶鋰電池。

第二,旅客可以攜帶為個人自用的鋰離子電池芯或電池的消費用電子裝置(手表、電腦、照相機、手機、手提電腦、攜帶型攝像機等)。對備用電池必須單個做好保護以防短路,並且僅能在手提行李中攜帶。此外,每一塊備用電池不得超過以下數量:對于鋰金屬或鋰合金電池,鋰含量不超過2克;對于鋰離子電池,其等質總鋰含量不超過8克。

第三,旅客可以攜帶等質總鋰含量在8克以上而不超過25克的鋰離子電池,如果單個做好保護而能防止短路,可在手提行李中攜帶。備用電池每人限帶2個。

第四,其他類型的備用幹電池,比如鎳氫電池等,如做好防短路措施也可以隨身攜帶。

第五,等質總鋰含量超過25克的鋰離子電池,應按照《鋰電池航空運輸規範》(MH/T1020-2007)的標準,以貨物運輸形式發運。

固態電池

美國電池創業公司Sakti3獲Dyson1500萬美元融資

自鋰電池誕生以來,一直都是使用液態電解質,易燃,不安全,所以我們才會經常看到各種鋰電池爆炸的訊息,續航能力差就更不用說了。Sakti3則一致力于固態電池的研發,要在各方面超越傳統鋰電池:它更安全,即使將電池劈成兩半或放在高溫環境,電池也仍能繼續工作;電池能量密度也更大,相比目前最好的鋰電池,提升了一倍多,差不多達到每升1100瓦,用在智慧型手表上,續航能從3.5小時提升到9小時,用在電動車上,運行裏程能從256英裏提升到480英裏;價格也更便宜,可以做到每千瓦時100美元,要遠低于目前200到300美元的價格。

科技變革往往從底層技術取得突破開始。移動終端、智慧型設備、電動汽車機器人等要想普及,電池技術的突破必不可少。2007年成立的電池創業公司Sakti3一直在研發、製造高性能固態鋰離子電池,最近他們獲得Dyson1500萬美元的新融資

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