钜大LARGE | 点击量：1437次 | 2020年08月01日
可充电电池的种类及原理介绍
可充电电池所用材料
铅酸蓄电池正极板上的活性物质是二氧化铅，极板上的活性物质为海绵状纯铅，电解液为一定浓度的硫酸溶液，极板间的电动势约2V.
镍镉电池正极板上的活性物为氧化镍粉，负极板上的活性物质为氧化镉粉，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。电解液通常用氢氧化钾溶液.电池的开路电压为1.2V.
镍金属氢电池正极板材料为氧化镍粉，负极板材料为吸氢合金，电解液氢氧化钾溶液。电池的开路电压为1.2V.锂离子电池用LiCoO2复合金属氧化物在铝板上形成阳极，用锂碳化合物在铜板形成阴极，极板间有亚微米级微孔的聚烯烃薄膜隔板，电解液为有机溶剂.开路电压为3.6V.
锂聚合物电是锂离子电池的改良型，没有电池液，改用聚合物电解质，比离子电池稳定，开路电压3.6V.
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
常用参数
电池容量代表电池可以存放多少电量，我们在电池外包装上看到的数字一般就指电池容量标识。用单位安时或毫安时表示。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的能力。一节充满电的电池用200mA电流放电可以持续10小时，将电流与时间相乘我们就可以得到这节电池的容量是2000mA.H。如果将它用400mA放电，则可用时间为5小时。
能量密度:单位体积或单位重量内所包含的电能容量，对于同样的电量要求，能量密度高的电池，体积可以更小，重量可以更轻。
C电流:是指在一小时内将充满的电池放电完毕或是将用尽的电池充满的电流大小。其实也就是安时容量的数值大小。1800mA.容量的电池，C电流就是1800mA。2000mA.容量的电池，C电流就是2000mA。
开路电压:指电池两极之间的电位差。
记忆效应:新的电池，其电极材料的晶粒细小，可以得到最大的电极表面积。因为使用而使电池内容物产生结晶，晶体化形成后，晶粒增大,也称作(钝化)，减小了可用电极面积，而且长大的晶粒会造成自放电增大，使电池容量降低，性能受损。这就是记忆效应。记忆效应发生的原因是由于电池重复的部分充电与放电不完全所致。
自放电率:充电后的电池，即使在不使用的情况下，也会自己逐渐失去电量，一般温度越高，自放电越显著。
种类
镍镉(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
镍氢(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：目前国产5号电池最高容量是3000mAh左右。
锂离子
(Li-lon)
充电电池
充电电池
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
电压：12V
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，但体积和容量是最大的。
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3.6V、3.7V两种。锂电池的性能是现有各类电池中最好的一种，体积小、重量轻、容量大。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12V，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，同种类型的充电电池，容量越大，体积越大，重量也较大。
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12V。
维护
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内残余电量放光，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。
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，典型的是移动电话配套的充电器。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，不过由于厂家不同内部线路也不相同，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。
当几颗电池一起工作时,如果各颗电池之间差异很大的话,对于使用效果和寿命都会产生不利影响,所以请保证同一工作组中电池的一致性,也就是保证其专用性,对于电池数量较多的情况,有必要对电池进行适当的编号,例如数码相机用的电池请一直保持几颗电池一起充电,一起用电,不要有几颗电池有时去用作电动玩具的电池或闹钟电池,有时又放回数码相机,不管哪种充电电池其实都有记忆效应,只不过锂电池和镍氢电池比较轻微,所以要遵循一个原则,就是要按完全耗尽2完全充满的方式循环使用,只有这样才能最大程度地减轻记忆效应,让电池性能保持在最佳状态,隔一年半载,最好对充电电池进行几次深放电,以减轻电池内容物晶格化现象,但这要求更严格的控制,决不是把电池电压放电到零,或是只是短路,需要有更多的相关知识与设备,对于镍氢电池与锂电池,记忆效应轻微,平时根本不需要特意去做放电.[1]
电池在充电过程中,还要避免被打断,不要充电一段时间后,由于某种原因把充电器插头拔掉,过一阵后又去充电,其实,电池如果不充电,已经开始自放电,这样也就没有按照完全耗尽2完全充满的原则,对电池不利,如果电池要做较长时间的存放,请先充足电,以免长时间后,由于电池的自放电而使电池造成过放电,对于新买的电池,厂家都是充好电的,按照完全耗尽2完全充满去用就行了.
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。
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。
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。
特征用途
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12V，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。
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。
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)
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-
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。
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