锂电池与充电电路
标题：锂电池与充电电路
锂电池是继镍镉、镍氢电池之后，可充电电池家族中的佼佼者．锂离子电池以其优良的特性，被广泛应用于: 手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。
一、锂电池与镍镉、镍氢可充电池：
锂离子电池的负极为石墨晶体，正极通常为二氧化锂。充电时锂离子由正极向负极运动而嵌入石墨层中。放电时，锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。所以，在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现，而不是以金属锂的形态出现。因而这种电池叫做锂离子电池，简称锂电池。
锂电池具有：体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点，但价格较贵。镍镉电池因容量低，自放电严重，且对环境有污染，正逐步被淘汰。镍氢电池具有较高的性能价格比，且不污染环境，但单体电压只有1.2V，因而在使用范围上受到限制。
二、锂电池的特点：
1、具有更高的重量能量比、体积能量比；
2、电压高，单节锂电池电压为3.6V，等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压；
3、自放电小可长时间存放，这是该电池最突出的优越性；
4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电前无需放电；
5、寿命长。正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数远大于500次；
6、可以快速充电。锂电池通常可以采用0.5～1倍容量的电流充电，使充电时间缩短至1～2小时；
7、可以随意并联使用；
8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染，是当代最先进的绿色电池；
9、成本高。与其它可充电池相比，锂电池价格较贵。
三、锂电池的内部结构：
锂电池通常有两种外型：圆柱型和长方型。
电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件，以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。
单节锂电池的电压为3.6V，容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。
四、锂电池的充放电要求；
1、锂电池的充电：根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。其充放电要求较高，可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA以内时，应停止充电。
充电电流（mA）=0.1～1.5倍电池容量（如1350mAh的电池，其充电电流可控制在135～2025mA之间）。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2～3小时。
2、锂电池的放电：因锂电池的内部结构所致，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命就相应缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。放电终止电压通常为3.0V/节，最低不能低于2.5V/节。电池放电时间长短与电池容量、放电电流大小有关。电池放电时间（小时）=电池容量/放电电流。锂电池放电电流(mA)不应超过电池容量的3倍。（如1000mAH电池，则放电电流应严格控制在3A以内）否则会使电池损坏。
目前市场上所售锂电池组内部均封有配套的充放电保护板。只要控制好外部的充放电电流即可。
五、锂电池的保护电路：
两节锂电池的充放电保护电路如图一所示。由两个场效应管和专用保护集成块S--8232组成，过充电控制管FET2和过放电控制管FET1串联于电路，由保护IC监视电池电压并进行控制，当电池电压上升至4.2V时，过充电保护管FET1截止，停止充电。为防止误动作，一般在外电路加有延时电容。当电池处于放电状态下，电池电压降至2.55V时，过放电控制管FET1截止，停止向负载供电。过电流保护是在当负载上有较大电流流过时，控制FET1使其截止，停止向负载放电，目的是为了保护电池和场效应管。过电流检测是利用场效应管的导通电阻作为检测电阻，监视它的电压降，当电压降超过设定值时就停止放电。在电路中一般还加有延时电路，以区分浪涌电流和短路电流。该电路功能完善，性能可靠，但专业性强，且专用集成块不易购买，业余爱好者不易仿制。
六、简易充电电路：
现在有不少商家出售不带充电板的单节锂电池。其性能优越，价格低廉，可用于自制产品及锂电池组的维修代换，因而深受广大电子爱好者喜爱。有兴趣的读者可参照图二制作一块充电板。其原理是：采用恒定电压给电池充电，确保不会过充。输入直流电压高于所充电池电压3伏即可。R1、Q1、W1、TL431组成精密可调稳压电路，Q2、W2、R2构成可调恒流电路，Q3、R3、R4、R5、LED为充电指示电路。随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后R4上的压降将降低，从而使Q3截止， LED将熄灭，为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1&2小时。使用时请给Q2、Q3装上合适的散热器。本电路的优点是：制作简单，元器件易购，充电安全，显示直观，并且不会损坏电池．通过改变W1可以对多节串联锂电池充电，改变W２可以对充电电流进行大范围调节。缺点是：无过放电控制电路。图三是该充电板的印制板图（从元件面看的透视图）。
七、单节锂电池的应用举例
1、作电池组维修代换品
有许多电池组：如笔记本电脑上用的那种，经维修发现，此电池组损坏时仅是个别电池有问题。可以选用合适的单节锂电池进行更换。
2、制作高亮微型电筒
笔者曾用单节3.6V1.6AH锂电池配合一个白色超高亮度发光管做成一只微型电筒，使用方便，小巧美观。而且由于电池容量大，平均每晚使用半小时，至今已用两个多月仍无需充电。电路如图四所示。
3、代替3V电源
由于单节锂电池电压为3.6V。因此仅需一节锂电池便可代替两节普通电池，给收音机、随身听、照相机等小家电产品供电，不仅重量轻，而且连续使用时间长。
八、锂电池的保存：
锂电池需充足电后保存。在20℃下可储存半年以上，可见锂电池适宜在低温下保存。曾有人建议将充电电池放入冰箱冷藏室内保存，的确是个好注意。
九、使用注意事项：
锂电池绝对不可解体、钻孔、穿刺、锯割、加压、加热，否则有可能造成严重后果。没有充电保护板的锂电池不可短路，不可供小孩玩耍。不能靠近易燃物品、化学物品。报废的锂电池要妥善处理。
充电：充电电流不得大于电池容量的1/2；充电截止电压为单颗4.20V&0.05V；
放电：3串电池组总电压不得低于8.25V；2串电池组总电压不得低于5.5V；单颗电压不得低于2.75V。低于这些额定电压将导致电池损坏！
常见电池术语与及使用常识
1、什么是1C充电电流？
例如一节5号镍氢电池的电容量为1200mAH，而另一节则为1600mAH。我们把一节电池的电容量称为1C，可见1C只是一个逻辑概念，同样的1C并不相等，1C充电电流可以是1200mA，也可以是1600mA。
2、什么是快速充电？
充电电流大于0.2C，小于0.8C则是快速充电。
3、什么是慢速充电？
充电电流在0.1C-0.2C之间时，我们称为慢速充电。
4、什么是涓流充电？
充电电流小于0.1C时，我们称为涓流充电。
5、什么是超高速充电？
充电电流大于0.8C时，我们称之为超高速充电。
6、什么是恒流充电方式？
恒流充电法是保持充电电流强度不变的充电方法。
恒流充电器通常使用慢速充电电流。
对充电时间的计算有个简单的公式：Hour=1.5C/充电电流。例如：对1200mAH的电池充电，充电器的充电电流为150mA，则时间为1800mAH/150mA等于12小时。当然在很多时候并不能计算出正好的时间，我们可以挑离得最近的半小时以方便记时。例如：充电器的电流为160mA，对1400mAH的电池充电，则时间为2100mAH/160mA约为13小时，而不用计算到分。
7、什么是快速自动充电方式？
通常所使用的是余弦法充电，也就是说并非用恒定的大电流充电，而是像余弦波那样电流强度随之变化，这样能缓解热量的积聚，从而将温度控制在一定范围内。
8、什么是脉冲式充电法？
脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环。
9、大电流充电对电池寿命的影响大不大？
大电流充电对电池寿命的影响是很小的，在很多情况下我们都要用到快速充电甚至超高速充电，充电电流有时可以达到2C或更高。
大电流并不是电池杀手，真正对电池寿命产生影响的是大电流充电时产生的高热。
10、如何解决大电流充电过程中的发热问题（过温保护）？
过高的温度对充电电池是有害的，在慢速恒流充电器中，由于是慢速充电，产生的热量在可控制范围内，因此并不需要采取特殊的措施。但在快速自动充电器中，采用快充电流就会产生更高的温度。
因此目前市场上的快速自动充电器都采用了各种方法来降低充电时的温度，通常所使用的是余弦法。一些充电器甚至加装散热风扇来解决发热问题。
11、超高速充电器如何进行过热保护？
由于超高速充电器需要极大的充电电流，有些甚至使用了2C-3C的充电电流，其发热问题尤为严重，仅仅采用余弦波充电还不够，因此这类充电器很多都采用在一个余弦波后插入一个很短暂的放电这种方法。这种做法可以缓解由于反电势消耗充电电流所产生的热量积累，从而进一步控制温度。
12、什么是-△V保护？
使用快速充电器的另一个问题是，当充电时间到了之后如果忘记停止充电，对电池的伤害要远大于慢速恒流充电器过充产生的伤害。因此为了解决过充问题，快速充电器一般都采用了比如-△V保护等方法来判断电池是否接近充满，这些充电器都使用了控制电路或者IC芯片来完成这一任务。当电池接近充满时，控制电路会自动转入涓流充电模式，对电池进行涓流充电。采用涓流电流对电池进行充电的好处是很明显的，其一如前所述，涓流充电能将电池充的很满，其次就是不用担心过充的问题，因此使用这类充电器的最大好处就是不用再去计算时间。
13、常见的充电控制方式有哪些？
为避免电池过充，需要在必要时对充电过程或在充电完成时予以控制或终止。常见的充电控制方法有以下六种：
1）时间控制：
通过设置一定的充电时间来控制充电终点，一般按照充入120%~150%电池标称容量所需的对应时间来控制。标准充电一般采用时间控制方式，比如按照IEC标准测试电池容量时即采用0.1C充电16小时的方法。
2）-△V控制：
当电池充满电时，电池电压会达到一个峰值，然后电压会下降。当电压下降一定的值时，终止充电。
3）峰值电压控制：
通过检测电池的电压来判断充电的终点，当电压达到峰值时，终止充电。
4）温度控制：
电池在充电过程中，温度会逐渐升高。充满电时，电池温度与周围环境温度的差值会达到最大。当差值最大时停止充电。
5）dT/dt控制：
通过检测电池温度相对于充电时间的变化率来判断充电的终点。
6）TCO控制：
当电池温度升高一定数值时停止充电。
充电电池的种类　
镍镉电池(Ni-Cd)
电压：1.2V
使用寿命为：500次
放电温度为：-20度～60度
充电温度为：0度～45度
备注：耐过充能力较强。
镍氢电池(Ni-Mh)
电压：1.2V
使用寿命为：1000次
放电温度为：-10度～45度
充电温度为：10度～45度
备注：目前最高容量是2100mAh左右。
锂离子电池(Li-lon)
电压：3.6V
使用寿命为：500次
放电温度为：-20度～60度
充电温度为：0度～45度
备注：重量比镍氢电池轻30%～40%，容量高出镍氢电池60%以上。但是不耐过充，如果过充会造成温度过高而破坏结构=&爆炸。
锂聚合物电池(Li-polymer)
电压：3.7V
使用寿命为：500次
放电温度为：-20度～60度
充电温度为：0度～45度
备注：锂电的改良型，没有电池液，而改用聚合物电解质，可以做成各种形状，比锂电池稳定。
铅酸电池(Sealed)
使用寿命为：200～300次
放电温度为：0度～45度
充电温度为：0度～45度
备注：就是一般车用电瓶(它是以6个2V串联成12V的)，免加水的电池使用寿命长达10年，但体积和重量是最大的。
电池充电的名词解释
充电率(C-rate)
C是Capacity的第一个字母，用来表示电池充放电时电流的大小数值。
例如：充电电池的额定容量为1100mAh时，即表示以1100mAh(1C)放电时间可持续1小时，如以200mA(0.2C)放电时间可持续5小时，充电也可按此对照计算。
终止电压(Cut-off discharge voltage)
指电池放电时，电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。
根据不同的电池类型及不同的放电条件，对电池的容量和寿命的要求也不同，因此规定的电池放电的终止电压也不相同。
开路电压(Open circuit voltage OCV)
电池不放电时，电池两极之间的电位差被称为开路电压。
电池的开路电压，会依电池正、负极与电解液的材料而异，如果电池正、负极的材料完全一样，那么不管电池的体积有多大，几何结构如何变化，其开路电压都一样的。
放电深度(Depth of discharge DOD)
在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比，称为放电深度。
放电深度的高低和二次电池的充电寿命有很深的关系，当二次电池的放电深度越深，其充电寿命就越短，因此在使用时应尽量避免深度放电。
过放电(Over discharge)
电池若是在放电过程中，超过电池放电的终止电压值，还继续放电时就可能会造成电池内压升高，正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，使电池的容量产生明显减少。
过充电(Over charge)
电池在充电时，在达到充满状态后，若还继续充电，可能导致电池内压升高、电池变形、漏夜等情况发生，电池的性能也会显著降低和损坏。
能量密度(Energy density)
电池的平均单位体积或质量所释放出的电能。
一般在相同体积下，锂离子电池的能量密度是镍镉电池的2.5倍，是镍氢电池的1.8倍，因此在电池容量相等的情况下，锂离子电池就会比镍镉、镍氢电池的体积更小，重量更轻。
自我放电(Self discharge)
电池不管在有无被使用的状态下，由于各种原因，都会引起其电量损失的现象。
若是以一个月为单位来计算的话，锂离子电池自我放电约是1%-2%、镍氢电池自我放电约3%-5%。
充电循环寿命(Cycle life)
充电电池在反复充放电使用下，电池容量会逐渐下降到初期容量的60%-80%。
记忆效应(Memory effect)
在电池充放电过程中，会在电池极板上产生许多小气泡，时间一久，这些气泡会减少电池极板的面积，也间接影响电池的容量。
充电电池的充放电的基本要求
新买的充电电池要充电8-12小时？
不论任何电池都有自我放电的特性，所以当新充电电池到你手中时，这中间可能充电电池已经经过了一段时间的自我放电了。这就是充电电池内部的化学原料已经历一段时间没有使用，出现&钝化&状态，无法充分发挥化学反应，提供足够的电压。在这种情况下，第一次使用充电电池时，一定要将充电电池充满，让电压恢复到原有的水平。事实上，如果你的充电电池长时间没有使用，也一样会产生这种&钝化&现象，而且情况会更严重。最好能对充电电池进行3次充放电的过程，将有助充电电池的活化作用。让充电电池内部的化学物质可以充分发挥应有的效果(镍镉电池)。有时新购买的充电电池，放进充电器的时候，会在还没充饱电之前充电器就停止充电了。当遇见这种问题的时候，你只要将充电电池移开充电器，然后再放进充电器继续充电。这对于新充电电池是很正常的现象，不是你购买到不良的充电电池(镍氢、锂离子电池)。一般来说对充电的时间不能太久，最多12小时就足够，如果一旦过度充电就会对充电电池造成损坏。
如何计算充电时间？
充电时间(小时)=充电电池容量(mAh)/充电电流(mA)*1.5的系数
假如你用1600mAh的充电电池，充电器用400mA的电流充电，则充电时间为:.5=6小时(注意：这种方法不适用新购买或长期未使用的充电电池)
镍氢充电电池和锂离子充电电池其实也是有记忆效应，使用起来真的不用放电吗？
其实上镍氢充电电池和锂离子充电电池的记忆效应是十分轻微的，并不值得我们去注意它。
(请注意看到这里时，就不要利用充电器的放电功能对镍氢充电电池和锂离子充电电池进行放电动作，尤其是锂离子充电电池，由于本身的材质因数，并不允许电池本身能够承受充电器的强制放电。如果你硬要对锂离子充电电池进行放电，最终将导致电池损坏。)另外，你使用需放电的镍镉充电电池，那么建议你，不论使用电池的次数是否频繁，最好每隔两、三个月左右就对镍镉充电电池进行一次充放电，这样可以确保镍镉充电电池的记忆效应对电池的影响减到最低状态
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Copyright (C)2000-.cn基于单片机的锂电池电量监测电路设计--《电子测试》2013年15期
基于单片机的锂电池电量监测电路设计
【摘要】：大多便携设备采用电池供电,而电池电量的不足可能导致设备不能正常运行。针对这一问题,设计了一种实用的电池电量监测电路。该设计采用MAX17048/MAX17049芯片作为核心器件,配合必要的外围器件完成对锂电池的监测,提供电池的各种状态信息。本设计在便携式装备领域具有广阔的应用前景。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TP274;TM912【正文快照】：
0引言锂电池是20世纪90年代发展起来的新一代二次电池,因其高能量密度、低自放电率、循环使用次数多、无记忆效应、绿色无污染的优良性能而得到了迅速的发展和广泛的应用。为了提高电池的使用率及全面掌握电池的状态,需要实时监测电池的电池电压、剩余电量、温度等诸多信号,根
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二次电池的特性和应用
二次电池的特性和应用在现代文明中，二次电池已走入千家万户，是我们生活中不可缺少的物品。在现在市场上,主要的二次电池是铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池和锂离子电池，本文就这些电池的发生、发展、性能、生产和应用作一简要的综述。关键词 铅酸电池 镉镍电池 氢镍电池 锂离子电池1引言　　电池用于需要电源的地方，是通过能量转换而获取电能的器件。化学电源是在氧化还原的电化学过程中将化学能转化为电能。一次电池是一次性应用的电池，二次电池是多次反复使用的电池，因此这里的二次实际上是多次的意思。二次电池又称为可充电电池或蓄电池。化学电源主要由正极、负极和电解质构成。二次电池工作时，正极和负极发生的反应均为可逆反应，因此使用电池后，可用充电方式，使两个电极的活性回复到初态，这样电池能再次使用，实现放电过程。二次电池的重要特征就是反复充放电，基本的反应式如下：当电池充电时，电能转变为化学能贮存在电池中，同时伴随放热过程。电池工作时，化学能转变为电能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。虽然电池反应总带有热量传输，但实际电池反应式中，往往省略热量变化，因为我们只关心物质组成的变化。对于二次电池，性能参数很多，主要有四个指标：工作电压，电池放电曲线上的平台电压；电池容量，常用安时（Ah)或毫安时(mAh）表示；工作温区，电池正常放电的温度范围；循环寿命，电池正常工作的充放电次数。电池的性能可由电池特性曲线考虑，这些工作曲线为充电曲线、放电曲线、充放电循环曲线、温度曲线和储存曲线。电池的安全性由特定的安全检测进行评估。二次电池能够反复运用，符合经济实用原则，这是最大优点，自然人们最青睐二次电池。对于二次电池，种类也不少，就目前市场上主流产品而言，有四类电池：铅酸（LA）电池，镉镍（NiCd)电池，氢镍（NiMH）电池和锂离子（Liion）电池。有些奇怪，中间两种电池的中文命名和英文表达次序恰相反。本文将对这四类电池的发生和发展、结构和性能、生产和应用作一评述。2铅酸电池铅酸电池历史最悠久，应用依然十分广泛，讨论二次电池，不能不首先认识铅酸电池。这种电池于1859年由普兰特（Plante）发明，至今已有141年历史。一百多年来，铅酸电池的工艺、结构、生产、性能和应用都在不断发展，科学技术的发展给古老的铅酸电池带来蓬勃的生机，如果说铅酸电池要被淘汰，我以为为时过早。铅酸电池通过极板化成，在正极板上生成二氧化铅，负极板上生成海绵状铅。在硫酸电解液中，正极电位为1．682V，负极电位为－0.395V，因而这种电池的电动势是2．077V。电池反应式如下：铅酸电池放电工作电压较平稳，既可小电流放电，也可很大电流放电，工作温度范围宽，可在（－40～65）℃范围中工作。这种电池技术成熟、成本低廉，跟随负荷输出特性好是很大优点，因此至今仍不失为蓄电池中的重要产品。但这种电池也有明显缺点，例如重量大，质量比能量低，虽然LA电池的理论比能量为240Wh／kg，实际只有（10～50）Wh／kg，这种电池要维护，充电速度慢。铅酸电池在近代有了重大改革，性能有了极大飞跃。主要标志是20世纪70年代发展的阀控密封铅酸电池（VRLA）。美国GatesEnergyProductsInc.首创超细玻璃纤维吸液式全密封，从而发展了阀控密封免维护铅酸电池。近十来年中，又进一步提高双极性密封铅酸电池和水平式电极密封铅酸电池。在双极性密封铅酸电池中引入强力薄板两侧为正负活性物质的双极性电极，使内阻大大降低，从而大大提高比能量和充电速度，这种电池能量最高、成本最低、寿命最长（十年）、容量更大（是普通LA电池的二倍）、不漏液、安全、不污染、可回收、免维护、方便。对于新发展的双极性和水平式LA电池，C／3放电比能量≥50Wh／kg，显示了优良的性能。3镉镍电池1899年瑞典人杨格纳（Jiinger）发明镉镍电池，至今也有101年历史了，这也是一个历史久和产量大的电池。德国Varta是世界上第一个生产镉镍二次电池的厂家。镉镍电池的电极板使用孔隙性镍烧结板或泡沫镍，正极镍板浸渗Ni（OH）2，负极镍板浸渗或涂布Cd（OH）2，电解液多数为（30～40）％KOH。正极电位为＋0.52V，负极电位为－0.809V，它在碱性溶液中比H2O还原电位正，Cd自身是稳定的。镉镍电池的电动势为1.329V。电池反应式如下：镉镍电池工作电压为1.2V左右，具有优良的大电流放电性能，可在（－20～60）℃温度范围内工作。与铅酸电池相反，这种电池过充电性能好，可靠性高。类似的碱溶液二次电池还有铁镍、锌镍、锌银、镉银等，这类电池有充放电周期数多、工作寿命长、长期不用也不影响寿命、可靠耐久、容易使用等特点，因而有很大的产量和应用空间。总之这类电池最大优点是稳定耐用，缺点是镉较贵和污染环境。镉镍电池种类繁多，有放置用大型电池（多数20Ah以上）和小型密封型电池，6Ah以下的圆柱形和扁平形电池，0.5Ah以下的钮扣式电池。日本三洋公司生产从40mAh到2000mAh的95种型号的镉镍电池，按用途有八类电池：一般用（标准型）、高容量（E型）、快速充电用（R型）、高温用（H型）、耐热用（K型）、长寿命（C型）、保护记忆用（S型）、扁平形（KF型）。标准型典型电池为AA型，容量600mAh，尺寸:14.2mm×50.5mm，重量23g，内阻12mΩ。AAA型的容量250mAh，尺寸:10.5mm×44.5mm，重量11g，内阻24Ω。在20世纪60年代，密封式镉镍电池能满足大功率放电而用于导弹、火箭以及人造卫星能源系统。4氢镍电池氢镍电池是生产了十年的新电池，又称为贮氢电池。20世纪70年代，荷兰飞利浦实验室在研究第一代稀土永磁合金时，试验了LaNi5的磁性能，竟意外地发现有很好的贮氢性能，但深入研究发现对贮氢合金不适用，因为平衡压太高，循环寿命太短，进一步研究和改进发现，这些缺点都可克服，从而为发展贮氢电池开辟了光明之路。上世纪80年代末，已找到了电池适用的贮氢合金，典型材料为MmNi3.55Co0.75Mn0.4Al0.3，这里Mm为混合稀土，应用混合稀土替代镧，有利于降低成本。将贮氢合金替代镉镍电池中的镍电极，由此形成氢镍电池，二者有相同的工作电压1.2V,因此这二种电池有良好的互换性。如果M为贮氢合金，MH为合金吸氢后生成的氢化物，则氢镍电池的反应式可写为氢镍电池的能量高，为镉镍电池的（1.8～2）倍，铅酸电池的3倍，有良好的充放电性能，可随充随放，快充深放，无记忆效应，特别不含镉、铅、汞等有害物质，对环境无污染，被称为绿色电池。用于氢镍电池的贮氢材料有二大类，一类为AB5系列，如上述的Mm(NiCoMnAl)5，日本的松下、三洋、荷兰飞利浦和我国都应用这种材料。另一类为AB2系列，如ZrV2，Zr,Ni,V,Cr,Mn合金等，美国Ovonic,Gates,德国Varta等开发这类电池。通过贮氢合金组成、合金制备工艺、电极改性、电极成型工艺等研究，不断提高氢镍电池性能。氢镍电池与镉镍电池类似，多种多样。有圆柱形和扁平形的小电池，有钮扣式电池，也有方型蓄电池组作为动力电池用，容量为（10～20）Ah。日本三洋公司生产的AA型的容量1100mAh，尺寸14.2mm×50.0mm，重量27g，AAA型的容量650mAh，尺寸:10.5mm×44.5mm，重量13g。5锂离子电池锂离子电池是继氢镍电池后发展的更新电池。锂位于元素周期表第一族主族第一位上，是金属中最轻元素，有最负的标准电位，组成电池能量密度大和电压高。1962年Boston电化学会上最初提出锂非水性二次电池，这因为锂同水容易发生析氢反应，必需使用不能被锂还原的非水溶剂，即使用非质子性的稳定溶剂。后来随着嵌入化合物化学的发展，1976年研究锂对石墨的电化学嵌入，1980年研究LixCoO2和LixNiO2层状化合物，同年意大利科学家提出嵌入离子的摇椅概念。终于在20世纪90年代初，Sony公司采用碳材料作负电极、锂钴氧化物作正电极和含锂盐的有机溶剂为电解质，开发出第一代锂二次电池，即锂离子电池或摇椅电池。这种电池充电时锂离子从正极脱出而嵌入负极，放电时过程相反，锂离子从负极脱出嵌入正极。这种电池的工作模式是锂离子在正负电极中摇椅式来回运动。锂离子电池负极电位相对锂电极为正，正极电位为4.0V，该电池的工作电压高，约3.6V。高电压是个优点，一个锂离子电池相当于三个氢镍电池或镉镍电池，但也可能是个缺点，因为手机芯片电压趋向下降，这将挑战3.6V锂离子电池的应用。锂离子电池的反应式为锂离子电池有高的比能量，为氢镍电池的1.5倍和铅酸电池的3倍，放电曲线平稳，自放电率低，循环寿命长，与氢镍电池一样，无记忆效应和不污染，也为绿色电池。锂离子电池采用卷绕式结构，盖体设计复杂，功能性多，强化了安全保护。对于这种高比能量电池，必需经过规范的安全检测评估。氢镍和镉镍电池的电解液是水溶液，而锂离子电池必需用非水性电解液，其电导率低得多，因此电极要大大减薄，有着不同的电极制备工艺，制备又薄又长的正负电极。锂离子电池同样有圆柱式、扁平式、钮扣式和动力用电池组。Sony公司的14500电池容量为500mAh，尺寸?14.3mm×50.4mm,重量19g。18650电池的容量1350mAh，尺寸18.4mm×64.9mm，重量40g。锂离子电池能够很好地配合电子产品小型化、袖珍化的发展方向，手机和笔记本电脑要求又薄又轻，三洋超薄电池仅4mm厚，重量比能量160wh/kg，体积比能量360Wh/L。最近发展的聚合物锂离子电池被称为第二代锂离子电池，由于采用导电聚合物电解质和特别的流延工艺，可容易制备特别薄的和不同形状的电池。美国和日本先后宣布开始聚合物锂离子电池的生产。松下公司的聚合物锂离子电池容量为600mAh，尺寸为3.6mm×35mm×62mm，重量15g。6二次电池的生产和应用20世纪中，信息、通讯和电子电器等蓬勃发展，大大推动了电池工业的发展。特别近三十年中，二次电池发展迅猛，老电池改革，活力大大焕发；新电池诞生，性能节节攀升。新老电池齐上阵，适应了新生活的要求，提供了新时代的先进电源。电池工业将是本世纪最有发展前途的产业之一。美国和日本是电池科技大国，日本更是电池生产大国。在日本,20世纪90年代以前，铅酸电池产量最高，但随着镉镍电池产量不断上升，1991年超过铅酸电池，新生的氢镍电池和锂离子电池发展很快，1995年氢镍电池年产3.1亿个，锂离子电池仅3.2千个，镉镍电池产量基本不变。1999年，氢镍电池年产量8.53亿个，锂离子电池为4.03亿个。在产值方面，锂离子电池于1996年超过氢镍电池，1997年超过镉镍电池，位于二次电池之首。小电池应用广泛，深入到千家万户。例如,通讯设备：蜂窝电话、移动电话、寻呼机等;办公设备：笔记本电脑、个人数字助理（PDA）、快译通等;家用电器：遥控器、剃须刀、电动牙刷等;音像设备：收音机、录相机、数码照相机等;电动玩具：机器人、电动车、无线电控制等;电动工具；钻孔机、电锯、电焊机等;消防照明：探照灯、闪光灯、摄影灯等。大电池用于邮电通讯、电子电力、交通运输等部门。发展电动车船应用的动力电池是实现电动汽车等无污染交通运输的关键问题。这已是国内外都十分关注和大力发展的项目，一些环保汽车已在试验性运行。车用电池的性能比较如表1所示。　　以上多种电池性能比较表明，锂离子电池和氢镍电池是发展车用动力电池的优先选择，而且本身是绿色电池。　　我国大量生产铅酸电池，年产已超过3000万kVAh，1996年的生产厂家已有4000多家，但大厂很少。我国也引进先进的生产线，生产阀控式密封铅酸蓄电池，产品用于邮电、通信、电力、UPS电源、铁路交通运输等。杭州南都电源集团年产能力37万kVAh，是我国规模最大的VRLA蓄电池制造企业之一。山东宏安集团蓄电池厂近日宣布推出世界首创的智能型密封铅酸蓄电池，降低电动车运行成本，提高深循环寿命。开封双飞电源公司应用薄板栅（0.3mm)和纳米材料制备密封铅酸蓄电池，比能量达50Wh/kg。镉镍电池方面我国生产厂家是日本的三倍，但生产量仅是日本的三分之一，类似于铁氧体情况，日本这方面生产正向中国转移。我国发展了几十条氢镍电池生产线，建立了研究中心和中试基地，也有生产工厂。例如上海友申电气有限公司生产亿力氢镍动力电池和亿力电动车。山东华盛集团生产安琪尔电动自行车，采用氢镍电池和免维护铅酸电池为动力，该集团拥有自称国内领先水平的Ni?MH动力电池正负极板线、电池装配线、检测线，年生产能力1000万Ah。国内大多数Ni?MH电池生产厂也是小批量生产，年生产量不及日本大厂周的生产量。在生产技术、生产规模、产品质量上与国外存在较大差距。天津较早开发Ni?MH电池的工厂近期停产，表明高性能电池生产的风险性。锂离子电池国内也有一些生产开发厂家，例如天津力神电池股份有限公司是国内规模最大的锂离子电池生产基地，产品有圆柱形和方形两种体系九个品种。生产的方形电池063467，容量900mAh，尺寸6mm×34mm×67mm，重量36g。厦门宝龙工业有限公司致力于开发聚合物锂离子电池生产。限于我国电池工业的技术和规模，在发展动力电池方面大多数面向电动自行车，这也符合我国自行车大国的国情。例如金华复旦电动车船制造有限公司采用上海复旦大学专利技术生产高效能免维护36V/12Ah电池组合。北京东大洋电器有限公司生产世界先进水平的铅—高分子复合式极板铅酸蓄电池，其产品电压12V，容量12Ah和24Ah，重量分别为3.7kg和7.6kg。上海友申电气有限公司生产氢镍动力电池组，其产品容量14Ah，电压24V和36V，重量分别为5.6kg和9.0kg。我国在发展高性能二次电池方面，有些单位显示了他们技术创新的先进成果。例如深圳中星汽车制造公司通过中美科学家十年努力，发明了世界上第一只超级大功率电池，主要材料由纳米及活性碳制成，具有长时间放电的特性，又有突发大功率的特性。比能量是铅酸电池的近十倍，体积为铅酸蓄电池的1/16，寿命长达10年以上，充放电次数大于1000次，价格是锂电池的1/2，广东仪强科技有限公司生产经国家质量检测的高能胶体动力蓄电池，容量高，充电快，寿命长，五个品种，电压为3.8V，容量分别为10Ah、40Ah、100Ah、200Ah和2000Ah，重量分别为0.15kg、0.86kg、1.4kg、1.6kg和8.75kg。博信电池（上海）有限公司生产锌空气电池PZT—300，24V，3000Wh，比能量高达176Wh/kg，电池重量18kg。PZT—1500，12V，1500Wh,比能量214Wh/kg，电池重量7kg。在当今世界领域中，目前只有博信电池最接近“美国先进电池联合会”制定的电动车动力电池的性能、价格和寿命的目标。表1动力电池性能表电池电压V重量比能量wh/kg体积比能量wh/l功率密度w/kg循环寿命次自放电％/月工作温区℃Liion3.6120－20～40Ni－MH1.015－20～40Ni－Cd1.015－20～40Pb－PbO22.～Na－S1.0330　7小结众所周知，电与文明有不可分割的关系。电池是电源的重要补充部分，小小电池已是大众化商品。一百年前的铅酸电池和镉镍电池通过改进，依然十分有用，近十年发展的氢镍电池和锂离子电池更具有广阔的发展空间。新旧电池都将继续发展，不断提高。高性能二次电池就是高技术产品。就像冒出氢镍电池和锂离子电池一样，新电池还会在新世纪中诞生，更好地满足文明时代的更高要求。我们的紧迫任务是加强电池科技发展，提高技术创新力度，开创电池工业新局面。
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