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鋰電池貓膩知多少?

鉅大LARGE  |  點擊量:2488次  |  2018年05月05日  

  對于鋰離子電池技術(shù)原理不太熟悉的讀者來說,18650鋰電池和鋰聚合物電池估計是聽的最多的兩個詞,不少商家在宣傳自家產(chǎn)品的時候都會把聚合物電池夸上天,把18650電池踩落地,太不嚴謹了。


  貓膩之一:混淆的電池類型


  不同類型電池原理基本都是一樣的,都有正極、負極以及電解液,目前主流鋰電池單節(jié)標稱電壓一般為3.7V,正極材料一般為鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰(也叫三元材料)、磷酸鐵鋰或錳酸鋰等,負極材料一般為石墨,電解液一般為六氟磷酸鋰溶液。


  業(yè)界通常用鋰電池的外形尺寸來標識電池型號,鋰電池可以按照不同規(guī)則分為多種類型:如電壓區(qū)分的高壓鋰電池、標準電壓鋰電池,放電倍率區(qū)分的標準電池(最大1C放電)、倍率電池(大于1C放電),還有按照正極材料區(qū)分的純鈷酸鋰電池、三元鋰電池、鋰鐵電池(就是某廠忽悠的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的鐵電池)。


  被廣泛提及的鋰離子電池多按外殼封裝材質(zhì)區(qū)分,比如以18650為代表的鋼外殼封裝和以鋁外殼封裝的早期手機電池。主流的則是鋁塑復(fù)合膜封裝的鋰離子電池,我們稱之為鋰聚合物電池或叫軟包裝電池。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

  辨別設(shè)備所使用電池并不難,18650電池18mm的直徑厚度注定了其產(chǎn)品規(guī)格厚度必然大于18mm,且長于65mm。不過18650較低的成本決定了其市場占有率,所以希望價廉的可以選擇18650,希望輕薄的不妨選擇鋰聚合物電池。


  貓膩之二:沒有節(jié)操的容量標注


  不知道什么時候開始,很多人總是以大為美,覺得電池容量越高越好,可其實真的有這么大容量的電池么?


  按照目前普遍標注的總?cè)萘?,?0000mAh為例,就算使用進口產(chǎn)品也需要5個一起的并聯(lián)工藝,更別說國產(chǎn)產(chǎn)品的更多串并聯(lián)了。


  小巧輕薄還便攜,動不動就50000mAh的充電寶,很可能是忽悠人的,更可氣的是用產(chǎn)品型號來誤導(dǎo)消費者的,如50000M充電寶,買回來才知道,原來50000M是產(chǎn)品型號,而不是充電寶容量。

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標稱電壓:28.8V
標稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備

  18650電池的串并聯(lián)組合對于電池本身的一致性有著很高的要求,單一電池若內(nèi)部出現(xiàn)問題,比如電池組中其中一個電池低電壓,那么勢必拉低整組電池的電壓值并增加內(nèi)阻,若仍然使用原來的電流電壓進行充電極有可能引起電池發(fā)熱爆炸,鋁塑軟包裝的鋰聚合物電池也存在這個情況。


  只不過相對于鋼殼封裝的18650鋰電來說,鋰聚合物電池不會爆炸,但是無可避免地會發(fā)生燃燒。所以產(chǎn)品標注的電池容量并不是越大越好。


  另外,就算是符合容量標注,可事實上可以提供的電量到底會有多少呢?為了更為直觀講解這個貓膩,我們拿應(yīng)急啟動電源的近親--充電寶說事。


  電池的容量代表著電池本身可以提供的電量,就跟水池一樣,越大的水池存水量越大,充電與放電的過程就好比水池蓄水與放水的過程,必須要有壓力差才能形成水流。要給3.7V的電池充電,用3.7V的電壓肯定充不了,必然需要更高的電壓。


  市面上標注10000mAh的充電寶內(nèi)部使用的都是3.7V的標準電壓電池,當(dāng)需要為同樣內(nèi)置3.7V電池的設(shè)備充電的時候(目前絕大部分使用鋰電池的設(shè)備電池均為同樣3.7電壓),必須升壓至5V(USB接口標準電壓,USB-C除外),附帶上“升壓板”的電池在轉(zhuǎn)換時的轉(zhuǎn)換率91%(這還是比較好的電池),實際上充電寶輸出所能提供的電量如下公式:


  C=C1×(3.7÷5)×0.91=10000mAh×0.74×0.91=6734mAh


 ?。ㄆ渲蠧表示5V有效輸出容量,C1表示電池容量)


  也就是說,標稱10000mAh的容量電池的充電寶,在實際使用中充電寶所能提供輸出的電量,按照最優(yōu)計算也只有6700mAh,以后別再被忽悠,良心商家會在產(chǎn)品上標注電池容量的同時標注出有效輸出容量(實際可用容量)。


  貓膩之三:倍率電池的知識盲區(qū)


  鋰電池的放電倍率,我們一般用字母‘C’來表示,1C則表示該電池最大放電電流為1倍放電,舉例:1個1000mAh的10C鋰電池,則表示該電池最大放電電流為10倍,則其最大放電電流為:10×1000mA=10A。


  一般我們稱1C放電的鋰電池為標準電池,2C-10C放電的為小倍率電池,超過10C的為高倍率電池。


  倍率電池與傳統(tǒng)標準電池的主要區(qū)別在于,制作工藝上的不同,標準電池與小倍率電池多采用極片卷繞的工藝制作,而供應(yīng)急啟動電源使用的高倍率電池其內(nèi)部極片則是采用疊片的工藝制作,這也間接提供了一個簡易的分辨方法,纏繞工藝的電池兩邊會略厚,平整度稍差,而疊片工藝的倍率電池則相當(dāng)?shù)钠秸秸?/p>


  由于倍率電池是為了滿足嚴苛的大電流放電要求,其采用了更厚的極片、更厚的鋰離子隔離膜,相同體積,容量反而會略有減少,不過相對于安全性來說,犧牲的小額容量就不足為道了。


  作為應(yīng)急啟動電源,其跟充電寶最大的區(qū)別在于,應(yīng)急啟動電源是需要瞬間大電流放電,以供車輛啟動電機進行點火啟動,此時便需要使用“倍率電池”作為動力了,一般較好的大倍率電池使用35C-40C倍率放電,傳統(tǒng)標準電池就未必能勝任此工作了,若黑心商家采用標準電池為應(yīng)急啟動電源產(chǎn)品提供電力,壽命估計不會長,瞬間的大電流放電極為容易擊穿鋰離子隔離膜,輕則使用數(shù)次就廢,重則當(dāng)場發(fā)熱燒毀。


  貓膩之四:“可有可無”的保護電路


  在鋰離子電池或鋰電池組使用過程中,為避免使用者的錯誤操作而造成電池升溫,電池內(nèi)電解液的分解而產(chǎn)生氣體使其內(nèi)壓上升,導(dǎo)致金屬鋰等的析出而造成有起火及電池破裂的危險,以及過放電使電池特性劣化等各種原因,在鋰離子電池回路中勻要采用保護電路。


  對鋰離子充電電池的保護,必須有以下4個保護功能,以保證電池的安全性和可靠性。


  過充保護,防止電池充電時超過電池的充電限制電壓,電池過充,極易導(dǎo)致電池的特性劣化、起火及破裂,確保安全性。


  過放保護,防止電池放電時超過電池放電限制電壓,電池過放,直接導(dǎo)致電池內(nèi)部電化學(xué)性能劣化,輕則影響電池使用壽命,重則電池報廢。


  過電流保護防止MOSFET的破壞,讓電池在所能承受的最大充電電流值內(nèi)安全充電。


  短路保護,防止因操作不慎,直接將正負極導(dǎo)通,而導(dǎo)致電池的起火爆炸等,確保使用以及搬運時的安全性。


  所以對于山寨應(yīng)急啟動電源產(chǎn)品那形同虛設(shè)的保護電路無異于謀殺,尤其是應(yīng)急啟動電源所使用的倍率電池,保護電路的造假占產(chǎn)品成本3-5%左右,可惜僅從外觀上是看不出有否保護電路的,僅能憑商家良心了,所以盡量選購大品牌吧。


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