电池基础知识教材

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1、研研發發部部鋰鋰高高分分子子專專案案新新進進人人員員基基礎礎教教材材電電池池相相關關的的名名詞詞解解釋釋電電池池詞詞彙彙1. 一次电池(Primary battery): 电池仅能放电,当电池电力用謦时,无法再充电的电 池.市售的碱性电池,锰干电池,水银电池等,皆属一次电池. 2. 二次电池(Rechargeable battery): 电池电力用完后,可经由充电重复使用之电池, 如:铅酸,镍氢,锂离子电池等. 3. 额定容量(Nominal Capacity): 一般电池的蓄电量,会以 mAH-毫安小时或 AH- 安培小时来表示,二次电池一般都会以此方式来表示电池的容量。当电池充饱电后, 放

2、电至截止电压时,所能取出之电量,就是此电池的容量。一次电池之容量,因与使 用的负载有很大的关系,所以通常不加以标示. 4. 额定电压(Nominal Voltage): 电池正负极材料,因化学反应,所造成之电位差高低, 利用此关系,所产生的电压,称为额定电压.不同的正负极材料,产生的电压不同,如: 铅酸电池-2V/cell, 镍氢电池 1.2V/cell, 锂离子电池 3.6V/cell. 5. 内阻: 电池为许多化学材料组成, 其都有一定的阻抗,电池的高低内阻往往影响充 放电的特性. 6. 正极(Positive Electrode): 符号为 ,电位较负极高. 7. 负极(Negative

3、 Electrode): 符号为 - ,电位较正极高. 8. 电解质(Electrolyte): 当正负极间引起化学反应时, 可使离子移动之离子导电体, 而不是电子导电体, 主要在传递整个电化学反应离子的传导工作. 9. 隔离膜(Separator): 置于正负极板中, 为一微孔性及多孔性之薄膜, 材质以 PP,PE 为主,主要在隔离正负极板,防止电路,可使离子通过,并具保持电解液的功能. 10.C-rate: 用来表示电池充放电时电流大小的比率单位. 如: 容量 1600mAh 的 电池, 0.2C 代表以 320mA 的电流来进行充电或放电, 1C 代表以 1600mA. 此 比率单位 C

4、-rate 对于二次电池是重要的观念. 11.放电截止电压(Cut-off discharge voltage): 电池在放电试验时, 到达终点的 电压. 一般 Ni-MH 电池设定为 1.0V,Li-ion 电池设定在 3.0V 或 2.7V. 12.开路电压(Open circuit voltage, OCV): 指电池在无负载的情况下, 电池正负 极之间的电压. 13.过放电(Over discharge): 超过电池放电截止电压值, 若继续放电则可能造成 电池漏液或劣化. 14.放电深度(Depth of discharge, DOD): 与电池额定容量比较, 放电电量的比 率. 15

5、.过充电(Over charge): 电池到达饱充状态后, 再继续充电的程度大小, 过度充 电可能会使电池劣化. 16.能量密度(Energy density): 表示方法有两种, 一为体积能量密度(Wh/l), 另 一为重量能量密度(Wh/kg), 用以表示单位体积或单位重量能取出的能量.常用于 表示各种化学材料所能提供能量的参考. 17.自我放电(Self discharge): 电池在储存过程中, 电池蓄电容量会逐渐减少的现 象, 所以一般储存电池时都有一储存温 度范围, 过高的温度会加速电池的自我放电. 18.循环寿命(Cycle life): 二次电池在反复充放电的使用下, 电池容量

6、会逐渐下降, 通常以该电池的额定容量作标准, 电池容量降至其 80%或 60%时的充放电次数, 称为循环寿命. 19.记忆效应(Memory effect): 电池在没有放完电的情况下, 若施以充电, 则电池 容量可能无法回到原有的水平, 但若施以强制深度放电后在充电, 容量可能就能回 复, 通常此种现象常发生于镍镉电池上. 20.定电流(Constant current, CC): 以固定的电流对电池充电或放电. 21.定电压(Constant current, CV): 以固定的电压对电池充电, 充电电流会随着 电压值接近而下降, 对于 Li-ion 电池充电, 一般使用 CC-CV 充电

7、模式, 前段采用 CC, 当电池电压到达 4.2V, 转用 CV 充电. 22.涓流充电(Trickle charge): 以一微小的电流对电池充电, 常用于对电池开始充 电前或充饱电后. 23.dV: 此为 Ni-MH 或 Ni-Cd 电池在侦测充电截止的一个重要参考值.这两种电 池的充电特性, 在电池充饱时, 电压会有一峰值, 若在施以充电, 电压会有下降的 趋势, 以下降多少 mV,作为充电的截止条件, 一般会设定于 810mV / cell. 24.dT/dt: Ni-MH 及 Ni-Cd 在充电快充饱时, 电池的温度会随时间而快速上升, 以每分钟上升的温度作为充电的截止条件,一般设定

8、在每分钟上升 1 度作为截止点. 25.串并联(Series and parallel): 电池串联来提高电压, 以并联来提高电池容量, 如: Notebook 电池,用 12 颗 Li-ion 电池,以 4 串 3 并的组合, 来符合 Notebook 的工作电压及延长操作时间. 电池的世界电池的世界 种类及应用种类及应用电池的种类 电池简单的说即为储存“电” 的装置, 分成“化学电池”及“物理电池”, 通常电池泛指 化学电池, 其构成材料为化学物质, 藉由其氧化还原反应所产生的能量转换成电能, 而物理 电池即利用光或 热变换成电能储存的系统. 若将电池进一步分类, 又可分为”一次电池” 及

9、”二次电池”, 使用过后其寿命终止, 无 法重复充电使用的称为”一次电池”, 如: 市售之碱性电池. 可重复充电使用的称为”二次 电池” , 如: 镍氢, 锂离子电池, 但其充放电之循环寿命亦有老化限制, 视使用状况而定, 通常依各化学特性的不同约有 3001000 次的充放电循环寿命. 电池的组成主要分为: 正 极, 负 极及电解液而成, 不同的化学成份, 所表现出的特性及应用领域亦不同, 因应各种 电子产品的需 求,电池工业发展至今, 亦衍生出各种不同应用范围之电池种类, 常见之电池 种类如下表所示: 锰干电池碱性电池氧化银电池水银电池锂电池一次电池空气电池镍镉电池铅酸电池镍氢电池锂离子电

10、池锂高分子电池化学电池二次电池燃料电池物理电池太阳能电池电池的应用在众多的电池种类及电子产品中, 电池该用那一种? 一般来说, 家用电器, 如: 收音机, 时 钟, 玩具, 遥控器.等, 大多用一次电池, 许多可携式的电子产品, 如: Notebook, PDA, 手机.等, 则采用二次电池, 但有些电子产品也设计成可使用一次或二次电池. 电池的应用, 主要取决于电子产品的工作电压, 电池室空间及放电特性, 选择最适用电池, 目前许多电子产品设计之初, 便将这些因素考虑, 进而设计出符合该电子产品的电池组 (Battery Pack) , 主要以二次电池的应用, 在搭配充电 器的使用, 这些电

11、子产品实现了可 携式电源使用的方便性. 以下简单介绍各类电池的应用领域: 电池种类电池种类电池型式电池型式 / 尺寸尺寸应用范围应用范围备注备注一次电池一次电池锰干电池D, C, AA,AAA, N,9V(1 号, 2 号, 3 号, 4 号,N, 9V) 收音机, 手电筒, 遥控器, 玩 具.等家电用品耗电量小之产品适用碱性电池D, C, AA,AAA, N,9V(1 号, 2 号, 3 号, 4 号,N, 9V) 收音机, 手电筒, 遥控器, 玩具, 照相机, CD player, 刮胡刀等耗电量较大之产 品适用氧化银电池水银电池Button type (钮扣型)手表, 计算器, 照相机.

12、等耗电稳定, 小之 产品适用锂电池钮扣型, 圆柱型量测仪器, 备用电源适用需稳定工作 电压的产品空气电池钮扣型助听器二次电池二次电池镍镉电池圆柱型*电动工具, 各式电子产品瞬间耗电量高或特殊环境及条件适用铅酸电池Battery pack 备用电源, 运输工具, 镍氢电池圆柱型, 方型*电动工具, 备用电源, 运输工具,各式电子产品锂离子电池圆柱型, 方型*#各式电子产品(3C 产品)可携式电子产品应用为主锂高分子电池 方型*#各式电子产品(3C 产品)可携式电子产品应用为主燃料电池Battery pack运输工具高耗能之产品应 用*实际应用时, 通常以一颗电池或数颗电池串并联组成一电池组(Ba

13、ttery pack), 视该电子 产品需求而定. #电池的尺寸可依电子产品需求而设计各类型的电池有不同的电气特性及优缺点, 并无一种电池可满足所有电子产品所使用, 选择 一适用的电池来应用, 才能发挥该电池的效能, 当然这是设计电子产品的工程师所需头痛的 问题, 使用者只要享受电池带来的便利性.结语 电池的发明, 为人类的生活带来方便及效率, 一个国家的科技化程度, 也可从该国的电池使 用量探之. 电池工业的发达, 电池的电气特性及环境亲和性也更符合高科技电子产品需求及 人类的环保要求, 许多具污染性的电池, 世界各国已渐渐淘汰使用或加强回收管理. 期待未 来的进步, 或许汽车不再使用汽油,

14、 而使用氢气及空气便能发电的燃料电池, 生活与电池在 未来科技的进步下, 绝对有密不可分的关系.小小型型二二次次電電池池電電氣氣特特性性及及應應用用常見之小型二次電池電池種類繁多 , 應用範圍及電氣特性也不盡相同, 就可攜式的電子產品而言, 主要訴求在於電池體積重量小型化, 蓄電力高 , 電池壽命長 , 電池操作環境簡單等, 就二次電池的種類來看, 鉛酸 (Lead acid), 鎳鎘 (Ni-Cd) ,鎳氫 (Ni-MH)及鋰離子 (Li-ion)電池是市場上最常使用的, 各有其優缺點 , 一般可攜式電子產品的電池 ,除了鹼性電池外 (一次電池 , 用完即丟 ,無法繼續充電使用 ), 二次電

15、池(可重覆充電使用 )已成為實用上的主流, 以下對這些二次電池作一簡單的比較:各各種種二二次次電電池池之之比比較較項目項目小型鉛酸電池小型鉛酸電池鎳鎘電池鎳鎘電池鎳氫電池鎳氫電池鋰離子電池鋰離子電池高分子鋰電池高分子鋰電池化學符號化學符號Pb (Lead acid)Ni-CdNi-MHLi-ionLi-polymer 額定電壓額定電壓(V)21.21.23.63.6 額定容量額定容量(mAh) 視體積大小而 定視體積大小 而定視體積大小而 定視體積大小而 定視體積大小而 定正極材料正極材料PbO2NiOOHNiOOH鋰鈷,鋰錳鋰鈷負極材料負極材料PbCd儲氫合金碳系(石墨)碳系(石墨)電解質電

16、解質H2SO4(水系)KOH(水系)KOH(水系)鹽類+有機溶 液Polymer Gel(聚合物)充電電壓限制充電電壓限制(V)X不可超過 1.8 不可超過 1.8不可超過 4.2不可超過 4.2放電截止電壓放電截止電壓(V)視放電倍率0.8112.732.73 電池保護電路板電池保護電路板不需不需不需需要需要高倍率放電性能高倍率放電性能 1C* 容量下降明顯10C 以上 容 量下降最少23C 左右容量下降少1C1.5C容量下降少1C1.5C容量下降少低倍率放電性能低倍率放電性能優優優優優自我放電自我放電 20(%日日)0.111.50.30.60.30.6循環壽命循環壽命(次次)200400500500500500涓流充電特性涓流充電特性可可不可行不可不可耐過放電性耐過放電性差優尚可劣劣記憶效應記憶效應無有無無無充電方式充電方式定電流-定電壓定電流定電流定電流-定電 壓定電流-定電壓儲存性儲存性需定時補充電 可長期保存 需定時補充電 需定時補充電 需定時補充