常见干电池的种类特性和应用-solarbe文库

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常用干电池的种类特性和应用随着便式 IT 设备和数码、 AV设备的普及，干电池已成为一种人人都必须面对的可移动能源。由于便携设备的品种日益增加，电流和容量的需求也在不断提高，电池技术也在迅速发展，新型电池不断涌现。目前常用干电池，从外型看可分为三大类一、传统通用型干电池，有一号电池（ R20），二号电池（ R14），五号电池（ R6），七号电池（ R03）和积层电池（ F）；二、扣式电池，有用于电子表、计算机、声响玩具的小扣式电池和电子辞典、照相机等用的直径为20mm的大扣式电池；三、专用电池，专用电池是以设备体积要求专门设计的干电池，形状各异，品质好、价格高，多用于手机、笔记本电脑、摄录放一体机及高档数码相机。虽然电池的外型差别有可能带来选购上的麻烦，但用户不必为此多费心思，也不会有什么困惑。会引起困惑的是电池内部结构形成的不同品种。干电池最重要的区别是一次性电池和充电电池，一次性电池用过即丢，就算是绿色环保型，也只不过是无汞无镉等重金属元件素而已，其它污染依旧存在。，充电电池是可以反复充电使用的电池，用了十几年还能使用的也不在少数。因而，对环境的总体污染更小。虽然首次投资较大，但由于使用寿命很长，平均使用费用反而较低。无论是一次性电池还是充电电池，各自还有多种品种，性质、用途和使用差别都很大。要正确地用好这些电池，必须具有一定的基本知识。现将十种常用干电池的特性和应用予以介绍，以供用户日后选购电池时参考。首先干电池的以下三项指标是选购电池时务必了解的。一、标称电压通俗讲就是正常工作时的路端电压，严格说是新电池电压值到最低电压值时间的平均电压。新电池或刚充完电的电池电压会略高于额定电压，开始使用后马上就会落到这一值上，此后能在这一值上保持较长的时间。当低于该电压后，电池电压就会较快地下降，直至不能使用。二、容量电池的电能量，一般用 mAh,500mAh则表示此电池以 50mA的电流放电 , 能工作 10 小时。这样的计量较为粗糙，因为不同性质的电池在以不同电流放电时，工作时间不是成线性比例的。故较严格的电池容量是用对多少欧姆电阻能放电多少时间来表示，并且放电方式还有连续、间隙和短时等差别。例如，某品牌碱性电池，对 10 欧姆负载，连续放电至 0.9伏的时间≥ 20 小时；对 1.8 欧姆负载，每分钟放电 15 秒，放至 0.9 伏的次数≥ 660。前者的放电条件相当于较大录音机或普通电动玩具，后者则类似闪光灯充电。越是新颖高品质的电池，容量的线性也越好。三、存放期和自放电率，一般一次性电池有存放时间，约 2-3 年左右。这是由于电池在自由放置中的放电效应引起的，充电电池由于自放电率较高，一般直接给出自放电率，每月百分之几（ /月）。一、一次性电池1、普通锌锰电池这是最传统的干电池，正极为石墨棒，负极为金属锌圆筒，电解质为糊状氯化铵之类物质，石墨周围有二氧化锰去极化剂。锌锰电池标称电压 1.5 伏，规格型号有 R20（ 1 号）， R14（ 2 号）， R6（ 5 号）， R03（ 7 号）几种。外包装多采用红色。现在除手电筒、老式手提录音机和早期电子钟还在用 1 号和 2 号电池外，其它用干电池的场合大多为 5 号（ AA）、 7 号（ AAA）电池。这种电池价格最低，但电容量也低（ 5 号电池容量约 500mAH） , 不适合大电流放电，还容易漏液。只能用于小电流和间歇放电设备，一般可用于手电筒，收音机，门铃，遥控器，不带电机的电子玩具等。为了防止漏液，这类电池中的精品往往用铝壳或铁壳封装，廉价的只用塑料薄膜紧裹。由于漏出的液体腐蚀性很强，所以，对于那些用电量极低，但比较贵重的设备也最好不要用，或定时检查电池有无异常。注意这种电池如发现鼓胀就不宜再用。2、高功率电池也称高容量电池和锌锰纸版电池，正极负极的基本结构与锌锰电池相同，但电解质被吸入纸版中。标称电压 1.5 伏，规格型号为在锌锰电池的型号上加上后缀“ P”，如 5 号电池 R6P， 7 号电池 R03P。高功率电池价格约是锌锰电池的 2、 3 倍，容量在小电流放电时比糊式锌锰电池略大些，但大电流放电时就明显较长，号称有 2、 3 倍的容量。但从消费者协会公布的实测数据看，其容量大得有限，有些品牌甚至不及优质糊式锌锰电池。但该电池有一优点就是不易漏液。由于其输出功率较高，故适用于大电流和连续工作场合。可用于随身听，电动玩具、胶片自动相机等。为了防止漏液损坏设备，在遥控器、电子门铃、石英电子钟等电池使用时间特长的设备中，用这种电池也很适宜。不过这种电池的单位时间电费费用，在小电流应用时，高于普通锌锰电池，而大电流应用时，又高于碱性锌锰电池，不太经济。3、碱性锌锰电池碱性电池的规格型号标识是在普通锌锰电池型号上加上前缀“ L”，成为LR6、 LR03。也有直接印有英文碱性“ ALKALINE”的标识。碱性锌锰电池结构较为特别，中心用一根锌棒作为负极，外壳锌材是正极（和普通锌锰电池电极相反）。为了与一般电池一样使用，它把中心的负极引出线做得与普通锌锰电池一样的平坦。而外壳正极上，冲出一个类似石墨棒的铜帽，包装时再反过来即可。仔细观察可以发现负极与周围外壳之间有一条绝缘密封沟（类似南孚所谓的聚能环），而糊式锌锰电池和高功率电池的负极和侧边外壳是连体的。这可作为高功率电池假冒碱性电池的识别特征之一。第二个特征是碱性电池比较重。碱性电池标称电压也是 1.5 伏，容量约是普通电池的 5～ 10 倍，用于照相机闪光灯充电的瞬时特大电流工作状态，这可超过普通电池 10 倍。但价格只有高功率电池的 2 倍左右。由于碱性电池的大电流、大容量特性，使其为目前通用型一次性电池中最好的品种，可用于全自动相机，用 5 号电池的数码相机，随身听、随身看，电动玩具，剃须刀等场合。其外观与锌锰电池相同。碱性电池一般认为是一次性电池，早期有过一种叫碱性充电电池，型号为R-LR6，大约可循环使用 100 次。现在的碱性电池也有称其为半充电池可能，但必须用低恒涓流充电，最大充电电流在 160mA以下。过充电后易漏液，且漏出的液体腐蚀性很强，会损坏充电器。对于一般用户来说，认为碱性电池是一次性电池较正确，当然这并不妨碍谨慎的爱好者对其充电后再使用。碱性电池也有制成小扣式电池的，价格很低。但电压比氧化银类扣式电池略低，同体积电容量也只有其 60～ 70，供出电流较大。这种扣式电池不能应用于指针式石英表。4、积层电池积层电池是锌锰电池的变形，每节电池象电蚊片那么一片。正极也是石墨和二氧化锰，负极为锌片，中间一层半糊状电解质，每片 1.5 伏。型号 6F，即有 6 片积层，总电压 9 伏，外加铁壳包装。早先有过不同尺寸， 4 片、 6 片、15 片等等多种，但现在见得到的只有用于无线话筒，电子血压计或数字液晶万用表中。积层电池电压高，电流小，容量小，早期用于必须有较高电压才能工作的弱电流设备中。现在由于 DC-DC芯片的普及，较高级些的这类设备也都改用 1 节 5号电池供电，积层电池适用面日益萎缩。这种电池的最大放大电流只用几十毫安，平时只工作在毫安级。积层电池的正负极在一边，存放时要特别留意不可与金属物体，如硬币、金属钢笔等入置一起，以防短路。5、锂金属电池（ Lithium ）新型的锂电池有二大类，一类是一次性锂金属电池，另一类为锂离子电池。锂金属电池的负极为锂金属，正极有二氧化锰、二硫化铁等。标称电压因正极材料不同而有１ .5V、 2.8V 和 3V多种，国内常见的是用于高档全自动相机的 3V 型锂电池 CR123A和 CR2，以及直径为 20mm的大扣式电池 CR2016/ CR2025/ CR2032几种。锂金属电池的能量重量比特别大，高达 900Wh/kg。故单位体积的电池容量特别大，一节用于全自动电子照相机的 CR123A，以 50用闪光灯拍摄，可拍 24 卷胶卷。锂金属电池还可连续大电流、长时间供电，最大电流在 2A以上。而自放电率仅 1～ 1.5/月，保存性极好。虽然锂的活动性很强，但由于锂金属电池采用了自猝火电化学系统，正常使用时非常安全，不慎出现内外部短路、过度放电、过热或外力冲击时，都有一定的自身保护功能。但也请切记锂金属电池不是可充电电池，若强行充电，容易引起爆炸或起火。由于锂金属电池的大容量、大电流特点，现已被越来越多的便携式设备采用。如高档全自动照相机和采用通用电池的普及型数码相机，锂金属扣式被广泛用于高档计算器、电子辞典、电子特记本、语音报时钟表和照相机的第二电源中。6、氧化银电池（银锌电池）氧化银电池也称银锌电池，其正极为氧化银，阴极为锌材，电解质有氢氧化钠和氢氧化钾两种。标称电压都是 1.55 伏，电流微弱。氧化银电池都为小扣电池，常见的有 6.8 2.1 ， 7.9 3.6 和 11.6 3.0/4.2/5.4 几种，容量分别为 15，40,80/120/170mAH。扣式电池密封可靠，不漏液。但材质的密封处也会生锈，使用时要注意由于其体积小，供出电流小，这类扣式电池都是用于电子表，计算器，照相机，微型遥控器和声响玩具中。其中用氢氧化钠作电解质的电池内阻较大，输出电流较小，适用于小电流设备，如指针式石英表。用氢氧化钾作电解质的电池内阻小，输出电流略大些，可用于数字式电子表。扣式电池替换时，镊子只能夹持圆周边，若夹持上下面即造成电池短路。7、过氧化银电池将氧化银电池的正极改为过氧化银材料就为过氧化银电池，品质更好。标称电压也是 1.55 伏，容量比同体积氧化银电池高出 30～ 40，除氧化银电池的适用范围外，还可用于有亮光和声响功能的电子表。二、充电电池上述七种都是一次性电池，随着便携式电子设备的大量和长时间使用，一次性电池就是显得费用太高。故充电电池越来越受到产品开发厂商和用户的关注。充电电池除制造成通用型电池形式外，还被大量制成专用型充电电池。充电电池的特性比一次性电池更繁杂，除与一次性电池一样有正常常使用时的注意点外，还有充电特性要注意。不同种类的充电电池放电和充电特性多有不同，使用不当会大大缩短电池寿命。充电电池的一些特殊指标如下 1、最终放电电压，也称放电终止电压，此电压以下就不能再放电，强行放电会加速损坏电池。这电压也是测定电池容量的结束点。 2、额定容量，以 5 小时充满电的电池，放电至最终放电电压的电流和时间乘积。额定容量是“ C”来表示，单位 mAh。 3、充放电率，以 C的比例来表示。若以容量数值电流放电，即称 C率放电，即充放电率为 0.1C 率的电池 , 就可工作 10 小时。充电时若效率 100，以 1C率充电，只需用 1 小时；以 0.5C 率充电，需要 2 小时。 4、涓流， 0.1C 率称为涓流，涓流充电时间较长，但对各种充电电池都比较安全。例如，某充电电池容量为 1600mAh，充电效率为 2/3 ，以0.5C 率，即 800mA恒流充电，需要 3 小时，以 0.1C 率（ 160mA）涓流充电，约15 小时。 5、最大充电电压，不会破坏电池内部保护机制的最大允许充电电压。6、最大充放电电流，具有过流保护机制的电池组，允许的最大充放电电流。下面介绍目前使用最广泛的三种充电干电池。1、镍镉电池（ Ni Cd）镍镉电池是最早出现的干式充电电池，现技术成熟、价格低廉，售价仅碱性电池的三、四倍，实际使用相当于 500 节糊式锌锰电池，故使用费非常低。它的正极采用氢氧化镍，负极为氧化镉，电解质为氢氧化钾。额定电压 1.2 伏，出厂时为放电状态，初始电压不高于 1.0 伏。这是假冒充电电池或旧充电电池与新品的明显区别。满充电时的最大电压可达 1.6V～ 1.8V，开始工作后，很快就回落在额定电压上。此后能保持很长时间的稳定电压值，到电量用完时，才迅速下跌。镍镉电池的最终放电电压为 1.0 V 。自放电率大，达 25～ 28/月，不宜充满电保存。镍镉电池内阻极小，能提供特别大的放电电流，短路电流可达 6A，并且放电电压稳定。反复充电次数大于 500 次。镍镉电池的能量重量比 50Wh/Kg，能量体积比 150Wh/L，是几种充电电池中最差的。由能量体积比不高， 5 号镍镉电池的容量只与糊式锌锰电池持平，约 500mAh。镍镉电池应采用恒流充电，可大电流充电。由于电量充足后，若继续充电，电压反而会下降，故可用负电压增量（－△ V）自动控制，结束充电 . 若充足后继续充电，电能将全部转化成热能，电池发热剧烈，温升可达（△ T/ △ t ）来自动结束充电。镍镉电池的一大优点为过充电的危险性不大，涓流充电的话，过充电对电池几乎没有影响。故可以用廉价的半波整流串电阻限流的定电压充电器充电，开始电流较大，此后逐步减小，不需具备定时或充足自动结束功能。稍好的可用大电充恒流快速充电方式，定时自动切断电源。由于具体电池电量不一定会全用光，新旧不同，充电效率也可能不同，定时结束充电不一定正确，但即使略有过充电也关系不大。镍镉电池的一大缺点是具有记忆效应，如果没有用完电就充电，或没有充足电就放电，电池就会记忆住这个电压，以后充放电就会停止在这里，使可用容量大大减小。所以，平常使用应以用光充足为原则，不随意充电。这就对旅游和野外使用会有所影响，可能突然出现电量用尽的情况。如已经出现记忆效应，如发现充电后使用时间很短，可用以下方法恢复以涓流充足电量（宁过勿缺），然后以 5 小时率（ 5 号电池约 100 mA）放电，直至放到 1.0V，如此反复 3、 5 次，一般就能恢复正常。镍镉电池虽然额定电压只有 1.2V ，但由于其内阻小，路端电压与锌锰类一次性电池基本本相同，特别在大电流工作时，作用于负载上的电压更在其上。所以，凡是用 1.5 伏一次性性干电池的场合，都可以用 1.2 伏的镍镉电池，其中以大电流设备更为合适用。例如，全自动相机、随身听、录音机、电机玩具、遥控舰模、电动剃须刀具等场合，如电子钟、遥控器中，就不合适或不经济。一些早期的电子闪光灯或自动相机，注明禁使用镍镉电池，是因为担心镍镉电池提供的特大电流损坏闪光灯充电电路，后来的闪光灯一般不存在此问题。另外，由于镍镉电池的容量不大，故不宜用于长时间大电流设备，如液晶显示器、随身看、数码相机等。2、镍氢电池（ Ni MH）镍氢电池采用与镍镉电池相同的镍氧化物作为正极，储氢金属作为负极，碱液（主要为氢氧化钾作为电解液。镍氢电池额定电压也是 1.2V，满充电时的最大电压可达 1.6 ～ 1.8V，最终放电电压为 1.0V。重复充电次数大于 500 次，自放电率 20。镍氢电池是镍镉电池的后代产品，各方面性能都优于镍镉电池，放电最大电流可为 3A。能量重量比 60～ 80Wh/kg, 同样体积或同样重量可供出比镍镉电池大得多的能量，适合有重量体积要求的设备，例如，舰模和车模等。其单节 5号电池的最大容量可达 1700mAh。镍氢电池成本低，具有良好的快充性能，无记忆效应，无镉污染，温度使用范围广，安全性能好。温升迅速自动结束充电，故以温升加剧结束充电更为正确。其过充电后，能量也会变成热量散发掉，不过大电流过充电也会影响电池寿命。镍氢电池充电方式与镍镉电池基本相同，也为恒流充电，电压增量负斜率或由于负斜率特征没有镍镉电池明显，。虽然镍氢电池被认为没有记忆效应，可以随时充电。但充电器若没有充满自动停止功能的话，也只能以涓流充电。因为大电流恒流充电无法正确估计时间，极易造成过充电。镍氢电池长期不用会出现休眠现象，容量大大降低，这时可按镍镉电池消除记忆效应同样的过程激活。鉴于镍氢电池的特点，它可用于各种普通电池使用的场合，其中包括长时间大电流和瞬态超大电流工作状态，如随身看、航模舰模、玩具赛车、电动工具和采用5 号电池的数码相机。也可用于长期放电，但电流不大的场合，如无绳电话。其瞬态超大电流工作能力是更新型的锂离子充电电池都力不能及的。3、锂离子电池（ Li-ion ）锂离子电池是新型的充电电池，正极材料为含锂的金属氧化物（ LiCoO2、LiNiO2 、 LiMn202等），负极材料为焦炭或石墨，电解质为有机液，新电池需充电化成。锂离子电池的额定电压为 3.6V，满充电时的最大电压为 4.1V～ 4.2V，最终放电电压硬碳型 2.5 ～ 2.8V，石墨型 3.0V。其能量重量比高达 170Wh/Kg，是镍镉电池的三倍多，能量体积比 300Wh/L，循环充电次数大于 1000 次，无记忆效应。内部还具有多种安全设置，能保护电池在不当使用时不至损坏。从上述指标就可以看出，锂离子电池的能量密度更大，同样体积可以供出更多的能量，使用寿命长，单节电池的工作电压高。另外，锂离子电池放电适用环境温度范围大，从 - 10℃～ 60℃都能 100放完电，仅低温时略差些。而镍镉、镍氢电池恰好相反，只有 15℃前后能完全放完电量，温度上升放电容量会下降， 60℃时能放出 50的电量。另外，锂离子电池也能用于浅放电状态，浅放电时容量也不下降。自放电率较低，约 10/月。充电时几乎不发热，充电效率高。尽管锂离子电池在电池的指标特性上，几乎全部优于镍镉 / 镍氢电池，因而，很多介绍把其描述得似得似无缺点，实际上，它除价格昂贵外，仍有一些不足之处。第一、电池过充电或过放电容易使电池品质下降，甚至会发热发展到起火。第二、充电要求高。锂离子电池充电时要求先恒流后恒压，最后以最小充电电流结束充电。由于过充电有危险性，实验证明电池会被烧得变形，故锂离子电池必须用专门的带自动控制的充电器。第三、充满电的电池不宜放置在高温环境下，这会使电池品质下降。第四、由于电池有自动保护机制故不能进行超大电流放电，不能用于有重负载起动电机的设备中。当短路或出现超大电流时，电压立刻跌到 1.0伏，自动保护。撤去负载后，不会自动恢复，需充电几秒钟才能正常。由于这些优点，锂离子充电电池都用于高档电子设备中，如手机、摄录放一体机、笔记本电脑、数码相机、 PDA等。这些设备的锂离子电池都是量体裁衣的专用型，自身充放电电路有较好的自动控制能力，并另带特殊的充电器，以保证电池和设备安全工作。由于锂离子电池可以随充随用，除非用设备时间特长，一般不必再用脱机充电器充电，质量不高的脱机充电器会对电池产生不利影响。锂离子电池不能用于有短时特大电流的舰模、舰模和电动工具上，尽管航模、赛车动具有高能量重量比的要求。锂离子电池没有通用型电池，一般不会用错。但也有用镍氢、镍镉电池制成专用型电池形状冒充锂离子电池的，这时可用短路有无自动保护功能来识别。最后提醒一句，不管何种电池，即使是有绿色环保标志的，也都有污染。用完或损坏后都不应乱丢，请放入专门的回收箱中，让有关部门统一处理。