常見(jiàn)可充電電池的介紹

　　隨著數(shù)碼電器的普及，可充電池在人們的日常生活中已隨處可見(jiàn)，成為必不可少的日常生活用品之一

　　本文就這幾種常見(jiàn)的可充電電池作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

　　1 可充電電池的主要參數(shù)

　　可充電電池有5個(gè)主要參數(shù)：電池的容量、標(biāo)稱電壓、內(nèi)阻、放電終止電壓和充電終止電壓。電池的容量由電池內(nèi)活性物質(zhì)的數(shù)量決定，通常用毫安時(shí)（mal1）表示，1 000 mAh就是能以1 A 的電流放電1 h，換算為所含電荷量大約為3 600 C.電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差稱為電池的標(biāo)稱電壓。標(biāo)稱電壓由極板材料的電極電位和內(nèi)部電解液的濃度決定。當(dāng)環(huán)境溫度、工作狀態(tài)變化時(shí)，電池的輸出電壓略有變化；此外，電池的輸出電壓與電池的剩余電荷量也有一定關(guān)系。一般情況下單元鎳鎘電池的標(biāo)稱電壓約為1.3 V（一般認(rèn)為大約是1.25 V），單元鎳氫電池為1.25 V，單元鋰離子電池為3.6 V.電池的內(nèi)阻由極板的電阻和離子流的阻抗決定，在充放電過(guò)程中，極板的電阻是不變的，但離子流的阻抗將隨電解液濃度和帶電離子的增減而變化。

　　一般來(lái)講單元鎳鎘電池的內(nèi)阻為7～19 mI2，單元鎳氫電池的內(nèi)阻為l8～35 mI2，單元鋰離子電池的內(nèi)阻為80～ 100 ml2.

　　可充電池充足電時(shí)，極板上的活性物質(zhì)已達(dá)到飽和狀態(tài)，再繼續(xù)充電，蓄電池的電壓也不會(huì)上升，此時(shí)的電壓稱為充電終止電壓。單元鎳鎘電池的充電終止電壓為1.75～1.8 V，鎳氫電池為1.5 v，鋰離子電池為4.2 V，放電終止電壓是指蓄電池放電時(shí)允許的最低電壓。如果電壓低于放電終止電壓后蓄電池繼續(xù)放電，電池兩端電壓會(huì)迅速下降，形成深度放電，這樣，極板上形成的生成物在正常充電時(shí)就不易再恢復(fù)，從而影響電池的壽命。放電終止電壓和放電率有關(guān)，一般來(lái)講單元鎳鎘電池的放電終止電壓為1.1 v，鎳氫電池為1 V，鋰離子電池為2.7 V.

　　2 鎳鎘電池（NI_Cd）

　　鎳鎘電池的正極材料為氫氧化亞鎳和石墨粉的混合物，負(fù)極材料為海綿狀鎘粉和氧化鎘粉，電解液通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。值得注意的是鎳鎘蓄電池過(guò)充電時(shí)，將使電池內(nèi)發(fā)生分解水的反應(yīng)，在正、負(fù)極板上將分別有氧氣和氫氣析出。氣泡聚集在極板表面，將減小極板表面參與化學(xué)反應(yīng)的面積并且增加電池的內(nèi)阻。這些氣體，如果不能很快復(fù)合為水，電池內(nèi)部的壓力就會(huì)顯著增加，這樣將損傷電池，所以壓力過(guò)大時(shí)，密封電池將打開(kāi)放氣孔，從而使電解液逸散；但若反復(fù)通過(guò)放氣孔逸散氣體，電解液的粘稠性將增大，極板間離子的傳輸變得困難，電池的內(nèi)阻將顯著增加，電池容量下降。

　　鎳鎘電池使用過(guò)程中，如果電量沒(méi)有全部放完就開(kāi)始充電，下次再放電時(shí)，就不能放出全部電荷量。比如，鎳鎘電池只放出80％ 的電荷量后就開(kāi)始充電，充足電后，該電池也只能放出原來(lái)80％ 的電量，這種現(xiàn)象稱為“記憶效應(yīng)”。其主要出現(xiàn)在一些放電終止電壓被設(shè)定得較高的設(shè)備中，每次電池沒(méi)有完全放電，設(shè)備就自動(dòng)關(guān)機(jī)了，長(zhǎng)期如此電池就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”，可用電容量越來(lái)越少。“記憶效應(yīng)”出現(xiàn)的主要原因是電池部分放電后，氫氧化亞鎳沒(méi)有完全變?yōu)闅溲趸嚕Ｓ嗟臍溲趸瘉嗘噷⒔Y(jié)合在一起，形成較大的結(jié)晶體，變大的結(jié)晶體一般難以還原，造成了電池內(nèi)活性物質(zhì)減少。

　　鎳鎘電池是最早應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等設(shè)備的電池種類，它耐過(guò)充放電能力強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單，但其相比鎳氫電池和鋰離子電池而言有很多缺點(diǎn)，如：在充放電過(guò)程中如果處理不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的“記憶效應(yīng)”，使用壽命大大縮短；鎘是有毒的，因而鎳鎘電池不利于生態(tài)環(huán)境施保護(hù)等等。眾多的缺點(diǎn)使得鎳鎘電池現(xiàn)已基本被淘汰出數(shù)碼設(shè)備的應(yīng)用范圍。

　　3 鎳氫電弛（Ni—H）

　　鎳氫電池的容量比鎳鎘電池大，一般為兩倍左右，其正極的主要成分為氫氧化鎳，負(fù)極主要為無(wú)污染物質(zhì)的合金粉，電解液是30％ 氫氧化鉀水溶液。鎳氫電池的反應(yīng)與鎳鎘電池相似，過(guò)充電時(shí)，正極板析出氧氣，負(fù)極板析出氫氣。但由于有催化劑的氫電極面積大，氫氣能夠隨時(shí)擴(kuò)散到氫電極表面，所以氫氣和氧氣能夠相對(duì)容易的在蓄電池內(nèi)部再化合生成水，使容器內(nèi)的氣體壓力基本保持不變。雖然如此，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)充后，電池內(nèi)氣壓過(guò)高，就可能會(huì)爆炸。

　　鎳氫電池也有記憶效應(yīng)，但棚對(duì)鎳鎘電池較小。鎳氫電池或鎳鎘電池的記憶效應(yīng)一般可以通過(guò)幾次深充深放來(lái)緩解。深放電一般要把電池的電壓放到放電終止電壓以下，列于單個(gè)電池一般為1 V 以下，但不可過(guò)低，否則將造成較大的永久性損害。最好不要用自制的設(shè)備進(jìn)行深度放電，尤其是用一根導(dǎo)線和一個(gè)小燈泡將電池正負(fù)極相連進(jìn)行放電的手段更不可取，因?yàn)檫@樣無(wú)法控制放電電壓，電壓過(guò)低會(huì)嚴(yán)重的損害電池。建議使用帶有放電功能和過(guò)充保護(hù)功能的設(shè)備來(lái)進(jìn)行深充和深放。

　　鎳氫電池內(nèi)阻小，可供大電流的放電，放電時(shí)電壓的變化很??；并且廢舊電池易于回收再利用，對(duì)環(huán)境的破壞也最??；其成本和價(jià)格較低，作為直流電源是一種質(zhì)量極佳的電池。鎳氫電池主要可以用于制作柱式可充電電池，在時(shí)鐘、電子游戲機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和部分筆記本電腦中有所應(yīng)用。

　　4 鋰電池（Li）

　　鋰電池分成兩大類：不可充電的和可充電的。不可充電的電池稱為一次性電池，它只能將化學(xué)能一次性地轉(zhuǎn)化為電能，不能將電能還原回化學(xué)能，如鋰二氧化錳電池等?？沙潆姷姆Q為二次性電池，也就是俗稱的鋰離子電池。鋰離子電池的正極是含鋰的過(guò)渡金屬氧化物，負(fù)極是碳素材料，如石墨等，電解質(zhì)是含鋰鹽的有機(jī)溶液。電池中無(wú)論在正負(fù)極還是在電池隔膜中，鋰都是以離子形式存在的。電池在工作時(shí)，鋰離子在正負(fù)極及電解質(zhì)隔膜中定向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電池充電時(shí)，正極釋放出鋰離子到電解質(zhì)中，這個(gè)過(guò)程是脫嵌；負(fù)極從電解質(zhì)中吸入鋰離子，這個(gè)過(guò)程是嵌入。而電池放電過(guò)程和上述情況正好相反，這種充放電時(shí)鋰離子往返的嵌入和脫嵌的過(guò)程就好像搖椅一樣搖來(lái)?yè)u去，故有人形象的稱鋰離子電池為“搖椅電池”。

　　鋰離子電池與鎳鎘電池和鎳氫電池相比，有很多優(yōu)點(diǎn)。鋰離子電池不存在記憶效應(yīng)；相同的電容量下，體積非常??；使用電壓為3.6 V，是鎳鎘電池、鎳氫電池的3倍；可使用的溫度范圍廣（一20℃ ～60℃），而鎳氫電池為（0℃～50℃）。同時(shí)鋰離子電池的自放電率也比較低。自放電率，是指在一段時(shí)間內(nèi)，電池在沒(méi)有使用的情況下，自動(dòng)損失的電量占總?cè)萘康陌俜直取?/P>

　　一般在常溫下，鎳鎘電池的自放電率為每月13％ ～l5%，鎳氫電池為每月25%～35％ ，而鋰離子電池只有每月5%～8%.

　　但鋰離子電池也有一些令人不滿意的地方。如：鋰離子電池有使用壽命，一般為兩年，并且在不使用的狀態(tài)下存儲(chǔ)一段時(shí)間后，其部分容量會(huì)永久的喪失。鋰離子電池的正負(fù)極材料從一出廠就已經(jīng)開(kāi)始了它的衰竭歷程，不同溫度和電池充飽狀態(tài)，對(duì)其影響不同，如表1數(shù)據(jù)（所剩的電容量占原來(lái)電容量的百分比）所列。

表1

　　由此可見(jiàn)，存儲(chǔ)溫度越高和電池充得越飽，其容量損失就越厲害。所以不推薦長(zhǎng)期保存鋰離子電池，如果手中有閑置的電池，那么存儲(chǔ)時(shí)充電水平不要超過(guò)40％ ，溫度最好低于15℃ 或更低。而鎳氫電池和鎳鎘電池則幾乎不受時(shí)效影響，長(zhǎng)期存儲(chǔ)的鎳基電池在進(jìn)行幾個(gè)深充深放以后就可以恢復(fù)其原始容量了。但深充深放不能恢復(fù)鋰離子電池的容量，并會(huì)對(duì)正負(fù)極造成永久的損壞。從分子層面看，過(guò)度放電將導(dǎo)致負(fù)極碳過(guò)度釋出鋰離子，而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，過(guò)度充電將把太多的鋰離子硬塞進(jìn)負(fù)極碳結(jié)構(gòu)里去，而使得其中一些鋰離子再也無(wú)法釋放出來(lái)。

　　同時(shí)鋰離子電池的充放電次數(shù)一般只有400～600次，經(jīng)過(guò)特殊改進(jìn)的產(chǎn)品也不過(guò)800多次。而鎳氫電池的充電次數(shù)一般能夠達(dá)到700次以上，某些質(zhì)量好的產(chǎn)品充放電可達(dá)1 200次。

　　由于鋰離子電池的眾多優(yōu)勢(shì)還是使其應(yīng)用前景非?？春茫饕跀?shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、手機(jī)一PDA、筆記本電腦中作為電源使用。目前在鋰離子電池研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)是將其應(yīng)用在車輛中，制成電動(dòng)汽車或與汽油并用的混合電動(dòng)汽車。同時(shí)人們也在研制真正意義上的固態(tài)鋰電池，徹底摒棄鋰離子電池中的有機(jī)液體，讓鋰電池成為最安全可靠的電池。

　　總之，鋰離子電池和鎳氫電池等各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。電池的型號(hào)和規(guī)格不同也會(huì)出現(xiàn)一些差異，加之本人身邊