充电电池和充电器的原理及运用

./充电电池和充电器的原理及运用第一章充电电池1、种类2、特征3、名词解释4、注意事项5、维护6、异常处理7、选购8、发展前景9、种类10、特征11、名词解释12、注意事项13、维护14、异常处理15、选购16发展前景特点和特征及用途 充电、放电原理 发生的条件 现在再来说说充电 一种最新型的充电电池 充电电池使用时的注意事项 充电电池发生异常时如何处理 中国电池行业发展前景 新一代充电电池 充电电池趋势-电芯和充电池的融合和再分离第二章镍镉电池1、简介2、详细说明3、电池种类4、原理5、基本特点6、使用说明7、主要用途8、记忆效应9、简介10、详细说明11、电池种类12、原理13、基本特点14、使用说明15、主要用途16、记忆效应 放电特性 电池保养 注意事项第三章镍氢充电电池1、镍氢充电电池概述2、结构3、电池反应4、镍氢电池的主要特性5、使用注意事项6、存放7、电池寿命第四章锂离子电池1、名词简介2、锂电池3、发展历史4、组成部分5、原理解构6、化学解析7、主要种类8、主要优点9、名词简介10、锂电池11、发展历史12、组成部分13、原理解构14、化学解析15、主要种类16、主要优点主要缺点 如何正确使用锂离子电池 保养须知 锂离子电池的新发展第五章锂聚合物电池分类特点聚合物电池与液态锂电的比较液态锂电聚合物锂离子电池锂离子聚合物电池和一般锂离子电池优势聚合物锂离子电池市场情况第六章铅酸电池1、主要特性2、产品应用3、产品结构4、环境和使用条件第七章充电器1、充电器简介2、充电器的分类3、使用方法4、放电说明5、车载充电器6、太阳能充电器7、充电时间计算8、充电器简介9、充电器的分类10、使用方法11、放电说明12、车载充电器13、太阳能充电器14、充电时间计算第八章充电和激活1、正常使用中应该何时开始充电2、锂电池如何激活如何正确充电和放电？3、如何恢复镍氢电池的蓄电能力4、锂电池修复第九章充电电池和充电器知识问答第十章十大充电器和电池第一章充电电池手摇式充电电池充电电池,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。现在一般充电次数能在1000次左右。目前只有五种：镍镉、镍氢、锂离子、铅蓄、铁锂。镍镉电池〔Ni-Cd电压：1.2V充电电池使用寿命为：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次充电电池放电温度为：-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：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,但体积和最量是最大的。充电电池镍镉：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、移动等电子产品中。充电电池铅蓄：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,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。充电电池充电率<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。充电电池终止电压〔Cut-offdischargevoltage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〔OpencircuitvoltageOCV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〔DepthofdischargeDOD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〔Overdischarge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。充电电池过充电〔Overcharge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〔Energydensity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〔Selfdischarge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〔Cyclelife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〔Memoryeffect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。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；充电电池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。充电电池的充电问题一直是人们关心的焦点,正确良好的充电方法可以确保电池的寿命。充电电池推荐的充电方法有多种多样,不同的充电方法对充电器的线路有不同的要求,自然影响到成本。记忆效应是充电电池的一大天敌,一般认为是长期不正确的充电导致的,它可以使电池早衰。记忆效应可使电池无法有效的充电,出现一充就满,一用就完的现象。防止电池出现记忆效应的方法是确保电池"充足放光"的原则,也就是说在充电前最好将电池残余电量放光,充电时要一次充足。通常镍镉电池容易出现记忆效应,所以充电时要特别注意,镍氢电池理论上没有记忆效应,但最好也遵循"充足放光"的原则,这也就是很多充电器提供放电附加功能的原因。对于由于记忆效应作怪出现容量下降的电池,我们可以通过一次性充足再一次性放光的方法反复数次,大部分电池都可以得到修复。对于一些搁置时间久远,失去活性的电池可以尝试用大电流冲击的方法试图击活。电池充电时间和充电电流的关系为电池容量除以充电电流得到充电时间,考虑充电过程中的损耗,所以将计算得到的充电时间再乘以1.2这个常数。对于镍镉和镍氢电池最常用的简单充电方法是利用10%C恒流充电,又被称为"慢充",即按照电流容量数值的10%确定充电电流,如一节标称容量500mAH的电池,它的建议充电电流为50MA；又如一节标称容量1300mAH的电池,它的建议充电电流为130MA。在此电流下连续充电12-15小时就可以视做充满。虽然建议使用恒流充电但要求并不严格,电流允许有较大波动,所以按照此方法制作的充电器结构非常简单,一般只需要一个将220V市电转换成适当低压的变压器、用于整流的二极管、用于限流的电阻以及一些发光二机管等指示装置,成本非常低,市面上绝大部分独立常规充电器都采用这种方式,只不过外形不同罢了。"慢充"虽然比较简单,但是充一次电要等待十多个小时,实在有些令人不耐烦。电池厂商也允许用户在急需时用30%C的电流给电池充电4-5小时,称之为"快充",不过不建议常用,理论上对电池有轻微的损害。所以大部分常规充电器都有"快充"和"慢充"两档,并建议用户使用"慢充"。在很多情况下用户需要对电池快速、有效、安全的充电,快速充电就需要使用较大的电流。电池在大电流充电过程中会出现极化效应,使电池发热,而且当大电流充电电池充满后,如果不及时停止,电池会迅速发热,严重时可导致电池烧毁和爆炸。所以要求快速充电器具备充满自停的功能,同时也要解决极化效应,使充电高效安全。早期的快速充电器采用简单的定时充电,不过此类充电器针对性强,充电效果亦不令人满意。现代的充电器采用专用的充电控制IC,以高频脉动电流给电池充电以解决极化效应,通过检测电池-ΔV准确判断电池是否充满,并提供温度保护等保护措施和放电等附加功能。不过这种充电器结构比较复杂,成本也比较高,一般多用于手机、对讲机等高档通讯设备及电器。现在市场上充电电池型号很多,仅以5号电池为例,容量就有500MAH、600MAH、700MAH、850MHA、1200MAH、1300MAH等。由上面的10%C"慢充"原理我们可以了解,不同容量电池需要不同充电电流,市面上一些通用型充电器多是为早期的500MAH和600MAH电池设计,充电电流在60-70mA之间,如果要充更大容量的电池需要更长时间。具体时间可先用万用表测实际充电电流,再用电池容量除以充电电流乘以系数1.2得到充电时间。对于充1000mAH以上的镍氢电池可以尝试用普通充电器的快充档,因为这档电流较大,用万用表测实际充电电流,如果数值接近所充镍氢电池要求10%C的充电电流就正好歪打正着。实际上市面上很多所谓镍氢电池充电器只不过是充电电流大一些的常规充电器而已。市面出售的充电器主要专用型和通用型两种。所谓专用型是配合某一电器一体化电池块实行充电,典型的是移动配套的充电器。选择此类充电器一般选用原装配套的产品比较适合,一是型号对口<有专用的充电适配器>充电电压对应,二是大多数此类充电器都采用高效的快充方式,工作效率高。国产的兼容专用充电器最大的优势是价格便宜,不过由于厂家不同部线路也不相同,采用的充电方式也不同,很多产品为了降低成本使用简单的电子线路,充电效果不佳且并没有采用国际推荐的充电方法。如果购买国产充电器不应选购过分便宜的产品,最好具备放电和充满自停的产品。国货中也不乏精品,一般都配有液晶充电进程指示和具备自动快速充电功能。通用型充电器就是需要将电池一节一节的独立充电,市面上产品以国货为主,大部分是采用前面提到的10%C简单充电线路,有的带有电量测试等附加功能。购买通用型充电器注意要和自己使用的电池配套<以慢充为例即充电电流为10%C>,市场也有一些价格略贵一些具备充满自停的快速充电器,使用比较方便。中档的通用快速充电器都带有充电状态指示,并在产品包装规格上注明有充满自停的功能。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。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。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。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,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,质量越大充电、放电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>e-┗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。发生的条件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－、SO42－现在再来说说充电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.一种最新型的充电电池现在欧美国家已开始开发一种新的可充电电池,叫镍锌AA电池〔Ni-Zn电池镍锌AA电池:电池尺寸同镍氢/镍镉的尺寸:IEC规格理论电压:1.8V理论电压:放电1.65V理论容量:1500Mah对充电器的要求：充电器应可同时充4节AA1.1.ConstantcurrentchargeatCrate<1.5amps>untilcellvoltagereaches1.9volts/cell在每节电池电压达到1.9V之前,1.5amps恒流充电1.2.Maintain1.9volts/cellandterminateconstantcurrentandallowcurrenttotaperatconstantfloatvoltage<1.9volt>condition.当电压到1.9V时停止恒流充电,在1.9V的情况下让电流逐渐变小,1.3.WhentapercurrentreachC/15,100maorwhentotaltimechargereaches2.5hrsterminatecharge.当小电流达到C/15,100mA或者总的充电时间达到2.5小时时停止充电Pleasereviewthischarginginformationandgivemeanyrecommendationsyoumayhavetoreducecostandimprovereliability.充电电池使用时的注意事项[1]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。充电电池发生异常时如何处理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。中国电池行业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。新一代充电电池将充电电池与充电装置融合在一起,成为新一代充电电池设计的发展趋势。usb电池将标准的usb接口置在充电电池,使用方便,成为未来电池发展的亮点！充电电池趋势-电芯和充电池的融合和再分离将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。usb电池第二章镍镉电池镍镉电池可重复500次以上的充放电,经济耐用。其部抵制力小,既阻很小,可快速充电,又可为负载提供大电流,而且放电时电压变化很小,是一种非常理想的直流供电电池。镍镉电池镍镉电池〔Ni-Cd,Nickel-CadmiunBatteries,Ni-CdRechargeableBattery是最早应用于手机、超科等设备的电池种类,它具有良好的大电流放电特性、耐过充放电能力强、维护简单,一般使用以下反应放电：Cd+2NiO<OH>+2H2O=2Ni<OH>2+Cd<OH>2充电时反应相反。镍镉电池最致命的缺点是,在充放电过程中如果处理不当,会出现严重的"记忆效应",使得服务寿命大大缩短。所谓"记忆效应"就是电池在充电前,电池的电量没有被完全放尽,久而久之将会引起电池容量的降低,在电池充放电的过程中〔放电较为明显,会在电池极板上产生些许的小气泡,日积月累这些气泡减少了电池极板的面积也间接影响了电池的容量。当然,我们可以通过掌握合理的充放电方法来减轻"记忆效应"。此外,镉是有毒的,因而镍镉电池不利于生态环境的保护。众多的缺点使得镍镉电池已基本被淘汰出数码设备电池的应用围。详细说明镍镉电池镍镉电池可重复500次以上的充放电,经济耐用。其部抵制力小,既阻很小,可快速充电,又可为负载提供大电流,而且放电时电压变化很小,是一种非常理想的直流供电电池。与其它类型的电池比较,镍镉电池可耐过充电或过放电。镍镉电池的放电电压根据其放电装置有所差异,每个单元电池<Cell>大约是1.2V,电池容量单位为Ah<安时>、mAh<毫安时>,放电终止电压的极限值称为"放电终止电压",镍镉电池的放电终止电压为1.0/cell<cell为每一单元电池>。自放电率低,镍镉电池在长间放置的情况下,特性也不会劣化,充分充电后可完全恢复原来的特性,它可在－20℃＋60℃的温度围使用。由于单元电池采用金属容器,坚固耐用；采用完全密封的方式,不会出现电解液泄漏现象,故无须补充电解液。提高电池性能及延长电池使用寿命的关键在于避免记忆效应和过度放电。镍镉电池有记忆效应,即镍镉电在几次低容量下的充放电工作之后。如果要进行一次较大容量的充放电,电池将无常工作,这种情况即为记忆效应<Memoryeffect>。记忆效应使得放电终止电压被设定的较高的录像机、摄像机上,随着工作电压的降低,电池容量表面上也随着降低,但放电电压的降低可能是一至二次完全放电而造成的暂时现象。记忆效应使得电池的性能不能得到充分发挥,也给拍摄带来极大的不便。因此,在使用中应注意使用带充放电性能的充电器,如Sony公司的BC－1WDCE,避免记忆效应的产生,使用一般充电器的如BC－1WA、BC－1WB时,可在10次左右的充电以后进行一次放电,也可以达到防止记忆效应的目的。电池种类一次使用干电池；碱性电池；水银电池；锌空电池；氢氧电池可重复使用镍氢电池；镍铁电池；镍镉电池；铅酸蓄电池；锂电池；太阳能电池必需添加燃料使用燃料电池原理原理分析充电示意图为于负极的镉<Cd>和氢氧化钠<NaOH>中的氢氧根离子<OH->化合成氢氧化镉,并附著在阳极上,同时也放出电子。电子沿著电线至阴极,和阴极的二氧化镍与氢氧化钠溶液中的水反应形成氢氧化镍和氢氧根离子,氢氧化镍会附著在阳极上,氢氧根离子则又回到氢氧化钠溶液中,故氢氧化钠溶液浓度不会随著时间而下降。放电反应式：负极反应：Cd+2OH-→Cd<OH>2+2e-正极反应：2e-+NiO2+2H2O→Ni<OH>2+2OH-总反应：Cd+NiO2+2H2O→Cd<OH>2+Ni<OH>2充电反应式：正极反应：Ni<OH>2+2OH-→2e-+NiO2+2H2O负极反应：Cd<OH>2+2e-→Cd+2OH-总反应：Cd<OH>2+Ni<OH>2→Cd+NiO2+2H2O充电的镍镉电池镍镉电池正极板上的活性物质由氧化镍粉和石墨粉组成,石墨不参加化学反应,其主要作用是增强导电性。负极板上的活性物质由氧化镉粉和氧化铁粉组成,氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性,防止结块,并增加极板的容量。活性物质分别包在穿孔钢带中,加压成型后即成为电池的正负极板。极板间用耐碱的硬橡胶绝缘棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔开。电解液通常用氢氧化钾溶液。与其它电池相比,NiCd电池的自放电率<即电池不使用时失去电荷的速率超科电池>适中。NiCd电池在使用过程中,如果放电不完全就又充电,下次再放电时,就不能放出全部电量。比如,放出80％电量后再充足电,该电池只能放出80％的电量。这就是所谓的记忆效应。当然,几次完整的放电/充电循环将使NiCd电池恢复正常工作。由于NiCd电池的记忆效应,若未完全放电,应在充电前将每节电池放电至1V以下。[1]充电镍镉电池充电在0.05C至大于1C的围对NiCd电池恒流充电。一些低成本充电器使用绝对温度终止充电。虽然简单、成本低,但这种充电终止方法不精确。更好的方法是通过检测电池充满时的电压跌落终止充电。对于充电速率为0.5C或更高的NiCd电池,-ΔV方法是最有效的。-ΔV充电终止检测应与电池温度检测相结合,因为老化电池和不匹配电池可能减少ΔV。通过检测温升速率<dT/dt>可以实现更精确的满充检测,这种满充检测比固定温度终止对电池更好。基于ΔT/dt和-ΔV组合的充电终止方法可避免电池过充,延长电池寿命。镍镉电池快速充电可改善充电效率。在1C的充电速率下,效率可以接近1.1<91%>,充满一个空电池的时间为1小时多一点。当以0.1C充电时,效率便下降到1.4<71%>,充电时间为14小时左右。因为NiCd电池对电能接收程度接近100%,所以几乎所有的能量在充电开始的70%期间被吸收,而且电池保持不发热。超快速充电器利用该特点,在几分钟将电池充到70%,以几C的电流充电而无热量产生。充到70%后,电池再以较低速率继续充电,直到电池充满。最后以0.02C至0.1C的涓流结束充电。基本特点小型充电器1．镍镉电池可重复500次以上的充放电,非常的经济；2．阻小,可供大电流的放电,当它放电时电压的变化很小,作为直流电源是一种质量极佳的电池；3．因为采用完全密封式,因此不会有电解液漏出的现象,也完全不需要补充电解液；4．与其他种类电池相比之下,镍镉电池可耐过充电或放过电,操作简单方便；5．长时间的放置下也不会使性能劣化,当十分充完电后即可恢复原来的特性；6．可使用在很广的温度围；7．因为它采用金属容器而作成,有机械性的坚固；8．镍镉电池在非常严格的品质管理下被制造完成,有非常优良的品质性赖性。使用说明小型的镍镉电池镍镉电池的包装分为零售用的正极凸头和组装用的正极平头包装两种,在容量上没有差异。在充电回路也和下面所介绍的镍氢电池类似,采用1.6倍电压充电。通常镍镉电池的充电次数为300～800次,在充放电达500次后电容量会下降至约80%。镍镉电池的记忆效应比镍氢电池来的严重。所以必须在完全没电时才可进行充电,以确保使用寿命。主要用途大型袋式和开口式镉镍电池主要用于铁路机车、矿山、装甲车辆、飞机发动机等作起动或应急电源。圆柱密封式镉镍电池主要用于电动工具、剃须器等便携式电器。小型扣式镉镍电池主要用于小电流、低倍率放电的无绳、电动玩具等。由于废弃镉镍电池对环境的污染,该系列的电池将逐渐被性能更好的金属氢化物镍电池所取代。记忆效应当镍镉电池重复经过几次维持在低容量的放充后,如果必须做一个较大量的放电时电池会无法作用,这种情形我们称为"记忆效应"。记忆效应可能是镍镉电池中最容易被误解的问题。放电终止电压被设定较高的录像机,随着使用的电压变低,表面上看起来似乎随着降低,但是放电电压的低下是可以由1～2次的完全放电而解决这一现象。建议十次充电后进行一次放电,以防止记忆效应。放电特性1．放电电压依据其放电电流多少有些差异,大体上是1.2V左右；2．电池的容量以Ah,mAh的单位来表示；3．当放电达到放电终了的极限时称之为"放电终止电压",镍镉电池的放电终止电压为1.0V/cell；4．使用温度围在-20℃"60℃,在此围可进行放电。电池保养电池寿命是指使用一段时间后,充放电的容量下降到标称容量的80％之前进行的充放电次数,并非不能充放电或完全失效才是电池的寿命；自放电率是指电池充足电后长时间放置不用的情况下缓慢自行放电的现象。自放电率低表明长时间放置后容量下降少。对于外出拍摄节目或新闻采访,一般均使用便携式摄录设备,与便携摄录设备配套使用的电池,能否高效、优质的连续长时间工作提保证拍摄工作顺利进行的至关重要的一环。电池功能的正常发挥与我们电视、电教工作者在日常工作中的正确使用与精心保养密切相关,因此使用和保养问题应该引起我们的重视。1、在日常工作中,应该熟悉自己使用电池所属类型,它所具有的基本特点和性能。这对于指导我们正确的使用和保养,具有十分重要的意义,对于延长电池的使用寿命也是极为重要的。2、充电时,室温最好控制在10℃－30℃之间进行,右高于30摄氏度最好采取降温措施,避免因电池部过热发生变形；室温低于5摄氏度时,会造成充电不足,影响电池的使用寿命。3、电池经一段时间的使用后,由于放电程度不同和老化或多或少的存在充电不足和性能下降的情况,一般情况下镍镉电池可在10次左右的充放电循环之后,进行一次过充电。方法是延长充电时间比正常充电时间延长一倍左右。具体举例如下：用SONY的BC--1WA<B>充电器对NP-1电池充电,在绿灯闪烁时为快速充电,绿灯停止闪烁长亮时快速充电结束点滴充电开始,延长点滴充电时间时,点滴充电时间为过充电时间,过充电时间以3－4小时为宜。4、电池充放电应严格按要求规操作,切忌长期过充、过放或经常充电不足。放电不彻底、电池使用时长期小电流深度放电或短路都是造成电池容量下降、寿命缩短的重要因素。长此以往违章使用操作不仅会影响使用,而且势必会影响电池的容量与寿命。5、在常用BC-1WA<B>充电器中,电池充电过程应一次完成,不可中途断电或在快速充电结束后,电池处于高温状态,而重新接通电源,使得充电器再次给电池快速充电,结果会造成过充电。在使用中当电池告警指示灯闪烁告警时,应及时更换电池,避免电池过量放电。6、镍镉电池长期不用时勿需充电保存,但须将电池放电至终止电压后<摄录机电池告警灯闪烁>方可封装存放在原包装纸盒或用布、纸包装后,置于干燥、通风处存放。注意事项1．可在-30℃-50℃的温度围之间保存,但如果是长时间放置的情形下,请在35℃以下保存；2．充电状态或者是放电状态的保存都是可能的,但是比较之下放电状态可使容量较早回复并且较易被激活；3．当电池在长时间的放置后,使用前必须十分地充电后再使用。记忆效应当镍镉电池重复经过几次维持在低容量的放充后,如果必须做一个较大量的放电时电池会无法作用,这种情形我们称为"记忆效应"。记忆效应可能是镍镉电池中最容易被误解的问题。放电终止电压被设定较高的录像机,随着使用的电压变低,表面上看起来似乎随着降低,但是放电电压的低下是可以由1～2次的完全放电而解决这一现象。建议十次充电后进行一次放电,以防止建议效应。第三章镍氢充电电池镍氢充电电池概述镍氢充电电池是以碱液为电解液的二次电池,正极为氢氧化镍,负极为储氢合金.这种类型电池是由IEC<国际电工委员会>定义的,是碱性密封圆柱形可充电电池。结构可充电镍氢电池的组成有以下几个部分：由镍的氢氧化物为主要材料的正极板、由储氢合金为主要材料的负极板、具有保液能力和良好透气性的隔膜、碱性电解液、金属壳体、具有自动密封的安全阀的盖帽及其他部件。被隔膜相互隔离开的正、负极板程螺旋状卷绕在壳体,壳体用盖帽进行密封,在壳体和盖帽之间用绝缘材质的密封圈隔开。电池反应通常,在可充电电池部发生三种不同的电化学反应：向电池负载提供能量的放电反应、储存电能的充电反应,过充电反应,过放电反应。充放过程的电池总反应电池在设计时负极容量高于正极容量,在正极上产生的气体和未反应的负极物质进行反应而被吸收掉,因此,使电池的完全密封得以实现。过充电时,两极上的反应为：氧化镍电极上吸氢电极上电池过充电时的总反应：氧化镍电极上当电池过放电时,电极反应为：镍氢电池的主要特性镍氢电池的主要特性：充电特性放电特性、循环寿命特性、贮存特性和安全特性1、充电特性镍氢电池的充电特性受充电电流、充电时间、充电温度及其他因素的影响。增大充电电流和降低充电温度导致电池充电电压上升。充电的效率会随充电电流、充电时间和充电温度而变化。一般采用不大于1C的恒定电流充电,充电时环境温度一般在0℃～40℃之间,在10℃～30℃之间充电能获得较高的充电效率。如果经常在高温或低温环境中对电池充电,会导致电池性能的降低,另外,反复的过充电也会降低电池的性能。对于快速充电,充电控制系统是必不可少的。典型的充电特性〔温度对充电电压的影响2、放电特性镍氢电池的放电性能随放电电流、温度和其他因素的改变而变化。电池的放电特性受电流/环境温度等因素的影响,电流越大,温度越低,电池放电电压和放电效率都会降低,电池的最续放电电流为3C。电池的放电截止电压一般设定在0.9V～1.1V/CELL,如果截止电压设定得太高,则电池容量不能被充分利用,反之,则容易引起电池过放。典型的放电性能〔不同放电倍率放电曲线3、循环寿命特征镍氢电池的循环寿命受充放电制度、温度和使用方法的影响。当按照IEC标准充放电时,充放电循环可以超过500次。不同的充电方式,如快速充电以及实际工作的充电方式都会影响到电池的实际循环寿命。典型的循环寿命特征4、存贮性能电池的存放特性包括自放电特性和长期存放特性自放电特性是指电池充足电开路存放时容量损失的现象,自放电特性主要受环境温度的影响,温度越高,电池存放后容量损失越大。电池长时间〔如一年存放后,初次使用时,电池容量可能会比存放前的容量小,但经过几次充放循环后,电池能恢复到存放前的容量5、安全性如果电池因为不正当的使用,如：过充、短路、或者反充,造成电池部压力升高,一个可恢复的安全阀将会打开,降低部压力,从而防止电池爆炸。使用注意事项充电1．充电环境温度环境温度会影响充电效率。当电池在10℃～30℃的环境下充电时,具有最佳的充电效果。若在0℃以下充电,电池中消气反应的速度将会减慢,造成压过高使安全阀打开,有可能引起电解液泄漏使电池性能和使用寿命降低；若在40℃以上充电,则充电效率会大大降低,过高的充电温度也会引起电池漏液和性能降低。电池中的电解液是强碱溶液,对皮肤和衣物都有腐蚀。当皮肤和衣物不慎沾染到电液时,应立即用清水冲洗。2.禁止反极充电当电池反极充电时,电池部会产生大量气体使压急剧上升,有可能使安全阀来不及动作而造成电池破裂甚至爆炸。3.快速充电快速充电的电流不能超过1C,快速充电时,一定要选用有自动截止或转换功能的充电器,若不对快速充电加以控制,电池会因大电流过充电产生过热、漏液,甚至爆炸。4.涓流充电涓流充电的电流一般为1/30C-1/20C。时间限定一般不超过20小时。放电1.镍氢电池可以在-20℃--+60℃的环境中放电。电池最适宜的放电温度为0℃--+40℃。2.电池最适宜的放电电流为1/10-1C,最续放电电流一般不超过3C,过高的放电电流会降低电池的放电效率,也会引起电池发热。3.电池不允许过放电,过放电会引起电池漏液,缩短电池使用寿命,严重时还可导致电池破裂或爆炸。存放1.研究表明,镍氢电池充电态储存比放电态储存更能保持电池的性能,因此,存放电池前最好将电池充电。2.电池短期存放不超过3个月时,可以将电池存放在-20℃--+45℃,相对湿度45%--85%且无腐蚀的场所,过高的温度易导致电池漏液,使电池性能降低,过高的湿度易引起电池金属件的腐蚀。电池长期存放的环境温度最好维持在-10℃--+30℃。电池经长期存放后初次使用时,容量可能会比存放前低,但经过几次充放电使用后,电池就能恢复存放以前的性能。如果电池存放期超过半年,建议半年至少对电池进行充放处理一次。电池寿命正确使用电池能确保电池循环使用500次以上,电池是化学品,其性能除了会因反复使用后降低外,电池如长期搁置不用,其各部件也会发生化学变化使性能降低,另外,不正确的使用方法或恶劣的使用条件也会导致电池寿命缩短。镍氢充电电池。由于目前大量使用的镍镉电池〔Ni－Cd中的镉有毒,使废电池处理复杂,环境受到污染,因此它将逐渐被用储氢合金做成的镍氢充电电池〔Ni－MH所替代。从电池电量来讲,相同大小的镍氢充电电池电量比镍镉电池高约1.5～2倍,且无镉的污染,现已经广泛地用于移动通讯、笔记本计算机等各种小型便携式的电子设备。目前,更大容量的镍氢电池已经开始用于汽油/电动混合动力汽车上,利用镍氢电池可快速充放电过程,当汽车高速行驶时,发电机所发的电可储存在车载的镍氢电池中,当车低速行驶时,通常会比高速行驶状态消耗大量的汽油,因此为了节省汽油,此时可以利用车载的镍氢电池驱动电动机来代替燃机工作,这样既保证了汽车正常行驶,又节省了大量的汽油,因此,混合动力车相对传统意义上的汽车具有更大的市场潜力,世界各国目前都在加紧这方面的研究。某些金属具有很强的捕捉氢的能力,在一定的温度和压力条件下,这些金属能够大量"吸收"氢气,反应生成金属氢化物,同时放出热量。其后,将这些金属氢化物加热,它们又会分解,将储存在其中的氢释放出来。这些会"吸收"氢气的金属,称为储氢合金。储氢合金的储氢能力很强。单位体积储氢的密度,是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍,也即相当于储存了1000个大气压的高压氢气。还有世界新开发的各种新型电池,给大家做个介绍,大家对比一下：当前研究开发的电动汽车动力电池主要包括铅酸电池、镍金属电池、锂离子蓄电池、高温钠电池、金属空气电池、超级电容、飞轮电池以及具有更好发展远景的燃料电池和太阳能电池。1、铅酸电池铅酸电池已有100多年的历史,广泛用作燃机汽车的起动动力源,它也是成熟的电动汽车蓄电池。铅酸电池正负电极分别为二氧化铅和铅,电解液为硫酸。铅酸电池又可以分为两类,即注水式铅酸电池和阀控式铅酸电池。前者价廉,但需要经常维护,补充电解液；后者通过安全控制阀自动调节密封电池体在充电或工作异常时产生的多余气体,免维护,更符合电动汽车的要求。总体上说,铅酸电池具有可靠性好、原材料易得、价格便宜等优点,比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点；一是比能量低,所占的质量和体积太大,且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短,使用成本过高。由于铅酸电池的技术比较成熟,经过进一步改进后的铅酸电池仍将是近期电动汽车的主要电源,正在开发的电动汽车用先进铅酸电池主要有以下几种：水平铅酸电池、双极密封铅酸电池、卷式电极铅酸电池等。2、镍金属电池目前在电动汽车上使用的镍金属电池主要有镉镍电池和氢镍电池两种。镉镍电池和铅酸电池相比,能够达到比能量55Wh/kg,比功率200W/kg,循环寿命2000次,而且可以快速充电,虽说其价格为铅酸蓄电池的4～5倍,但由于其在比能量和使用寿命方面的优势,因此其长期的实际使用成本并不高。但由于其含有重金属镉,在使用中不注意回收的话,就会形成环境污染,目前许多发达国家都已限制发展和使用镉镍电池。而氢镍电池则是一种绿色镍金属电池,它的正负极分别为镍氢氧化物和储氢合金材料,不存在重金属污染问题,且其在工作过程中不会出现电解液增减现象,电池可以实现密封设计。镍氢电池在比能量、比功率及循环寿命等方面都比镉镍电池有所提高,使用氢镍电池的电动汽车一次充电后的续驶里程曾经达到过600公里,目前在欧美已实现了批量生产和使用。氢镍电池就其工作原理和特点是适合电动汽车使用的,它已被列为近期和中期电动汽车用首选动力电池,但其还存在价格太高,均匀性较差〔特别是在高速率、深放电下电池之间的容量和电压差较大,自放电率较高,性能水平和现实要求还有差距等问题,这些问题都影响着氢镍电池在电动汽车上的广泛使用。3、锂离子蓄电池锂离子蓄电池是90年代发展起来的高容量可充电电池,能够比氢镍电池存储更多的能量,比能量大,循环寿命长,自放电率小,无记忆效应和环境污染,是当今各国能量存储技术研究的热点,主要集中在大容量、长寿命和安全性三个方面的研究。锂离子蓄电池中,锂离子在正负极材料晶格中可以自由扩散,当电池充电时,锂离子从正极中脱出,嵌入到负极中,反之为放电状态,即在电池充放电循环过程中,借助于电解液,锂离子在电池的两极间往复运动以传递电能。锂离子蓄电池的电极为锂金属氧化物和储锂碳材料,根据电解质的不同,锂离子蓄电池一般可分为锂离子电池和锂聚合物电池两种。4、高温钠电池高温钠电池主要包括钠氯化镍电池〔NaNiCl2和钠硫蓄电池两种。钠氯化镍电池是1978年发明的,其正极是固态NiCl2,负极为液态Na,电解质为固态β-Al2O2瓷,充放电时钠离子通过瓷电解质在正负电极之间漂移。钠氯化镍电池是一种新型高能电池,它具有比能量高〔超过100Wh/kg,无自放电效应,耐过充、过放电,可快速充电,安全可靠等优点,但是其工作温度高〔250-350℃,而且阻与工作温度、电流和充电状态有关,因此需要有加热和冷却管理系统。而钠硫蓄电池也是近期普遍看好的电动汽车蓄电池,它已被美国先进电池联合体<USABC>列为中期发展的电动汽车蓄电池,钠硫蓄电池具有高的比能量,但它的峰值功率较低,而且这种电池的工作温度近似300℃,熔融的钠和硫有潜在的毒性,腐蚀也限制了电池的可靠性和寿命。5、锌空气电池〔Zinc-air锌空气电池是一种机械更换离车充电方式的高能电池,正极为Zinc,负极为Carbon〔吸收空气中的氧气,电解液为KOH。锌空气电池具有高比能量〔200Wh/kg,免维护、耐恶劣工作环境,清洁安全可靠等优点,但是其具有比功率较小〔90W/kg,不能存储再生制动的能量,寿命较短,不能输出大电流及难以充电等缺点。一般为了弥补它的不足,使用锌空气电池的电动汽车还会装有其它电池〔如镍镉蓄电池以帮助起动和加速。6、超级电容超级电容是为了满足混合电动汽车能量和功率实时变化要求而提出的一种能量存储装置,它是一种电化学电容,兼具电池和传统物理电容的优点。超级电容往往和其它蓄电池联合应用作为电动汽车的动力电源,可以满足电动汽车对功率的要求而不降低蓄电池的性能,超级电容的使用,将减少汽车对蓄电池大电流放电的要求,达到减少蓄电池体积和延长蓄电池寿命的目的。开发高比能量、高比功率、长寿命、高效率和低成本的超级电容,可以提高商业化电动汽车动力性〔特别是加速能力、经济性和续驶里程。根据电极材料的不同,超级电容可分为碳类超级电容〔双电层电化学电容和金属氧化物超级电容两类。7、飞轮电池飞轮电池是90年代才提出的新概念电池,它突破了化学电池的局限,用物理方法实现储能。飞轮电池是一种以动能方式存储能量的机械电池,它由电动/发电机、功率转换、电子控制、飞轮、磁浮轴承和真空壳体等部分组成,具有高功率比、高能量比、高效率、长寿命和环境适应性好等优点。飞轮电池中的电机,在充电时该电机以电动机形式运转,在外电源的驱动下,电机带动飞轮高速旋转〔可达到200000rpm,即用电给飞轮电池"充电"增加了飞轮的转速从而增大其动能；放电时,电机则以发电机状态运转,在飞轮的带动下对外输出电能,完成机械能<动能>到电能的转换。要开发适合电动汽车的实用性飞轮8、燃料电池燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置,它的基本化学原理是水电解反应的逆过程,即氢氧反应产生电、水和热。它不需要燃烧、无转动部件、无噪声、运行寿命长、可靠性高、维护性能好,实际效率能达到普通燃机的2至3倍,加之其最终产物又是水,真正达到清洁、可再生、无排放的要求,是21世纪的首选能源。而且,燃料电池也不需要像其它电池那样进行长时间的充电,它只需要像给汽车加油一样补充燃料即可。据美国ABI调查公司预测,20XX全球燃料电池汽车的产量将达到240万辆,占世界汽车总产量的4.3％,日本政府也计划在十年普及燃料电池。20XX12月,日本丰田公司已向日本政府交付了第一批商用燃料电池电动汽车。燃料电池由正负电极、催化层和电解质构成,根据电解质的不同,燃料电池可分为磷酸型、质子交换膜型、碱性型、熔融碳酸盐型和固体氧化物型等几种,目前只有质子交换膜型燃料电池最适合电动汽车使用,我国研制成功的"中国氢动力首号车"使用的就是质子交换膜型燃料电池。一套较完整的燃料电池系统由以下几个部分组成：燃料处理部分、燃料电池、直流交流转换器和热能管理部分。9、太阳能电池太阳能电池是一种把光能转换为电能的装置,太阳能已广泛用于照明、家用电器、发电、交通信号、地质、航天等领域。目前,部分机构也已研制出了使用太阳能电池的电动汽车样车,但是由于太阳能电池还存在光电转换效率不高、价格太高、电池系统配置较复杂等问题,近期只能作为电动汽车的补充电源,还不能大规模的生产应用,但太阳能作为最清洁的、取之不尽用之不竭的能源,对它的研究和应用必将会取得长足的进步。第四章锂离子电池锂离子电池原理结构采用含有锂元素的材料作为电极的电池。它是现代高性能电池的代表。名词简介锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池容易与下面两种电池混淆：〔1锂电池：存在锂单质。〔2锂离子聚合物电池：用多聚物取代液态有机溶剂。锂电池早期的锂电池锂离子电池<Li-ionBatteries>是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion之前,先介绍锂电池。举例来讲,以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯,负极是锂。电池组装完成后电池即有电压,不需充电.这种电池也可以充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成电池部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。锂离子电池：炭材料锂电池后来,日本索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作正极的锂电池,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当对电池进行放电时〔即我们使用电池的过程,嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。Li-ionBatteries：摇椅式电池我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ionBatteries就像一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ionBatteries又叫摇椅式电池。发展历史1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成首个锂电池。1982年伊利诺伊理工大学<theIllinoisInstituteofTechnology>的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性,此过程是快速的,并且可逆。与此同时,采用金属锂制成的锂电池,其安全隐患备受关注,因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料,具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高,且氧化性远低于钴酸锂,即使出现短路、过充电,也能够避免了燃烧、爆炸的危险。1989年,A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后,锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。此类以钴酸锂作为正极材料的电池,至今仍是便携电子器件的主要电源。1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐,如磷酸锂铁<LiFePO4>,比传统的正极材料更具安全性,尤其耐高温,耐过充电性能远超过传统锂离子电池材料。因此已成为当前主流的大电流放电的动力锂电池的正极材料。组成部分钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列：〔1正极——活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂,现在又出现了镍钴锰酸锂材料,电动自行车则用磷酸铁锂,导电集流体使用厚度10--20微米的电解铝箔〔2隔膜——一种特殊的复合膜,可以让离子通过,但却是电子的绝缘体〔3负极——活性物质为石墨,或近似石墨结构的碳,导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔〔4有机电解液——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂,聚合物的则使用凝胶状电解液〔5电池外壳——分为钢壳〔现在方型很少使用、铝壳、镀镍铁壳〔圆柱电池使用、铝塑膜〔软包装等,还有电池的盖帽,也是电池的正负极引出端原理解构锂系电池概述笔记本电脑锂离子电池锂系电池分为锂电池和锂离子电池。目前手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池,通常人们俗称其为锂电池,而真正的锂电池由于危险性大,很少应用于日常电子产品。作用机理锂离子电池以碳素材料为负极,以含锂的化合物作正极,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程,就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中,同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌〔习惯上正极用嵌入或脱嵌表示,而负极用插入或脱插表示。在充放电过程中,锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插,被形象地称为"摇椅电池"。工作状态和效率锂离子电池能量密度大,平均输出电压高。自放电小,好的电池,每月在2%以下〔可恢复。没有记忆效应。工作温度围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%,而且输出功率大。使用寿命长。不含有毒有害物质,被称为绿色电池。充电充电是电池重复使用的重要步骤,锂离子电池的充电过程分为两个阶段：恒流快充阶段和恒压电流递减阶段。恒流快充阶段,电池电压逐步升高到电池的标准电压,随后在控制芯片下转入恒压阶段,电压不再升高以确保不会过充,电流则随着电池电量的上升逐步减弱到设定的值,而最终完成充电。电量统计芯片通过记录放电曲线可以抽样计算出电池的电量。锂离子电池在多次使用后,放电曲线会发生改变,锂离子电池虽然不存在记忆效应,但是充、放电不当会严重影响电池性能。充电注意事项锂离子电池过度充放电会对正负极造成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现塌陷,而塌陷会造成充电过程中锂离子无法插入；过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构,而造成其中部分锂离子再也无法释放出来。充电量等于充电电流乘以充电时间,在充电控制电压一定的情况下,充电电流越大〔充电速度越快,充电电量越小。电池充电速度过快和终止电压控制点不当,同样会造成电池容量不足,实际是电池的部分电极活性物质没有得到充分反应就停止充电,这种充电不足的现象随着循环次数的增加而加剧。放电第一次充放电,如果时间能较长<一般3--4小时足够>,那么可以使电极尽可能多的达到最高氧化态〔充足电,放电〔或使用时则强制放到规定的电压、或直至自动关机,如此能激活电池使用容量。但在锂离子电池的平常使用中,不需要如此操作,可以随时根据需要充电,充电时既不必要一定充满电为止,也不需要先放电。象首次充放电那样的操作,只需要每隔3--4个月进行连续的1--2次即可。化学解析概述和所有化学电池一样,锂离子电池也由三个部分组成：正极、负极和电解质。电极材料都是锂离子可以嵌入<插入>/脱嵌<脱插>的。正极正极材料：如上文所述,可选的正极材料很多,目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。不同的正极材料对照：正极材料平均输出电压能量密度LiCoO23.7V140mAh/gLiMn2O43.7V100mAh/gLiFePO43.2V130mAh/gLi2FePO4F3.6V115mAh/g正极反应：放电时锂离子嵌入,充电时锂离子脱嵌。充电时：LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi+xe放电时：Li1-xFePO4+xLi+xe→LiFePO4负极负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。负极反应：放电时锂离子脱插,充电时锂离子插入。充电时：xLi+xe+6C→LixC6放电时：LixC6→xLi+xe+6C电解质溶液溶质：常采用锂盐,如高氯酸锂<LiClO4>、六氟磷酸锂<LiPF6>、四氟硼酸锂<LiBF4>。溶剂：由于电池的工作电压远高于水的分解电压,因此锂离子电池常采用有机溶剂,如乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯等。有机溶剂常常在充电时破坏石墨的结构,导致其剥脱,并在其表面形成固体电解质膜<solidelectrolyteinterphase,SEI>导致电极钝化。有机溶剂还带来易燃、易爆等安全性问题。主要种类1.锂－二氧化锰电池<Li--MnO2>锂—二氧化锰电池锂－二氧化锰电池是一种以锂为阳极〔负极、以二氧化锰为阴极〔正极,并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高,额定电压为3V<是一般碱性电池的2倍>；终止放电电压为2V；比能量大<金属锂的理论克容量为3074mAh>；放电电压稳定可靠；有较好的储存性能<储存时间3年以上>、自放电率低<年自放电率≤10％>；工作温度围－20℃～＋60℃。该电池可以做成不同的外形以满足不同要求,它有长方形、圆柱形及纽扣形<扣式>。2.锂—亚硫酰氯电池<Li--SOCl2>锂—亚硫酰氯电池该类电池的比能量是所有商业化电池中最高的,放电电压特别平稳,一般用于不能经常维护的电子设备、仪器上,应用领域很窄。3.锂离子电池<Li--ion>可充电锂离子电池是目前手机、笔记本电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池,但它较为"娇气",在使用中不可过充、过放<会损坏电池或使之报废>。因此,在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。锂离子电池充电要求很高,要保证终止电压精度在±1%之,目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC,以保证安全、可靠、快速地充电。现在手机已十分普遍,基本上都是使用锂离子电池。正确地使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式,并且有由几个电池串联并联在一起组成的电池组。锂离子电池的额定电压,因为近年材料的变化,一般为3.7V,磷酸铁锂〔以下称磷铁正极的则为3.2V。充满电时的终止充电电压一般是4.2V,磷铁3.65V。锂离子电池的终止放电电压为2.75V～3.0V<电池厂给出工作电压围或给出终止放电电压,各参数略有不同,一般为3.0V,磷铁为2.5V>。低于2.5V〔磷铁2.0V继续放电称为过放,过放对电池会有损害。圆柱型锂离子电池钴酸锂类型材料为正极的锂离子电池不适合用作大电流放电,过大电流放电时会降低放电时间<部会产生较高的温度而损耗能量>,并可能发生危险；但现在研发的磷酸铁锂正极材料锂电池,可以以20C甚至更大〔C是电池的容量,如C=800mAh,1C充电率即充电电流为800mA的大电流进行充放电,特别适合电动车使用。因此电池生产工厂给出最大放电电流,在使用中应小于最大放电电流。锂离子电池对温度有一定要求,工厂给出了充电温度围、放电温度围及保存温度围,过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池充电电流应根据电池生产厂的建议,并要求有限流电路以免发生过流<过热>。一般常用的充电倍率为0.25C～1C。在大电流充电时往往要检测电池温度,以防止过热损坏电池或产生爆炸。锂离子电池充电分为两个阶段：先恒流充电,到接近终止电压时改为恒压充电。例一种800mAh容量的电池,其终止充电电压为4.2V。电池以800mA<充电率为1C>恒流充电,开始时电池电压以较大的斜率升压,当电池电压接近4.2V时,改成4.2V恒压充电,电流渐降,电压变化不大,到充电电流降为1/10-50C<各厂设定值不一,不影响使用>时,认为接近充满,可以终止充电<有的充电器到1/10C后启动定时器,过一定时间后结束充电>。锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时,会造成电池的损坏或降低使用寿命。主要优点新型锂离子电池1电压高单体电池的工作电压高达3.7-3.8V〔磷酸铁锂的是3.2V,是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍2比能量大目前能达到的实际比能量为555Wh/kg左右,即材料能达到150mAh/g以上的比容量〔3--4倍于Ni-Cd,2--3倍于Ni-MH,已接近于其理论值的约88%。3循环寿命长一般均可达到500次以上,甚至1000次以上,磷酸铁锂的可以达到2000次以上。对于小电流放电的电器,电池的使用期限,将倍增电器的竞争力。4安全性能好无公害,无记忆效应.作为Li-ion前身的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域：Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：部分工艺〔如烧结式的Ni-Cd电池存在的一大弊病为"记忆效应",严重束缚电池的使用,但Li-ion根本不存在这方面的问题。5自放电小室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右,大大