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電池知識(shí)

手機(jī)制造商對(duì)鋰電池是如何應(yīng)用的?鋰電池市場(chǎng),你了解多少?

來(lái)源:寶鄂實(shí)業(yè)    2019-04-15 08:19    點(diǎn)擊量:
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(lèi)型。鋰離子電池中已經(jīng)量產(chǎn)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(biāo)注了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。

  鋰離子電池是鋰電池的改進(jìn)型產(chǎn)品。鋰電池很早以前就有了,但鋰是一種高度活躍(還記得它在元素周期表中的位置嗎?)的金屬,它使用時(shí)不太安全,經(jīng)常會(huì)在充電時(shí)出現(xiàn)燃燒、爆裂的情況,后來(lái)就有了改進(jìn)型的鋰離子電池,加入了能抑制鋰元素活躍的成份(比如鈷、錳等等)從而使鋰電真正達(dá)到了安全、高效、方便,而老的鋰電池也隨之基本上淘汰了。至于如何區(qū)分它們,從電池的標(biāo)識(shí)上就能識(shí)別,鋰電池為L(zhǎng)i、鋰離子電池為L(zhǎng)i-ion?,F(xiàn)在,筆記本和手機(jī)使用的所謂“鋰電池”,其實(shí)都是鋰離子電池。

  現(xiàn)代電池的基本構(gòu)造包括正極、負(fù)極與電解質(zhì)三項(xiàng)要素。作為電池的一種,鋰離子電池同樣具有這三個(gè)要素。一般鋰離子技術(shù)使用液體或無(wú)機(jī)膠體電解液,因此需要堅(jiān)固的外殼來(lái)容納可燃的活性成分,這就增加了電池的重量和成本,也限制了尺寸大小和造型的靈活性。一般而言,液體鋰離子二次電池的最小厚度是6mm,再減少就比較困難。

  而所謂聚合物鋰離子電池是在這三種主要構(gòu)造中至少有一項(xiàng)或一項(xiàng)以上使用高分子材料作為其主要的電池系統(tǒng)。新一代的聚合物鋰離子電池在聚合物化的程度上已經(jīng)很高,所以形狀上可做到薄形化(最薄0.5毫米)、任意面積化和任意形狀化,大大提高了電池造型設(shè)計(jì)的靈活性,從而可以配合產(chǎn)品需求,做成任何形狀與容量的電池。同時(shí),聚合物鋰離子電池的單位能量比目前的一般鋰離子電池提高了50%,其容量、充放電特性、安全性、工作溫度范圍、循環(huán)壽命與環(huán)保性能等方面都較鋰離子電池有大幅度的提高。

  目前市面上所銷(xiāo)售的液體鋰離子(LiB)電池在過(guò)度充電的情形下,容易造成安全閥破裂因而起火的情形,這是非常危險(xiǎn)的,所以必需加裝保護(hù)IC線路以確保電池不會(huì)發(fā)生過(guò)度充電的情形。而高分子聚合物鋰離子電池方面,這種類(lèi)型的電池相對(duì)液體鋰離子電池而言具有較好的耐充放電特性,因此對(duì)外加保護(hù)IC線路方面的要求可以適當(dāng)放寬。此外在充電方面,聚合物鋰離子電池可以利用IC定電流充電,與鋰離子二次電池所采用的CCCV(ConstantCurrert-ConstantVoltage)充電方式所需的時(shí)間比較起來(lái),可以縮短許多的等待時(shí)間。

  手機(jī)制造商對(duì)鋰電池的應(yīng)用情況

  雖然近幾年來(lái)幾乎所有廠家都已經(jīng)傾向于采用鋰離子電池,但世界各大手機(jī)制造商對(duì)電池的選擇還是有自己的特點(diǎn)和習(xí)慣,例如曾經(jīng)在相同的一段歷史時(shí)期里:

  諾基亞:采用Ni-MH(鎳氫)電池、LiB(液體鋰離子)電池,未采用LiP(聚合物鋰離子)電池。

  愛(ài)立信:采用Ni-MH電池、LiB電池、LiP電池。

  摩托羅拉:采用Ni-MH電池、LiB電池,未采用LiP電池。

  不難發(fā)現(xiàn),從為手機(jī)最早選用LiP聚合物鋰離子電池這件事情上,愛(ài)立信體現(xiàn)出自己手機(jī)技術(shù)先驅(qū)的本色。根據(jù)我查找到的資料表明,目前聚合物鋰離子電池主要制造廠為日*本SONY、松下、GS等幾家公司,2000年的生產(chǎn)量達(dá)到2100萬(wàn)只,其中50%為愛(ài)立信手機(jī)配套。進(jìn)入2002年的今天,鋰離子電池在其它手機(jī)廠商的手機(jī)上也已廣泛的應(yīng)用與普及。但在聚合物鋰離子電池的使用上,還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到在所有手機(jī)廠家的產(chǎn)品中得到普及的程度,廣泛應(yīng)用還有待時(shí)日。

  另一方面,雖然鋰離子電池優(yōu)點(diǎn)多多,但也有缺陷,如價(jià)格高和充放電次數(shù)少等等。鋰電池的充放電次數(shù)只有400-600次,經(jīng)過(guò)特殊改進(jìn)的產(chǎn)品也不過(guò)800多次。而鎳氫電池的充電次數(shù)能夠達(dá)到700次以上,某些質(zhì)量好的產(chǎn)品充放電可達(dá)1200次,這樣一比較,鎳氫電池要比鋰電池長(zhǎng)壽。此外鎳氫電池的價(jià)格也要比鋰電池低很多。而且嚴(yán)格說(shuō)來(lái),鋰電池同樣會(huì)有記憶效應(yīng),只是它的記憶效應(yīng)非常低,基本上可以忽略不計(jì)。

  由此看來(lái),目前還沒(méi)有十全十美電池。

  鋰離子電池的使用

  這部分是本文的重點(diǎn),我們分三點(diǎn)來(lái)談。

  1、如何為新電池充電

  在使用鋰電池中應(yīng)注意的是,電池放置一段時(shí)間后則進(jìn)入休眠狀態(tài),此時(shí)容量低于正常值,使用時(shí)間亦隨之縮短。但鋰電池很容易激活,只要經(jīng)過(guò)3-5次正常的充放電循環(huán)就可激活電池,恢復(fù)正常容量。由于鋰電池本身的特性,決定了它幾乎沒(méi)有記憶效應(yīng)。因此用戶(hù)手機(jī)中的新鋰電池在激活過(guò)程中,是不需要特別的方法和設(shè)備的。不僅理論上是如此,從實(shí)踐來(lái)看,從一開(kāi)始就采用標(biāo)準(zhǔn)方法充電這種“自然激活”方式是最好的。

  對(duì)于鋰電池的“激活”問(wèn)題,眾多的說(shuō)法是:充電時(shí)間一定要超過(guò)12小時(shí),反復(fù)做三次,以便激活電池。這種“前三次充電要充12小時(shí)以上”的說(shuō)法,明顯是從鎳電池(如鎳鎘和鎳氫)延續(xù)下來(lái)的說(shuō)法。所以這種說(shuō)法,可以說(shuō)一開(kāi)始就是誤傳。鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區(qū)別,而且可以非常明確的告訴大家,我所查閱過(guò)的所有嚴(yán)肅的正式技術(shù)資料都強(qiáng)調(diào)過(guò)充和過(guò)放電會(huì)對(duì)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(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)方法充電,特別是不要進(jìn)行超過(guò)12個(gè)小時(shí)的超長(zhǎng)充電。通常,手機(jī)說(shuō)明書(shū)上介紹的充電方法,就是適合該手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)充電方法。

  此外,鋰電池的手機(jī)或充電器在電池充滿(mǎn)后都會(huì)自動(dòng)停充,并不存在鎳電充電器所謂的持續(xù)10幾小時(shí)的“涓流”充電。也就是說(shuō),如果你的鋰電池在充滿(mǎn)后,放在充電器上也是白充。而我們誰(shuí)都無(wú)法保證電池的充放電保護(hù)電路的特性永不變化和質(zhì)量的萬(wàn)無(wú)一失,所以你的電池將長(zhǎng)期處在危險(xiǎn)的邊緣徘徊。這也是我們反對(duì)長(zhǎng)充電的另一個(gè)理由。

  此外在對(duì)某些手機(jī)上,充電超過(guò)一定的時(shí)間后,如果不去取下充電器,這時(shí)系統(tǒng)不僅不停止充電,還將開(kāi)始放電-充電循環(huán)。也許這種做法的廠商自有其目的,但顯然對(duì)電池和手機(jī)/充電器的壽命而言是不利的。同時(shí),長(zhǎng)充電需要很長(zhǎng)的時(shí)間,往往需要在夜間進(jìn)行,而以我國(guó)電網(wǎng)的情況看,許多地方夜間的電壓都比較高,而且波動(dòng)較大。前面已經(jīng)說(shuō)過(guò),鋰電池是很嬌貴的,它比鎳電在充放電方面耐波動(dòng)的能力差得多,于是這又帶來(lái)附加的危險(xiǎn)。

  此外,不可忽視的另外一個(gè)方面就是鋰電池同樣也不適合過(guò)放電,過(guò)放電對(duì)鋰電池同樣也很不利。這就引出下面的問(wèn)題。

  2、正常使用中應(yīng)該何時(shí)開(kāi)始充電

  我們經(jīng)??梢砸?jiàn)到這種說(shuō)法,因?yàn)槌浞烹姷拇螖?shù)是有限的,所以應(yīng)該將手機(jī)電池的電盡可能用光再充電。但是我找到一個(gè)關(guān)于鋰離子電池充放電循環(huán)的實(shí)驗(yàn)表,關(guān)于循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)列出如下:

  循環(huán)壽命(10%DOD):>1000次

  循環(huán)壽命(100%DOD):>200次

  其中DOD是放電深度的英文縮寫(xiě)。從表中可見(jiàn),可充電次數(shù)和放電深度有關(guān),10%DOD時(shí)的循環(huán)壽命要比100%DOD的要長(zhǎng)很多。當(dāng)然如果折合到實(shí)際充電的相對(duì)總?cè)萘浚?0%*1000=100,100%*200=200,后者的完全充放電還是要比較好一些,但前面網(wǎng)友的那個(gè)說(shuō)法要做一些修正:在正常情況下,你應(yīng)該有保留地按照電池剩余電量用完再充的原則充電,但假如你的電池在你預(yù)計(jì)第2天不可能堅(jiān)持整個(gè)白天的時(shí)候,就應(yīng)該及時(shí)開(kāi)始充電,當(dāng)然你如果愿意背著充電器到辦公室又當(dāng)別論。

  而你需要充電以應(yīng)付預(yù)計(jì)即將到來(lái)的會(huì)導(dǎo)致通訊繁忙的重要事件的時(shí)候,即使在電池尚有很多余電時(shí),那么你也只管提前充電,因?yàn)槟悴](méi)有真正損失“1”次充電循環(huán)壽命,也就是“0.x”次而已,而且往往這個(gè)x會(huì)很小。

  電池剩余電量用完再充的原則并不是要你走向極端。和長(zhǎng)充電一樣流傳甚廣的一個(gè)說(shuō)法,就是“盡量把手機(jī)電池的電量用完,最好用到自動(dòng)關(guān)機(jī)”。這種做法其實(shí)只是鎳電池上的做法,目的是避免記憶效應(yīng)發(fā)生,不幸的是它也在鋰電池上流傳之今。曾經(jīng)有人因?yàn)槭謾C(jī)電池電量過(guò)低的警告出現(xiàn)后,仍然不充電繼續(xù)使用一直用到自動(dòng)關(guān)機(jī)的例子。結(jié)果這個(gè)例子中的手機(jī)在后來(lái)的充電及開(kāi)機(jī)中均無(wú)反應(yīng),不得不送客服檢修。這其實(shí)就是由于電池因過(guò)度放電而導(dǎo)致電壓過(guò)低,以至于不具備正常的充電和開(kāi)機(jī)條件造成的。

  3、對(duì)鋰電池手機(jī)的正確做法

  歸結(jié)起來(lái),我對(duì)鋰電池手機(jī)在使用中的充放電問(wèn)題最重要的提示是:

 ?、侔凑諛?biāo)準(zhǔn)的時(shí)間和程序充電,即使是前三次也要如此進(jìn)行;

  ②當(dāng)出現(xiàn)手機(jī)電量過(guò)低提示時(shí),應(yīng)該盡量及時(shí)開(kāi)始充電;

 ?、垆囯姵氐募せ畈⒉恍枰貏e的方法,在手機(jī)正常使用中鋰電池會(huì)自然激活。如果你執(zhí)意要用流傳的“前三次12小時(shí)長(zhǎng)充電激活”方法,實(shí)際上也不會(huì)有效果。

  因此,所有追求12小時(shí)超長(zhǎng)充電和把鋰電池手機(jī)用到自動(dòng)關(guān)機(jī)的做法,都是錯(cuò)誤的。如果你以前是按照錯(cuò)誤的說(shuō)法做的,請(qǐng)你及時(shí)改正,也許為時(shí)還不晚。

一、圓柱形20650鋰離子電池特點(diǎn)

1.1產(chǎn)品特點(diǎn)

 

 

該產(chǎn)品為市場(chǎng)上唯一的高倍率(持續(xù)放電10C-15C)圓柱形20650鋰離子電芯,產(chǎn)品已通過(guò)CB,IEC62133,UL等安規(guī)認(rèn)證。該產(chǎn)品具有小身材、大能量的特點(diǎn),在放電倍率相同的情況下,20650電芯容量相當(dāng)于兩倍的

18650電芯。

1.2相同容量和放電倍率的情況下,和聚合物電池相比,如下表


表1:TP20650VS聚合物鋰電池

 

1.3產(chǎn)品主要參數(shù)表

表2:TP20650[1]產(chǎn)品主要參數(shù)

 

二、產(chǎn)品應(yīng)用

2.1無(wú)人機(jī)

2.1.1小型無(wú)人機(jī)

以大疆為主流的機(jī)型,主要適用于航模愛(ài)好者、航拍等用途,這類(lèi)無(wú)人機(jī)所使用的電池大多是3串(11.1V),容量以5~6Ah為主;該類(lèi)型的電壓平臺(tái)及容量,可用TP20650-3S2P組合實(shí)現(xiàn)。

考慮到航模需重新定制電源尺寸,設(shè)計(jì)幾種常用結(jié)構(gòu),以推進(jìn)共用平臺(tái)。

 

2.1.2中大型無(wú)人機(jī)

中大型的無(wú)人機(jī),目前使用較廣的是農(nóng)業(yè)、勘探等領(lǐng)域,以某農(nóng)業(yè)植保機(jī)為例,性能見(jiàn)下表

由上表可見(jiàn),用TP20650完全可以滿(mǎn)足重量、工作電流、工作時(shí)間等要求,單組采用6串10并(22.2V/26Ah),并且在整體性?xún)r(jià)比上更具優(yōu)勢(shì)。

 

2.2載人飛機(jī)

目前純電動(dòng)載人飛機(jī)都處在開(kāi)發(fā)以及測(cè)試階段,真正量產(chǎn)預(yù)計(jì)在2018年前后,量產(chǎn)后每年產(chǎn)量在5000架以上,隨著技術(shù)不斷進(jìn)步,需求量會(huì)越來(lái)越大。

各家對(duì)電池包的組裝形式不完全統(tǒng)一,以某客戶(hù)為例,如下表

表4:載人飛機(jī)工作要求

 

  當(dāng)然,在手機(jī)及充電器自身保護(hù)和控制電路質(zhì)量良好的情況下,對(duì)鋰電池的保護(hù)還是有相當(dāng)保證的。所以對(duì)充電規(guī)則的理解才是重點(diǎn),在某些情況下也是可以做出某種讓步的。比如你發(fā)現(xiàn)手機(jī)在你夜晚睡覺(jué)前必須充電的話(huà),你也可以在睡前開(kāi)始充電。問(wèn)題的關(guān)鍵在于,你應(yīng)該知道正確的做法是什么,并且不要刻意按照錯(cuò)誤的說(shuō)法去做。

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