鋰電池
“鋰電池”,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。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時,M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非?;顫?,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對環境要求非常高。
鋰電池充放電電路要求
鋰電池充放電電路要求如下:
1、鋰電池的充電
根據鋰電池的結構特性,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,可采用專用的恒流、恒壓充電器進行充電。通常恒流充電至 4.2V/節后轉入恒壓充電,當恒壓充電電流降至 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,其充電電流可控制在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后留有部分鋰離子,就要嚴格限制放電終止最低電壓,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制在3A以內)否則會使電池損壞。
鋰電池的保護電路
兩節鋰電池的充放電保護電路如下圖所示:
由兩個場效應管和專用保護集成塊S--8232 組成,過充電控制管 FET2 和過放電控制管 FET1串聯于電路,由保護IC監視電池電壓并進行控制,當電池電壓上升至4.2V時,過充電保護管FET1截止,停止充電。為防止誤動作,一般在外電路加有延時電容。
鋰電池充放電電路-過充、過放電的影響及控制方法
(一)過充電
1、什么是過充電,對電池性能有何影響?
過充電是指電池經一定充電過程充滿電后,再繼續充電的行為。由于在設計時,負極容量比正極容量要高,因此,正極產生的氣體透過隔膜紙與負極產生的鎘復合。故一般情況下,電池的內壓不會有明顯升高,但如果充電電流過大,或充電時間過長,產生的氧氣來不及被消耗,就可能造成內壓升高,電池變形,漏液,等不良現象。同時,其電性能也會顯著降低。
2、過充電的控制方法有哪些?
為了防止電池過充,需要對充電終點進行控制,當電池充滿時,會有一些特別的信息可利用來判斷充電是否達到終點。一般有以下六種方法來防止電池被過充:
1. 峰值電壓控制:通過檢測電池的峰值電壓來判斷充電的終點;
2. dT/dt控制:通過檢測電池峰值溫度變化率來判斷充電的終點;
3. T控制:電池充滿電時溫度與環境溫度之差會達到最大;
4. -V控制:當電池充滿電達到一峰值電壓后,電壓會下降一定的值
5. 計時控制:通過設置一定的充電時間來控制充電終點,一般設定要充進130%標稱容量所需的時間來控制;
6. TCO控制:考慮電池的安全和特性應當避免高溫(高溫電池除外)充電,因此當電池溫度升高60時應當停止充電。
(二)過放電
1、什么是過放電,對電池性能有何影響?
電池放完內部儲存的電量,電壓達到一定值后,繼續放電就會造成過放電,通常根據放電電流來確定放電截止電壓。0.2C-2C放電一般設定1.0V/支,3C 以上如5C或10C放電設定為0.8V/支,電池過放可能會給電池帶來災難性的后果,特別是大電流過放,或反復過放對電池影響更大。一般而言,過放電會使電池內壓升高,正負極活性物質可逆性受到破壞,即使充電也只能部分恢復,容量也會有明顯衰減。
2、正確放電方法
及時充電,防過放。普通的鋰電池使用者對于過放的危害沒有意識,因為通常過放沒有出現過安全事故的報道。而且,有人甚至認為定期的深度放電對于電池性能的維護有好處。實則不然,因為鋰電池的記憶效應可以忽略不計,不存在深度放電消除記憶效應的說法。理論上來說,鋰電池深度放電總的循環壽命會更大些,但其風險是電池過度放電將導致電池電壓過低,不能正常充電。兩害相權取其輕,使用壽命短一點總比不能使用好。
鋰電池的特點
1、具有更高的重量能量比、體積能量比;
2、電壓高,單節鋰電池電壓為3.6V等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯電壓;
3、自放電小可長時間存放,這是該電池最突出的優越性;
4、無記憶效應。鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應,所以鋰電池充電前無需放電;
5、壽命長。正常工作條件下,鋰電池充/放電循環次數遠大于500次;
6、可以快速充電。鋰電池通??梢圆捎?.51倍容量的電流充電,使充電時間縮短至12小時;
7、可以隨意并聯使用;
8、由于電池中不含鎘、鉛、汞等重金屬元素,對環境無污染,當代最先進的綠色電池;
9、本錢高。與其它可充電池相比,鋰電池價格較貴。
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