充电电池,是充电次数有限的可充电的电池,配合充电器使用。市场上一般卖5号、7号,但是也有1号。充电电池的好处是经济、环保、电量足、适合大功率、长时间使用的电器(如随身听、电动玩具等)。充电电池的电压比型号相同的一次性电池低,AA电池(5号充电)是1.2伏,9V充电电池实际上是 8.4伏。
工作原理
先说说电池的放电过程,电池就是把化学能转化为电能的装置。
以锌铜原电池电池为例:
锌片:Zn – 2e- = Zn2+ 氧化反应(负极)
铜片:2H+ + 2e- = H2↑ 还原反应(正极)
总式:Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
这就是电池的放电过程(活性不同的两种物质之间电子的转移)
而对于蓄电池来说,工作过程比较复杂,其主要化学反应为Pb02+Pb十2H2S04=2PbS04+2H20 (1—1)。
发生条件
①活泼性不同的两个电极(金属与金属或石墨或不溶性的金属氧化物);
②两电极浸入电解质溶液且导线连接或直接接触;
粒子的放电顺序:
阳离子:
K + 、Ca2+ 、Na + 、Mg2+ 、Al3+ 、 Zn2+ 、 Fe2+
Sn2+ 、Pb2+ (H+) Cu2+ Fe3+ Hg2+ Ag+
(得e能力依次增强)
阴离子:
除Au 、Pt外的金属做电极放电能力>;阴离子。即:
Zn、 Fe… Cu 、 Hg 、 Ag >S2-、I - 、
Br -、 Cl -、OH -(水)、 NO3 -、SO4 2-
充电过程
充电就是让在上边的放电过程逆转
以铅蓄电池为例:
铅蓄电池是首先制造出的实用蓄电池。其原理如下:
把A、B两块铅板插入硫酸溶液中,铅于硫酸作用的结果,使A、B两块铅板上形成硫酸铅,溶液中也被硫酸铅饱和,这是还没有电势,给蓄电池充电时,在两极上发生的化学反应如下:
A;PbSO4+2H2O – 2e-→PbO2+H2SO4+2H+;
B:PbSO4+2e-→Pb+SO42-;
可以看出,充电后,A板上的PbO2成为正极, B板上Pb成为负极。放电时,两极发生的反应如下:
正极:PbO2+H2SO4+2H+ -2e-→PbSO4+2H2O-2e-;
负极:Pb+SO42-→PbSO4+2e-;
放电时发生反应恰为充电的逆过程。充电时,最高电动势为2.2V。放电时,电动势逐渐降低,低到1.8V时必须充电,否则会损坏极板 。
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)
电压:2V
使用寿命为:20~300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,但体积和最量是最大的。
特征
镍镉:有记忆效应、容量小
镍氢:记忆效应小、容量大
锂离子:无记忆效应、身薄、容量大,因电极材料不同,电动势为3V或3.6V不等。锂电池是目前相同体积中容量最大的电池,广泛用于数码相机、笔记本电脑、移动电话等电子产品中。
铅蓄:电动势约为2V,铅蓄电池可以反复充电使用,电解液是硫酸溶液,内阻很小,广泛用于汽车、摩托车中。
铁锂:电力更足,更安全,也更轻,未来电动车的主要发展方向。
一般,同样种类的充电电池,容量越大,质量越大。
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,起开路电压都一样的。
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,电池容量回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。
注意事项
1.仔细阅读电池说明书,使用所推荐的电池,按操作规程操作。
2.检查电器及电池的接触件是否清洁,必要时用湿布擦干净,干燥后按正确极性方向装入。
3.无成人监护时,不要让儿童更换电池,小型电池如AAA应放在儿童不能拿到的地方。
4.不要将新,旧电池或不同型号电池混用,特别是不能将干电池与充电电池混用。
5.不要试图用加热,充电或其它方法使一次电池再生,以免发生危险。
6.不要将充电电池短路,否则会损坏电池,并会发热使电池燃烧。
7.不要加热电池或将电池丢入水中或火中,将电池放入水中会使电池失效,将电池放入火中会使电池破裂,或发生激烈的化学反应爆裂伤人,或产生一些有害的气体和烟尘等。
8.不要拆卸电池,或试图用尖锐利器穿透电池,因电池内部电解液会伤害皮肤和衣物。
9. 用电器使用后应断开电源开关,以免因发热等而起火。
10. 应当从长期不使用的用电器具中取出电池,将电池放空后保存。并每3个月左右取出充放电一次。
11. 电池应保存在阴凉,干燥处,避免阳光直射。
12.镍充电器与锂充电器不能混用。
13. 不能将电池焊接使用,焊接时产生的高温会损坏电池的内部结构,可能会使电池不能使用,甚至出现危险。
14.不能反向充电,反向充电等同于过放电,过放电会使电池内部发生不良反应并导致电池的严重损坏,生成大量气体,很可能会使充电电池发生化学泄漏。
15.不能将充电电池放在雨水下。雨水能导电,电池放在雨水下时,很可能会发生短路,使电池因瞬间大电流放电而发烫,会损坏电池或发生危险。
16.不能将电池贮存在高温或高湿的环境下,电池本身的反应会加剧,故无法向用电器提供足够的容量。另外,高温高湿下,电池的老化速度也会大大加快,也会腐蚀电子元器件(高温电池除外)。
17. 不要将电池正负极插反,否则会导致电池鼓胀或破裂。
18. 电池保存时,最好不要与金属物体混放,包在外边的绝缘膜也不要随意撕掉。
异常处理
1.充电器冒烟:迅速拔出充电器,并取出电池。充电器冒烟一般是因市电电压过高而烧坏变压器所引起的。
2.电池发烫(严重时外包装会裂开):迅速取出电池,并用硬质的盒子盖住1小时以防止可能的危险。电池发烫一般是因短路电池或电池内部异常引起的,此时应检查充电器电路是否正常,并检测电池电压有无异常(充电电池在充电时的发热是正常现象)。
3.电池泄漏:迅速取出电池,并用硬质的盒子盖住约1小时以防止可能的危险,然后擦干净充电器。
4.充电电池在发生泄漏之后不能再使用。
5.无法充电:检查充电器和电池。此时应将产品送供应商售后服务处进行处理,而不应私自拆解充电器和电池。
区别
充电电池和普通电池的区别
一次性电池俗称「用完即弃」电池,因为它们的电量耗尽后,无法再充电使用,只能丢弃。常见的一次性电池包括碱锰电池、锌锰电池、锂电池、银锌电池、锌空电池、锌汞电池和镁锰电池。
可充电电池按制作材料和工艺上的不同,常见的有铅酸电池、镍镉电池、镍铁电池、镍氢电池、锂离子电池。其优点是循环寿命长,它们可全充放电200多次,有些可充电电池的负荷力要比大部分一次性电池高。普通镍镉、镍氢电池使用中,特有的记忆效应,造成使用上的不便,常常引起提前失效。
普通电池是一次性使用的,而充电电池可以用充电器充电,反复使用。
普通1、2、3、5、7号单体电池标称电压是1.5V,而镍氢、镍镉充电电池标称电压是1.2V ,锂离子充电电池标称电压是3.7V,铅酸蓄电池是2V。
选购
通用性最强的是5号(AA型)和7号(AAA型)充电电池,很多数码相机、diskman、Walkman、MD、PDA等都需要用到。这类电池主要有镍镉/镍氢两大种类,以下主要讲一下镍镉/镍氢的问题。镍镉/镍氢电池有AA和AAA型号可以直接代换普通5号和7号一次性电池,虽然普通电池的标准电压为1.5V而镍镉/镍氢电池只有1.2V,但一般不影响使用。
首先先介绍一下充电电池的一个重要参数–就是电池容量,用单位AH(安时)表示。我们可以看出它是一个复合单位,由电流单位和时间单位乘积构成,代表电池在恒定电流下持续放电时间的乘积。在小型电池中通常我们使用更小单位mAH(毫安时)表示。
比如一节理想充满电的电池用60MA电流放电可以持续10小时,将放电电流与时间相乘我们就知到这节电池的容量是600mAH,理论上如果将它用在600MA放电的场合可以使用一个小时(用电池容量除以放电电流)。电池容量参数代表电池可以存放多少电量,在同体积下总是多多益善,一般我们在零售包装的电池上可以看到容量标识。
选购此类充电电池主要考虑容量和规格以及价格。首先确定购买电池的规格,对于电池仓比较狭小的设备,或是需要并排放置多节电池的装置,要注意选购高容量、直径较粗的电池是否合适。充电电池的正极也有两种不同的形式,一种是类似普通电池那样带有一些突起部分,有助于与电池盒或其他电池负极接触良好,还有一种是扁平电池帽,比较适合焊接成电池块。建议一般使用前一种形式的充电电池较好。
包装上充电电池分为工业包装和零售包装,工业包装只用单色塑皮,主要供应厂家做电池块之用,单节电池上除了生产日期外没有其他信息。而零售包装外观比较漂亮,有详细的表示包括品牌、商标、容量以及产地等信息,有的还附有简单的充电方法,适合普通用户。其次是电池容量的选择。对于数码相机、闪光灯、通讯器材等耗电量大的设备,从工作时间和性能方面考虑,大容量镍氢电池是首选,容量大的电池可以在一次充足后使用更长的时间。5号电池可以达到1200-1300mAH,7号电池可以达到550mAH,几乎是低容量镍镉电池的两倍。对于低耗电量的收音机等,选择镍镉电池则经济实惠些。
再次是品牌的选择,一般名牌产品品质有保证,性能卓越,在很多移动电话和对讲机的电池块中都采用了松下和三洋以及东芝的电池。零售的镍氢电池中GP超霸比较有名,还有提供充电器的组合包装。国产的天鹅牌也不错。镍镉电池中GP、日立、松下比较多见,性能也比较好。
名牌的充电电池受到假冒非常厉害,在电子市场有大量各种著名品牌的假冒电池,价格极其低廉,对性能自然也不要有什么幻想。如著名的GP超霸电池,假冒产品甚至连吊板包装也完全仿制。所以购买时要小心辨明真伪,到规模比较大的照相器材商店购买,虽然价格略高一些,但不容易买到假货。
发展前景
中国电池出口有大幅增长,但同时欧盟绿色壁垒、中国电池出口退税制度取消、原材料上涨、国外企业垄断高端市场等问题制约着中国电池行业发展。中国已成为全球最大的电池生产国和最大的电池消耗国,但产品更新换代不及时,生产自动化、机械化程度不高,为了适应世界电池业发展的趋势,中国必须致力于太阳能电池和燃料电池等新型电池的研发,大力发展高新技术的电池产品。
电池业是中国的重点产业之一,有着良好发展前景。二十一世纪的电池具有大容量、高功率、长寿命、无污染、安全可靠轻便的特点,是高科技、高产出、高利润、高创汇产品。随着信息时代的到来,资讯产业蓬勃发展,在迈入电子、资讯、通讯的“3C”时代后,电子产品朝着“短、小、轻、薄”的趋势发展,作为电子产品不可或缺的电池,其重要性也越来越显著。
标识方法
根据IEC标准镍镉镍氢电池的标识由5部分组成
1. 电池种类KR标识镍镉电池HF表示镍氢电池HR表示型镍氢电池。
2. 电池尺寸资料包括圆形电池的直径高度方型电池的高度宽度厚度数值之间用斜杠隔开单位mm 。
3. 放电特性符号L表示适宜放电电流倍率在0.5C以内 ,M表示适宜放电电流倍率在0.5-3.5C以内 ,H表示适宜放电电流倍率在3.5-7.0C以内,X表示电池能在7C-15C高倍率的放电电流下工作。
4. 高温电池符号用T表示 。
5. 电池连接片表示CF代表无连接片HH表示电池拉状串联连接片用的连接片HB表示电池带并排串联连接用连接片 ,例如HF18/07/49表示方形镍氢电池宽为18mm,厚度为7mm高度为49mm 。
KRMT33/62HH表示镍镉电池放电倍率在0.5C-3.5之间高温系列单体电池无连接片直径33mm高度为62mm 根据IEC61960标准二次锂电池的标识如下:
1. 电池标识组成3个字母后跟5个数字圆柱形或6个方形数字 。
2. 第一个字母表示电池的负极材料I表示有内置电池的锂离子L表示锂金属电极或锂合金电极。
3. 第二个字母表示电池的正极材料C基于钴的电极N基于镍的电极M基于锰的电极V基于钒的电极 。
4. 第三个字母表示电池的形状R表示圆柱形电池L表示方形电池 。
5. 数字圆柱形电池5个数字分别表示电池的直径和高度直径的单位为毫米高度的单位为十分之一毫米直径或高度任一尺寸大于或等于100mm时两个尺寸之间应加一条斜线方型电池6个数字分别表示电池的厚度宽度和高度单位毫米三个尺寸任一个大于或等于100mm时尺寸之间应加斜线三个尺寸中若有任一小于1mm,则在此尺寸前加字母t此尺寸单位为十分之一毫米。
发展趋势
将usb接口和电芯融合再分离,usb花园将充电电池的研发推上一个新台阶!这一种usb电池可以更换电芯,在电池循环使用多次后,处理时减少电子垃圾,符合环保型社会产品的设计要求,是新能源的热点。
6大讹传
新电池的激活
讹传一: 新电池应该用循环充放电的方式来激活电池的性能。
真相:准确地说上述说法并不是谣传。电池从出厂到用户手中存在一个时间差,短则一个月、长则半年。对于时间差较长的电池,其电极材料会钝化,因此厂商建议初次使用的电池最好进行3~5次完全充放电过程,以便消除电极材料的钝化,达到最大容量。但通常厂商都没有注意提醒消费者,这里所说的完全充放电不应该是深度放电,而应该控制在5%~8%既可。否则一块新电池很有可能会报废。
“前三次”充电
讹传二: 当一块新电池买回后,最好进行三次循环充放电,充电时间应该超过12小时,以便激活电池最大效能。
真相:镍氢电池为了达到最完美的饱和状态,需要经过“补充”和“涓流”过程,这个时间一般在5小时左右。而目前锂离子电池的“恒流”、“恒压”充电特性更是将其深充电时间控制在4小时以内。一旦充满,电池内部的保护电路便会自动停止充电,因此这种做法是不科学也没有实际意义的。
有人曾用手机做过试验。在用旅充充电器将电池充满后,转用座充充电器来确认电池的饱和程度。当他发现座充充电器仍然对电池进行充电时,便认为电池仍未达到饱和状态。其实这个测试方法欠缺严谨。原因在于,座充充电器的指示灯并不是检测真正饱和与否的惟一标准,座充充电器的基准电压不一定等于手机的基准电压,因此当手机认为电池达到饱和状态时,座充充电器也许并不这么认为,依然进行充电,但是否充进去,就只有它自己知道了。
最佳状态
讹传三:只要充电电池使用得当,就会在某一段循环范围内出现最佳状态,达到最大容量。
例如早期的镍氢、镍镉电池,如果使用得当,定期维护,会在10~200个循环点中达到其容量的最大值(出厂容量为1000mAh的镍氢电池在循环100次后,容量有可能达到1100mAh)。
真相:这种说法在日系产品电池中比较常见,在其技术规格书中的循环特性图中通常可以看到。然而对目前主流的锂离子电池而言,这种循环的峰值现象是不存在的。因为锂离子电池从出厂到报废,其容量的表现为循环一次少一次,从未出现过容量回升的现象。也许有朋友会问,某些ThinkPad笔记本用户通过深放电,可以恢复电池的容量。实际上那只是测试软件的错误检测而已,电池的实际容量根本没有提高。
锂离子电池到底有没有最佳状态?答案是肯定的,这跟其所受环境温度的变化有关。一般情况下,锂离子电池在25℃~40℃的环境下会表现出极好的性能。而到了低温或高温状态,其性能就要大打折扣了。例如你在室外阳光直照的情况下使用笔记本电脑,就没有在室内使用的时间长。
容量
讹传四:两个标称容量相同(例如800mAh)的电池来说,如果一个实际测得容量为860mAh,另一个为805mAh,那么860mAH的就一定比805mAh的好。
真相:一般而言,不同型号(不同体积)的锂离子电池,容量越高使用的时间也就越长。如果抛开体积和重量等因素,当然是容量越高越好。但对于两个标称容量相同(例如上例)的电池却未必。因为实际容量高的那个电池,很可能在电极材料中添加了用于增加初始容量的物质,减少了用于稳定电极的物质。其结果就表现在循环了几十次之后,容量高的那块迅速衰减,而容量低的却依然坚挺。国内许多厂商为了缩减成本,扩大销量,往往就采用了这种手段来生产高容量电池。用户在使用半年后就会发现工作时间大为缩短。总之,提高容量的代价就是牺牲循环寿命,厂商不在电池的材料上下文章,是不可能真正提高电池容量
电池的保存
讹传五:充电电池如果不使用,应该放光了电再保存。
真相:其实不仅仅有上面提到的谣传,锂离子电池到底该充满了保存还是放光了保存肯定会让很多人感到迷惑?这一问题的解答要从其先天性的缺陷谈起,那就是“老化效应”。锂离子电池在存储一段时间后,即使不进行循环使用,其部分容量也会永久性的丧失,这是因为锂离子电池的正负极材料自出厂时便开始了它们的衰竭历程。不同的温度及饱和程度下老化的幅度也是不同的,具体幅度可见表所示。
由此可见,存储温度越高、电池充的越满,容量的幅度就越大。因此对于锂离子电池的长期保存,用户应当将其电量控制在40%,并存储在15℃甚至更低的温度下即可。至于那些镍氢和镍镉电池则不存在这一“老化效应”,长期储存后只需进行几次完全充放电即可恢复其原始容量。
充满电后续充
讹传六:对电池充电时,冲电充满以后再续充12小时,这样做有利于增强电池的饱和度。
真相:在一般情况下,一个品质合格的座充充电器会在充电完成后自动关闭充电电路,没有电流,即使电池在座充上放置10小时也是无济于事。目前绝大多数手机充电器均采样这样的设计。因此当绿色指示灯亮后,直接将电池拿下来使用即可。
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