可充電的mp3播放器電源系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（含外文翻譯）

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計說明書</b></p><p>　　題 目 ：可充電的MP3播放器電源系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　英文并列題目：design of power supply system of rechargeable mp3 player</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p>

2、<p>　　一、畢業(yè)設(shè)計（論文）課題 可充電的MP3播放器電源系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　二、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作自 2013 年 3 月 5 日起至 2013 年 6 月 日止</p><p>　　三、畢業(yè)設(shè)計（論文）進行地點 </p>

3、;<p>　　四、畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容要求 1、已知條件： </p><p>　　自選確定型號的可充電的MP3播放器。

4、 </p><p>　　2、設(shè)計要求： </p><p>　?。?）按要求寫出開題報告； </p>

5、<p>　?。?）收集國內(nèi)外有關(guān)情報資料，查閱有關(guān)文獻資料15篇以上； </p><p>　　（3）翻譯不少于5000單詞的科技英語（英譯中）； </p><p>　?。?）在分析、計算、選擇和設(shè)

6、計的基礎(chǔ)上編寫出不少于兩萬字的設(shè)計計算說明書； </p><p>　?。?）研究選擇正確的電池類型，設(shè)計電源管理電路，給出可充電的MP3播放器電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖和電路原理圖。 </

7、p><p>　　3、工作進度： </p><p>　?。?）查閱資料，了解便攜設(shè)備電源系統(tǒng)的基本組成情況包括電池、電源管理電路等，寫出開題報告；

8、 </p><p>　?。?）外文翻譯； </p><p>　?。?）研究比較分析各種電池的特點，正確選擇MP3播放器的電池類型； </p>

9、<p>　?。?）研究設(shè)計可充電的MP3播放器電源管理電路（穩(wěn)壓電路、充放電電路等），比較分析各種電路的優(yōu)缺點； </p><p>　?。?）分析當(dāng)前可充電電源系統(tǒng)爆炸事故也就是電池爆炸事故的主要原因以及解決措施；

10、 （6）整理編寫設(shè)計計算說明書； </p><p>　?。?）準備和參加畢業(yè)答辯； </p><p>　　4、主要參考資料：

11、 </p><p>　?。?）電子工程專輯，http://www.eetchina.com </p><p>　?。?）陳英俊, 李潔, 黃平. 人體胃腸道窺視微機電系統(tǒng)設(shè)計與研制. 中國機械

12、工程, 2006, 17(9) </p><p>　?。?）陳英俊. 人體無線內(nèi)窺微機電系統(tǒng)設(shè)計中若干關(guān)鍵問題. 茂名學(xué)院學(xué)報, 2009, 19(1) </p><p>　?。?）欒成強. 便攜設(shè)備中供電電路的綜合考慮. ELECTRONIC PRODUCTS CHINA, 2009, 7

13、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　接受論文任務(wù)開始執(zhí)行日期 2013 年 3 月 5 日</p><p>　　學(xué)生簽名 </p><p><

14、;b>　　摘要</b></p><p>　　隨著便攜設(shè)備（如：移動手機、筆記本電腦、MP3、MP4、數(shù)碼相機等）的高速發(fā)展, 便攜設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。而便攜設(shè)備都離不開可靠的電源，其性能的提升在很大程度上依賴于電源系統(tǒng)的好壞。</p><p>　　電池是電源系統(tǒng)的核心組成部分，電池的使用方法不正確，會使得電池的壽命縮短和性能降低，有時甚至?xí)l(fā)生爆炸，故在

15、可充電MP3的電源系統(tǒng)設(shè)計中，我們應(yīng)當(dāng)注意電池保護電路的設(shè)計（如：過充電保護電路設(shè)計、過放電電路設(shè)計、過電流保護電路設(shè)計）。而穩(wěn)壓電路是電源系統(tǒng)的重要部分，如果穩(wěn)壓電路設(shè)計不合理，則會影響到整個系統(tǒng)的架構(gòu)、產(chǎn)品的特性組合、元件的選擇、軟件的設(shè)計和功率分配架構(gòu)等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可充電MP3 電源系統(tǒng) 電池 電池保護電路 穩(wěn)壓電路</p><p><b>　

16、　ABSTRACT</b></p><p>　　With portable devices (such as mobile phone, laptop computers, MP3, MP4,digital camera, etc) the high speed development, portable equipment and people's work and life is incr

17、easingly close relationship.And portable devices are inseparable from reliable power supply, the performance of the ascending depends largely on the stand or fall of power system. </p><p>　　The battery is a

18、core component of the power system, the incorrect use of the battery will shorten the battery life and performance, and sometimes even an explosion may occur，Therefore, in rechargeable MP3 of the power supply system desi

19、gn, we should pay attention to battery protection circuit design (such as: charging protection circuit design, discharging circuit design, over current protection in circuit design). Voltage power supply system and circu

20、it is the important part, if the circuit de</p><p>　　Keywords: Rechargeable MP3 Power-supply system Battery </p><p>　　Battery protectied circuit Voltage stabilizer circuit</p><

21、;p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1便攜式設(shè)備1</p><p>　　1.2便攜

22、式設(shè)備的電源系統(tǒng)2</p><p>　　1.2.1便攜式設(shè)備電源系統(tǒng)的組成與工作原理2</p><p>　　1.2.2電源管理技術(shù)的發(fā)展3</p><p>　　1.2.3便攜式設(shè)備電源系統(tǒng)設(shè)計要求4</p><p>　　1.3 可充電的MP3播放器電源系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計目的和意義4</p><p>　　第二章 分

23、析比較便攜設(shè)備的電池5</p><p><b>　　2.1電池概述5</b></p><p>　　2.1.1電池的定義及發(fā)展歷史5</p><p>　　2.1.2電池的分類6</p><p>　　2.1.3 電池的工作原理7</p><p>　　2.1.4各類電池的特點9</p&

24、gt;<p>　　2.2常用于可充電便攜設(shè)備的幾種電池的特點及其性能的比較15</p><p>　　2.2.1可充電電池的主要參數(shù)15</p><p>　　2.2.2幾種常用于可充電便攜設(shè)備電池的特點及性能比較15</p><p>　　第三章用于便攜設(shè)備的各種電源電路的比較19</p><p>　　3.1低壓差線性穩(wěn)壓

25、器（LDO）20</p><p><b>　　3.2電荷泵21</b></p><p>　　3.3 電荷泵+LDO穩(wěn)壓器22</p><p>　　3.4 電荷泵穩(wěn)壓器22</p><p>　　3.5 DC-DC 轉(zhuǎn)換器23</p><p>　　3.5.1 DC-DC 降壓轉(zhuǎn)換器23&l

26、t;/p><p>　　3.5.2 DC-DC 升壓轉(zhuǎn)換器24</p><p>　　3.5.3 DC-DC 升降壓H-橋式轉(zhuǎn)換器24</p><p>　　第四章 LTC3455電源系統(tǒng)設(shè)計方法25</p><p>　　4.1 LTC3455電源系統(tǒng)簡介25</p><p>　　4.2 LTC3455內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理

27、29</p><p>　　4.3 電源系統(tǒng)設(shè)計29</p><p>　　4.4選好高效電源，保證長久動力支持31</p><p>　　4.5優(yōu)化電路設(shè)計，減少電流損耗31</p><p>　　4.6科學(xué)管理電池，提高使用壽命31</p><p>　　第五章可充電鋰離子電池爆炸事故的主要原因以及解決措施33&l

28、t;/p><p>　　5.1鋰離子電池的爆炸的原因33</p><p>　　5.1.1熱沖擊引起的爆炸33</p><p>　　5.1.2過充引起的爆炸33</p><p>　　5.1.3短路引起的爆炸35</p><p>　　5.1.4其它情況下的爆炸35</p><p>　　5.2防止

29、鋰離子電池爆炸的措施36</p><p>　　5.2.1提高電池的熱穩(wěn)定性36</p><p>　　5.2.2提高電池的過充保護能力38</p><p>　　5.3結(jié)論與展望38</p><p><b>　　致謝39</b></p><p><b>　　參考文獻41</

30、b></p><p><b>　　科技英語文獻42</b></p><p><b>　　科技英語翻譯60</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1便攜式設(shè)備</b></p><

31、;p>　　以信息電器為代表的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)真正拉開了嵌入式系統(tǒng)大發(fā)展的序幕，它極大的推支了IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給人類的生產(chǎn)、生活帶來了深遠的影響。嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且以軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成用于實現(xiàn)對其它設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能[1]。</p>

32、;<p>　　便攜式設(shè)備就是嵌入式系統(tǒng)的的典型應(yīng)用。便攜式設(shè)備就是便于攜帶的設(shè)備。55年前，Sony因推出全球第一款便攜式收音機而開創(chuàng)了便攜式半導(dǎo)體產(chǎn)品的先河。20多年前，便攜式產(chǎn)呂的領(lǐng)軍代表移動電話和筆記本電腦誕生，雖然它們的龐大體積還難以用便攜來形容，但20多0年后的今天，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，這兩類產(chǎn)品不便能便攜，而且能小到放進口袋中了。同時便攜式家族也添加了許多新的成員。目前市場上計算機、通信、消費電子、汽車電

33、子、醫(yī)療儀器等產(chǎn)品中都有便攜式的身影[1]。</p><p>　　在便攜式設(shè)備這個大家族中，消費類電子產(chǎn)品是推動便攜式產(chǎn)品發(fā)展的動力。從微型收音機、walkman、便攜式VCD/DVD到今天的MP3/MP4功能的多媒體手機，我們可以看到，消費者的需求一直都在推動便攜式產(chǎn)品的發(fā)展，而每一個新應(yīng)用的誕生，則驅(qū)動便攜式產(chǎn)品發(fā)生革命性的變化。一方面，消費者希望手中所拿的產(chǎn)品越來越小，于是便攜式產(chǎn)品一直在朝著輕、薄、小的方

34、向發(fā)展。同時，消費者還希望手中的這個小東西具有盡可能多的功能，在這樣的需求下，便攜式產(chǎn)品一直在增加新的功能，而且多功能融合的趨勢也越來越明顯。舉例來說，從最早期純粹的語音通信到MP3播放、視頻錄放、百萬像素拍照、藍牙，再到目前流行的雙模/多模、GPS定位導(dǎo)航、移動數(shù)字電視以及電容性觸摸屏輸入，如今人們隨身攜帶的小小手機幾乎包括了所有小型電子設(shè)備的主要功能。面世才幾年的便攜式多媒全播放器（PMP），也從音視頻向集成移動通信、GPS、MTV

35、、電子游戲等功能的方向發(fā)展[1]。</p><p>　　1.2便攜式設(shè)備的電源系統(tǒng)</p><p>　　1.2.1便攜式設(shè)備電源系統(tǒng)的組成與工作原理</p><p>　　電源系統(tǒng)主要包括兩大部分：電池管理系統(tǒng)和電壓變換電路，如圖1-1 所示。電池管理系統(tǒng)由蓄電池組、充電電路、鋰電池保護電路、電池容量監(jiān)控電路組成。便攜電子設(shè)備中，常用的電池有鎳氫電池和鋰離子電池。采用

36、鋰離子電池時，還必須采用鋰電池保護電路，以防止鋰離子電池組因過充電、過放電、過電流、過熱而損壞。實際應(yīng)用中，還需要實時掌握電池組的現(xiàn)有容量，因此還必須通過電流取樣電阻取出蓄電池組的充放電電流，從而計算充入蓄電池的電量和蓄電池組放出的電量，根據(jù)二者之差即可估算電池組的現(xiàn)有容量[2]。</p><p>　　圖1-1電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　便攜設(shè)備的電源系統(tǒng)的工作原理都是大同小異

37、的，一般的電源系統(tǒng)都是把交流電通過交流供電設(shè)備、變壓電路、整流電路、穩(wěn)壓電路、濾波電路變成直流電的過程。其原理下圖1-2[2]。</p><p>　　圖1-2 電源系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　1.2.2電源管理技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　開關(guān)電源的原理已經(jīng)應(yīng)用100多年[1]，最早它主要應(yīng)用于汽油發(fā)動機的點火系統(tǒng)，之后應(yīng)用于電視機高壓部分。但是常見的電

38、子設(shè)備最初都是用線性電源供電。直到20世紀60年代末，開關(guān)電源三大主要元件（磁性元件、開關(guān)期間和整流器）的發(fā)展改變了開關(guān)電源僅用于電視機高壓部分的局面，開關(guān)電源開始廣泛應(yīng)用。1970年開始，各種類型元件的發(fā)展促使開關(guān)電源進入快速發(fā)展時期，從此在很多領(lǐng)域，開關(guān)電源因其比傳統(tǒng)線性電源體積小、重量輕逐漸代替了線性電源給電子設(shè)備供電。同時，三端線性調(diào)整器也促進了線性穩(wěn)壓電源的發(fā)展，使其在某些領(lǐng)域繼續(xù)運用。</p><p>

39、;　　最早出現(xiàn)的開關(guān)電源是串聯(lián)型的[1]，其主電路拓撲與線性電源相仿，但是晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)。1975年美國Silicon General公司開發(fā)第一款集成PWM控制器，打開了幾代開關(guān)調(diào)節(jié)器和開關(guān)模式電源發(fā)展的大門。PWM開關(guān)電源效率可達65-75%，而線性電源的效率只有30-40%，在發(fā)生世界性能危機的年代，用工作頻率不20KHz的PWM開關(guān)電源代替線性電源，可在幅度節(jié)省能源，從而引起人們的廣泛關(guān)注，在電源技術(shù)發(fā)展史上被譽為20KH

40、z革命。20世紀80年代開始，為了減小體積和重量，PWM開關(guān)電源向高頻化發(fā)展，但是因此會引起更大的開關(guān)損耗。進入90年代，開關(guān)電源零電壓（ZVS）和零電流（ZCS）軟開關(guān)脈寬調(diào)制技術(shù)的發(fā)展，使開關(guān)電源變換器性能更好、重量更輕、尺寸更小。PWM模式的DC/DC轉(zhuǎn)換器可以在全負載肉獲得較高的轉(zhuǎn)換效率，但是在輕載時損耗相對很大，效率很低，而PFM模式在輕載時有很高的轉(zhuǎn)換效率。因此在90年代開始，一般商用的DC/DC轉(zhuǎn)換器采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，?/p>

41、得重載時轉(zhuǎn)換器工作在PWM模式下，輕載時轉(zhuǎn)換器工作在PFM模式下，大大降低系統(tǒng)的功耗，提高系統(tǒng)電源效率。開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展到今天</p><p>　　線性穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，從調(diào)整管的變化可以看出線性電源的發(fā)展過程。從簡單的晶體管、NPN達林頓管到PNP管的LDO，線性電壓一直在朝著功耗更小，體積更小的方向發(fā)展。線性穩(wěn)壓電源發(fā)展到今天，LDO使用MOSFET作為調(diào)整管，輸入輸出壓差已經(jīng)可以小到0.2

42、V，這樣轉(zhuǎn)換效率也可以達到90%以上，例如，當(dāng)鋰離子電池的電壓是3.5V，用LDO變換到3.3V時，效率為94%。 </p><p>　　目前，DC/DC和LDO各自的性能都已經(jīng)發(fā)展到了相當(dāng)高的水平，但是它們固有的缺點使應(yīng)用的時侯總是有一些缺憾，于是產(chǎn)生了一種結(jié)合開關(guān)式DC/DC調(diào)節(jié)器和LDO的新型電源管理IC，它們具有前者高效率，以及后者的小尺寸和易用性優(yōu)勢。</p><p>　　當(dāng)今電

43、源管理產(chǎn)呂的發(fā)展將圍繞節(jié)能降耗展開[1]。電源設(shè)計周期加快、低待機功耗、高能效以及減小占位面積的要求正在改變傳統(tǒng)的電源設(shè)計方法。其發(fā)展將主要呈現(xiàn)五大特點：（1）電源壽命和效率最大化；（2）體積和成本最小化；（3）電壓提供多樣化；（4）設(shè)計時間最短化；（5）數(shù)字電源和模擬電源相結(jié)合。</p><p>　　1.2.3便攜式設(shè)備電源系統(tǒng)設(shè)計要求</p><p>　　便攜產(chǎn)品電源系統(tǒng)設(shè)計需要系統(tǒng)級

44、思維，在開發(fā)由電池供電的設(shè)備時，諸如手機MP3、MP4、PMP、DSC等低耗產(chǎn)品，如果電源系統(tǒng)設(shè)計不合理，則會影響到整個系統(tǒng)的架構(gòu)、產(chǎn)品的特性組合、元件的選擇、軟件的設(shè)計以及功率分配架構(gòu)等。同樣，在系統(tǒng)設(shè)計中，也要從節(jié)省電池能量的角度出發(fā)多加考慮。例如，現(xiàn)在便攜產(chǎn)品的處理器一般都設(shè)有幾種不同的工作狀態(tài)，通過一系列不同的節(jié)能模式(空閑、睡眠、深度睡眠等)可減少對電池容量的消耗。當(dāng)用戶的系統(tǒng)不需要最大處理能力時，處理器就會進入電源消耗較少的

45、低功耗模式。從便攜式產(chǎn)品電源管理的發(fā)展趨勢來看，在便攜設(shè)備的電源系統(tǒng)設(shè)計中，需要考慮以下幾個問題[2]：</p><p>　　1. 電源設(shè)計必須要從成本、性能和產(chǎn)品上市時間等整個系統(tǒng)設(shè)計來考慮；</p><p>　　2. 便攜產(chǎn)品日趨小巧輕薄化，必需考慮電源系統(tǒng)體積小、重量輕的問題；</p><p>　　3. 選用電源管理芯片力求高集成度、高可靠性、低噪聲、抗干擾、

46、低功耗，突破散熱瓶頸，延長電池壽命；</p><p>　　4. 選用具有新技術(shù)的新型電源芯片進行方案設(shè)計，這是保證產(chǎn)品先進性的基本條件，也是便攜產(chǎn)品電源管理的永恒追求。</p><p>　　便攜產(chǎn)品常用電源管理芯片包括：低壓差穩(wěn)壓器(LDO)、非常低壓差穩(wěn)壓器(VLDO)、基于電感器儲能的DC/DC轉(zhuǎn)換器(降壓電路Buck、升壓電路Boost、降壓-升壓變換器)、基于電容器儲能的電荷泵、電

47、池充電管理芯片、鋰電池保護IC。在選用電源管理芯片時應(yīng)注意：</p><p>　　1.3 可充電的MP3播放器電源系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計目的和意義</p><p>　　通過對可充電的MP3播放器電源系統(tǒng)設(shè)計的研究，可以讓我們對便攜式設(shè)備的電源系統(tǒng)有一個初步的認識及其基本的設(shè)計方法。在設(shè)計的過程中，首先通過查閱有關(guān)資料了解電源系統(tǒng)的基本組成。然后比較各種電池的優(yōu)缺點及各種穩(wěn)壓電路的優(yōu)缺點，為本設(shè)計做

48、好準備。同時，我們還要注意電池爆炸事故的主要原因以及解決措施。因此，在設(shè)計過程中不僅能讓我們學(xué)習(xí)到了電源系統(tǒng)的設(shè)計方法，還鍛煉了我們分析問題、解決問題的能力。</p><p>　　第二章 分析比較便攜設(shè)備的電池</p><p><b>　　2.1電池概述</b></p><p>　　2.1.1電池的定義及發(fā)展歷史</p><

49、p>　　電池是利用物質(zhì)變化所釋放出來的能量直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置?；瘜W(xué)變化產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置為化學(xué)電源；物理變化產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置為物理電源?；瘜W(xué)電源比物理更為得到廣泛應(yīng)用和常見，人們一般將化學(xué)電源就通俗地稱作電池，本設(shè)計所用的電池是化學(xué)電池所以只討論化學(xué)電源[3]。</p><p>　　人類研究與使用電池的時間至今有200多年，有關(guān)電池的一些重要事件如下所示。</p><

50、p>　　1800年Volta發(fā)明Zn/稀硫酸/Cu電堆，是科技史上最早出現(xiàn)的電池，人類第一次可以獲得持續(xù)電流，大大加快了電學(xué)及電化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展。電磁效應(yīng)、鉀、鈉、鈣、鎂、鍶、電動機、發(fā)電機、電解、電鍍、電弧燈等都是直接應(yīng)用電池為電源而發(fā)現(xiàn)或發(fā)明的。</p><p>　　1802年Davy以碳為燃料，氧為氧化劑，硝酸為電解質(zhì)進行碳氧電池實驗，指出了制造燃料電池的可能性。</p><p&g

51、t;　　1836年Daniel對Volat電池改良為Zn/稀硫酸鋅溶液/硫酸銅溶液/CU，在正負極之間使用多孔隔板并改變電解質(zhì)，最早獲得能長時間工作的實用電池。</p><p>　　1839年Grove發(fā)明H2（Pt）/硫酸溶液/O2（Pt）電池,這是人類史上第一個燃料電池。</p><p>　　1859年P(guān)lante改進Sinsteden在1854年進行的兩鉛板浸入稀硫酸中可以二次放電的

52、實驗發(fā)明了實用化鉛酸蓄電池。</p><p>　　1868年Leclanche巧妙采用Zaniboni和Jacobi的提案，以Zn為負極，MnO2為正極，NH4Cl溶液為電解質(zhì)拌以細砂或木屑做成糊狀，制出實用化鋅錳干電池，此電池與當(dāng)今的普通鋅錳干電池結(jié)構(gòu)相同。</p><p>　　1882年堿性鋅錳電池研制成功，是性能最好的鋅錳電池類別，并于20世紀50年代中期得到商品化生產(chǎn)。</p

53、><p>　　1887年Duna和Hslacher發(fā)明以鋅為負極，NI（OH）2為正極是堿性鋅鎳蓄電池。</p><p>　　1889年Mond和Langer首次提出“燃燒電池（fuel cell）”名稱，并采用浸有電解質(zhì)的多孔材料為隔膜，以鉑黑為民催化劑，以鉆孔鉑或金片為電流收集器組裝出氫養(yǎng)燃料電池，此電池結(jié)構(gòu)已接近現(xiàn)代燃料電池。</p><p>　　1901年Eds

54、ison發(fā)明堿性電解質(zhì)Fe-Ni蓄電池，電池的負極材料為Fe粉，正極材料為Ni(OH)2。</p><p>　　1902年Jungner發(fā)明堿性電解質(zhì)Cd-Ni蓄電池，電池負極材料為Cdo,正極材料為Ni(OH)2。在蓄電池中，Cd-Ni電池生產(chǎn)量曾長期只次于鉛酸電池。</p><p>　　1955年通用電氣公司Grubb第一個提出用離子交換膜作為電解質(zhì)的想法并與Niedrach首次開發(fā)出

55、聚合物膜燃料電池。</p><p>　　1958年美國加州大學(xué)研究生Harris提出有機電解液鋰電池設(shè)想，引發(fā)了高能鋰電池的研究。</p><p>　　1959年Bacon開發(fā)了多孔鎳電極并制備了KW級堿性燃料電池系統(tǒng)，這是第一個實用性燃料電池，奠定了現(xiàn)代燃料電池技術(shù)思想。</p><p>　　1971年松下電器公司的福田雅太朗發(fā)明氟化碳一次電池，電池開始脫離預(yù)研階

56、段走向商品化與實用化。</p><p>　　1984年Willems采用Co和Si部分替化LaNi5中的Ni，解決了貯合金粉化和氧化腐蝕問題，實現(xiàn)了利用貯氫合金為負極材料制造MH-Ni電池的可能。</p><p>　　1990年日本實現(xiàn)MH-Ni電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，MH-Ni電池可以取代Cd-Ni電池使用，比容量比Cd-Ni電池高且無Cd毒害，是新一代的綠色高能蓄電池。</p>

57、<p>　　1991年日本索尼公司成功開發(fā)與生產(chǎn)以碳材料為負極和LiCoO2為正極的有機電解質(zhì)鋰離子蓄電池。鋰離子電池是目前綜合性能最好的蓄電池，商品化后就逐漸取代Cd-Ni電池和MH-Ni電池。</p><p>　　1992年聚合物鋰離子蓄電池實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。</p><p>　　電池的發(fā)展不僅受其自身及相關(guān)科學(xué)技術(shù)進步的影響，更是受社會發(fā)展外在需要推動。社會的強勁需要給電池及

58、其材料的生產(chǎn)與研究提供了廣闊的空間和美好的前景；新電池及其材料的發(fā)明和應(yīng)用也不斷改變?nèi)祟惿睢?lt;/p><p>　　2.1.2電池的分類</p><p>　　電池的分類有不用的分類方法，按其分類方法大體上可分為四大類[4]。</p><p>　　第一類：按電解質(zhì)種類劃分，包括：</p><p>　　堿性電池，電解質(zhì)主要以氫氧化鉀溶液為主的電池

59、，如：堿性鋅錳電池（俗稱堿錳電池或堿性電池）、鎘鎳電池，鎳氫電池等；</p><p>　　酸性電池，主要以硫酸水溶液為介質(zhì)，如鉛酸蓄電池；</p><p>　　中性電池，以鹽溶液為介質(zhì)，如鋅錳干電池、海水電池等；</p><p>　　有機電解液電池，主要以有機溶液為介質(zhì)的電池，如鋰電池、鋰離子電池等。</p><p>　　第二類：按工作性質(zhì)和

60、貯存方式劃分，包括：</p><p>　　原電池，又稱為一次電池，即不能再充電的電池，如鋅錳干電池，鋰原電池等；</p><p>　　蓄電池，又稱為二次電池，即可充電電池，如鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鎘鎳電池等；</p><p>　　燃料電池，即活性材料在電池工作時才連續(xù)不斷地從外部加入電池，如氫氧燃料電池等；</p><p>　　貯備

61、電池，即電池貯存時不直接接觸電解液，直到電池使用時，才加入電解液，如鎂化銀電池，又稱海水電池等。</p><p>　　第三類：按電池所用正、負極材料劃分，包括：</p><p>　　鋅系列電池，如鋅錳電池、鋅銀電池等；</p><p>　　鎳系列電池，如鎘鎳電池、氫鎳電池等；</p><p>　　鉛系列電池，如鉛酸電池等；</p>

62、<p>　　鋰系列電池，如鋰離子電池、鋰錳電池等；</p><p>　　二氧化錳系列電池，如鋅錳電池、堿錳電池等；</p><p>　　空氣（氧氣）系列電池，如鋅空電池等。</p><p>　　第四類：按活性物質(zhì)的保存方式分類，包括：</p><p>　　活性物質(zhì)保持在電極上分為非再生型一次電池和再生型二次電池（蓄電池）；<

63、;/p><p>　　活性物質(zhì)連續(xù)地供給電極，分為非再生型燃料電池和再生型燃料電池。</p><p>　　2.1.3 電池的工作原理</p><p>　　不管是一次電源，還是二次電源，其放電過程都是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這一過程為自發(fā)過程。一次電池的反應(yīng)是不可逆的，而二次電池的電極反應(yīng)是可逆的。對于二次化學(xué)電源，充電過程是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，這—過程是非自發(fā)過程。雖然與能量

64、轉(zhuǎn)換有關(guān)的某些熱效應(yīng)是不可避免的，但是電化學(xué)過程則是直接的，不受年諾熱機效率的限制。如在中高溫燃料電池中，若實現(xiàn)熱電聯(lián)供，理論上能量轉(zhuǎn)化效率可以接近100％，侖的體系甚至大于loo％，這是因為電效率對應(yīng)于化學(xué)反應(yīng)的自由能，而熱效率對應(yīng)于化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，能量轉(zhuǎn)化效率是電效率和熱效率之和[ 5 ]。</p><p>　　電池使用過程電池放電過程，電池放電時在負極上進行氧化反應(yīng)，向外提供電子，在正極上進行還原反應(yīng)，從

65、外電路接受電子，電流經(jīng)外電路而從正極流向負極，電解質(zhì)是離子導(dǎo)體，離子在電池內(nèi)部的正負極之間的定向移動而導(dǎo)電，陽離子流向正極，陰離子流向負極。電池放電的負極為陽極，放電的正極為陰極，在陽極兩類導(dǎo)體界面上發(fā)生氧化反應(yīng)，在陰極的兩類導(dǎo)體界面上發(fā)生還原反應(yīng)。整個電池形成了一個由外電路的電子體系和電解質(zhì)液的離子體系構(gòu)成的完整放電體系，從而產(chǎn)生電能供電。下面以鋅錳干電池為例，來說明電池的工作原理。

66、 </p><p>　　圖2-1 鋅錳電池工作示意圖</p><p>　　圖2-1是鋅錳電池工作示意圖[ 4 ]，正極活性物質(zhì)二氧化錳與負極活性物質(zhì)鋅在空間上是分隔開的，當(dāng)二者都與氯化銨和氯化鋅的水溶液相接觸，電解液含有帶正電荷的陽離子和帶負電荷的陰離子，是一種例子導(dǎo)體，但并不具有電子導(dǎo)電性。 </p

67、><p>　　鋅錳電池反應(yīng)，正極為陰極，錳由四價還原為三價，發(fā)生了還原反應(yīng)：　　2MnO2＋2H2O＋2e→2MnO(OH)＋2OH－</p><p>　　負極為陽極，鋅氧化為二價鋅離子，發(fā)生了氧化反應(yīng)：</p><p>　　Zn＋2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2＋2H＋＋2e</p><p><b>　　總的電池反應(yīng)為： <

68、;/b></p><p>　　2MnO2＋Zn＋2NH4Cl→2MnO(OH)＋Zn(NH3)2Cl2</p><p>　　當(dāng)鋅電極與溶液接觸時，金屬鋅上的鋅離子將自發(fā)的轉(zhuǎn)入到溶液中，發(fā)生鋅的氧化反應(yīng)。鋅電極上的鋅離子轉(zhuǎn)入溶液之后，將電子留在金屬上，結(jié)果鋅電極表面帶有負電荷，它將以庫倫力吸引溶液中的正電荷，使之停留在電極表面附近，因而在兩相間出現(xiàn)了電位差，這個電位差阻滯鋅離子繼續(xù)轉(zhuǎn)入

69、溶液，同時使鋅離子進入溶液的速度逐漸減小，溶液中鋅離子返回電極的速度不斷增大，最后建立起兩個過程速度相等的動態(tài)平衡，這時在兩相間形成了鋅電極上帶有負電荷而溶液一側(cè)帶有正電荷的離子雙層。二氧化錳電極中存在著相似的情況，只是電極在帶正電荷而形成的雙層溶液一側(cè)的離子是負離子[ 4 ]。</p><p>　　有些電池的反應(yīng)（ 如鋰電池），是以（嵌入—脫嵌）方式進行的。鋰電池的負極一般是金屬鋰或含鋰物質(zhì)，正極主要由活性物質(zhì)

70、和集電極組成。電池在充電時，鋰離子從正極活性物質(zhì)中脫出進入電介質(zhì)中，通過電解質(zhì)嵌入到負極活性材料中；相反，放電時，鋰離子從負極活性材料中脫出進入電解質(zhì)中，通過電解質(zhì)嵌入到正極活性材料中。例如，金屬鋰/二硫化鈦電池放電時，發(fā)生的反應(yīng)可表示[ 5]：</p><p>　　鋰離子電池充放電的反應(yīng)為：</p><p>　　正極反應(yīng) </p><p>　　負極反

71、應(yīng) </p><p>　　總反應(yīng) </p><p>　　發(fā)生還原反應(yīng)的一極為陰極，即負極，而發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為陽極，即正極。為了便于理解和記憶，歸納于表2-1中。</p><p>　　表2-1 化學(xué)電源充放電過程電極極性</p><p>　　2.1.4各類電池的特點</p><p>

72、　　2.1.4.1 原電池組</p><p>　　2.1.4.1.1錳鋅電池 </p><p>　　錳鋅電池是我們常見的干電池，價格最便宜，但性能較差。此種電池使用在大電流連續(xù)放電時的安培小時值低于小電流間歇放電的安培小時值，所以一般使用在小電流、間歇放電情況

73、。使用時溫度范圍應(yīng)在-10℃至+45℃以內(nèi)。 </p><p>　　2.1.4.1.2 堿性電池</p><p>　　堿性電池與錳鋅電池不同的是電解質(zhì)采用氫氧化鉀。因此性能要好得多，價格也貴些，約為前者的四倍。它的放電特性曲線平坦，連續(xù)放電或間歇放電在容量上差異不大。使用溫度應(yīng)在-20℃至+70℃以內(nèi)。從理論上講其放電量是錳

74、鋅電池的1.4倍，但實際使用時可達2-3倍的放電量。也可經(jīng)過充電后繼續(xù)使用，但充電時不要過熱。它的自泄漏電流很小，故使用壽命及貯存壽命都較長。據(jù)資料上介紹，其自放電量每年為其容量的100%。</p><p>　　2.1.4.1.3 水銀電池</p><p>　　水銀電池的容量較前面兩種高，電壓平穩(wěn)性也較好，耐連續(xù)放電，保存時間較長，耐70℃高溫使用，但低溫使用差。價格比錳電池高約8倍。&l

75、t;/p><p>　　2.1.4.1.4 氧化銀電池</p><p>　　氧化銀電池與水銀電池差不多，耐低溫，較前者好，但因為成本高，價格貴。圖2-2為以上四種電池的放電曲線圖。 </p><p>　　圖2-2 四種電池的放電曲線圖</p><p>　　2.1.4.1.5 鋰電池</p><p>　　鋰電池是新開發(fā)

76、的一種優(yōu)良電池，現(xiàn)已使用較多。電壓為3V。漏電小，儲存壽命可達5年以上，其容量才降低5％。溫度特性好，價格比氧化銀電池便宜。如用于A級放電，使用時間可同儲存壽命。主要特點如下：</p><p>　　高電壓：標稱電壓為3V，用時方便；</p><p>　　高能量密度：是錳鋅電池的5～10倍；</p><p>　　耐長期使用與貯存穩(wěn)定性好：由于它的化學(xué)性能，熱性能穩(wěn)定，

77、長期自</p><p>　　放電小，放氣體效應(yīng)小，故泄漏溶液極少；</p><p>　　放電電壓曲線平坦：因它的內(nèi)阻很穩(wěn)定；</p><p>　　溫度性能好：鋰電池采用有機電解液，溫度范圍很寬，-40～+85℃。</p><p>　　(6)安全性：因正極采用氟化炭固體，遇熱化學(xué)穩(wěn)定性好、不分解、不腐蝕。圖2-3及圖2-4為鋰電池放電特性。&l

78、t;/p><p>　　圖2-3 鋰電池長時間連續(xù)放電特性 圖2-4 鋰電池放電時間與溫度的關(guān)系</p><p>　　2.1.4.2 充電電池組</p><p>　　可充性二次電池是一種儲能元件，也是一種最穩(wěn)定的直流電源，被移動通信、手機、攝像機、筆記本電腦等便攜式儀器直流電源。目前廣泛應(yīng)用的二次性電池主要有五類，它們是：鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、

79、鋰金屬電池及鋰離子電池。為便于對這些二次性電池性能有所了解，在表2-2中對它們的性能特點作了簡單的比較。</p><p>　　表2-2 幾種二次電池性能比</p><p>　　以前有兩種普通充電電池，即鉛酸電池和鎳鎘電池，他們的能量密度與原電池差別非常大，同時又含有重金屬，因而受到環(huán)保法規(guī)的限制。正因為這些原因，從而刺激了其他技術(shù)的發(fā)展。其中主要有鎳金屬氫化物（NiMH）和鋰離子技術(shù)。

80、以下為一些可充電電池的特點。</p><p>　　2.1.4.2.1 鉛酸電池</p><p>　　鉛酸電池屬于酸性蓄電池類，已有百余年的歷史。由于它的制造工藝簡單、價格便宜、容量大，所以是目前使用量最多的二次性電池，廣泛應(yīng)用于交通、應(yīng)急燈、家用燈、家用逆變器及功率較大的移動電子產(chǎn)品。</p><p>　　鉛酸電池基本工作原理如圖2-5所示。鉛酸電池主要有正負極板、

81、點解質(zhì)以及電池槽等組成，電解質(zhì)是稀硫酸液。當(dāng)兩極間放入稀硫酸電解液時，正極板活性物二氧化鉛（PbO2）與負極板上的活性物質(zhì)海綿狀鉛（Pb）將發(fā)生充放電的化學(xué)反應(yīng)，使兩極板間產(chǎn)生電動勢。其化學(xué)反應(yīng)式如下[6]：</p><p>　　在放電過程中，電解液比重下降，電池內(nèi)阻增大，電動勢降低，放電終了時，電動勢可下降到1.8V左右。</p><p>　　在充電過程中外接直流電源。當(dāng)外接直流電源的電

82、壓高于電池的電動勢時，電流從正極板流入電池，經(jīng)過電解液從負極板流出，這樣負極板會出現(xiàn)過剩的負電荷，而正極板會出現(xiàn)過剩的正電荷，使電池的電動勢增加，極板上的活性物質(zhì)被還原。</p><p>　　圖2-5 鉛酸電池基本工作原理</p><p>　　鉛酸電池放電完后應(yīng)立即充電。比較常用的方法為分級定流充電法，第一段用10小時率電流充電6～7小時，使電池電壓達到2.4V/只。第二階段用20小時率

83、電流充電14～17小時。充電電流及充電時間之間的關(guān)系為：</p><p>　　式中：C——鉛酸電池的標稱容量Ah；</p><p>　　10——電流常數(shù)，20小時率充電時取20（h）；</p><p>　　K——所需充入標稱容量的倍數(shù)，取1.3C。</p><p>　　這種充電方法所用的充電時間很長，于是又出現(xiàn)了快速充電法。快速充電法是一種脈

84、沖電流充電，采用充電—停止—放電—充電的工作模式，可使充電時間減小到1~2小時。</p><p>　　正因為如此，鎳鎘電池在飛機啟動、衛(wèi)星通信、計算機、電子儀器及各類電子產(chǎn)品中到了廣泛的應(yīng)用。但由于鎳鎘電池對環(huán)境存在污染，今后會逐漸被鎳氫電池和鋰離子電池所取代。</p><p>　　2.1.4.2.2 鎳氫電池</p><p>　　鎳氫電池與鎳鎘電池相似，也可分為圓

85、柱形和矩形結(jié)構(gòu)。鎳氫電極的正極板材料為鎳化合物，負極極板材料為吸氫的合金，電解液為30%的KOH水溶液，隔膜采用多孔維尼龍無紡布或尼龍無紡布，鎳氫電池與鎳鎘電池的不同之處在于它用吸氫合金代替了鎳鎘電池中的鎘，解決了鎘對環(huán)境污染的問題。鎳氫電池具有以下特點[7]：</p><p>　　鎳氫電池能量密度高、容量大，是鎳鎘電池的1.5～2倍。</p><p>　　鎳氫電池電壓1.2V，可與鎳鎘電

86、池互換。</p><p>　　內(nèi)阻低，可快速放電。</p><p>　　可快速充電，使用安全。</p><p>　　壽命長、可靠性高、性能好，不污染環(huán)境。</p><p><b>　　價格低。</b></p><p>　　鎳氫電池放電電流對放電電壓和放電容量的關(guān)系如圖2-6所示。曲線表明，放電電流

87、越大，在相同的放電容量事，放電電壓越低，在相同的放電電壓下，放電容量越低。</p><p>　　圖2-6 鎳氫電池的放電特性</p><p>　　2.1.4.2.3 鋰離子電池</p><p>　　雖然鋰金屬電池能量高、自放電率低，但由于采用金屬鋰做負極材料，使電池存在著安全方面的問題，所以，鋰金屬電池一直沒有得到大量的應(yīng)用。后來人們又研制成功了鋰離子電池，取代了

88、鋰金屬電池。</p><p>　　鋰離子電池有圓柱形和矩形兩種基本結(jié)構(gòu)，如圖2-7所示。它的正電極包括由鋰(Li)和二氧化鉆(CO2)組成的鋰離子收集極和由薄膜組成的電流收集極。它的負極則由片狀碳組成的鋰離子收集極和銅薄膜組成的電流收集極組成，在正負極問采用一種非常精細而浸透性很強的聚乙烯薄膜做隔離材料。電池中充滿了LiPF6有機電解質(zhì)溶液。為了避免使用不當(dāng)造成電池的損壞，通常在鋰離子電池中設(shè)有三種安全機構(gòu)：一種

89、是正溫度系數(shù)的PTC元件，當(dāng)電池溫度升高時，PTC的阻值會增大，自動將負極引線與負極之間的電路切斷；另一種是安全閥，當(dāng)鋰離子電池內(nèi)的壓力增高到一定數(shù)值時，安全閥會自動打開降壓；還有一種就是用特種材料制成隔板，當(dāng)鋰離子電池內(nèi)的溫度升高到一定數(shù)值時，隔板上的微孔會自動溶解掉，從而使電池內(nèi)的反應(yīng)停止。</p><p>　　圖2-7 鋰離子電池結(jié)構(gòu)</p><p>　　充電時，正極中的鋰原

90、子電離成鋰離子和電子，通過電解質(zhì)由正極移向負極，并在負極和電子復(fù)合成鋰原子，嵌入到碳層中間。放電時，嵌入碳層中的鋰原子脫離負極，在負極表面電離成鋰離子及電子，分別通過電解質(zhì)及負載向正極流動，在正極表面復(fù)合成鏗原子，然后嵌入到氧化鉆鏗品狀層中。從以上不難看出，鋰離子電池的充放電過程是鋰離子在正、負極問的往返移動。</p><p>　　鋰離子電池的額定電壓為3.6(有的產(chǎn)品為3.7)。充滿電時的終止充電電壓與電池的正

91、極材料有關(guān)，正極材料為石墨的為4.2V，正極材料為焦碳的為4.2V。</p><p>　　鋰離子電池有以下特點[ 7 ]。 ．</p><p>　　工作電壓高。單只鋰離子電池電壓為3.6V，這相當(dāng)于三只鎳鎬或鎳氫電池的串聯(lián)電壓；</p><p>　　不污染環(huán)境。鋰離子電池中不含鎘、鉛等污染環(huán)境的物質(zhì)材料；</p><p>　　能量密度高

92、、體積小、重量輕；</p><p>　　無記憶效應(yīng)，充電前不需要放電；</p><p>　　輸出容量大。鋰離子電池具有1.5C連續(xù)放電能力；</p><p>　　壽命長。正常工作條件下，鋰離子電池充放電壽命次數(shù)比其他二次性電池高，為500~1000次；</p><p>　　可快速充電。但充電速率不能超過1C；</p><p

93、>　　價格高，且無法與鎳鎘以及鎳氫電池互換。</p><p>　　鋰離子電池的充電特性曲線如圖2-8所示。曲線表明了充電電壓、充電電流及充電時間之間關(guān)系。</p><p>　　鋰離子電池的放電特性曲線如圖2-9所示。開始放電時的充電足電壓為4.2V，終止放電電壓為3.0V。對同一電池而言，放電電流大小不用，放電終止的時間也大小不相同。</p><p>　　圖2

94、-8　鋰離子電池充電特性曲線　 圖2-9 鋰離子電池放電特性曲線</p><p>　　使用鋰離子電池時應(yīng)注意以下幾點[ 7 ]。</p><p>　　鋰離子電池不適合大電流放電，使用時放電電流應(yīng)小于生產(chǎn)廠給出的最大放電電流；</p><p>　　鋰離子電池的終止放電電壓一般規(guī)定為2.55～2.75V，使用時，放電終止電壓不應(yīng)低于規(guī)定值，否則會影響電池

95、的使用壽命；</p><p>　　鋰離子電池對充電條件的要求是很高的。它要求有精密的充電電路，可保證充電電壓為4.20.042V，過壓充電會造成鋰離子電池永久性的損壞；</p><p>　　鋰離子電池一般使用的充電率為（0.25～1）C，充電時要有限流電流，以免發(fā)生過流充電。在大電流時要檢測電池的溫度，以防過熱損壞電池或發(fā)生爆炸。</p><p>　　2.2常用于可

96、充電便攜設(shè)備的幾種電池的特點及其性能的比較</p><p>　　2.2.1可充電電池的主要參數(shù)</p><p>　　可充電電池有5個主要參數(shù): 電池的容量、標稱電壓、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mAh表示, 1000mAh 就是能以1A的電流放電1h, 換算為所含電荷量大約為3600C。電池正負極之間的電勢差稱為電池的標稱電壓. 標

97、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，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稱電壓約為1.3V(一般認為大約是1.25V),單元鎳氫電池為1.25V,單元鋰離子電池為3.6V。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。一般來講單元鎳鎘電池的內(nèi)阻為7

98、～19mΩ ,單元鎳氫電池的內(nèi)阻為18～35mΩ ,單元鋰離子電池的內(nèi)阻為80～100mΩ[ 8 ]。</p><p>　　可充電電池充足電時,極板上的活性物質(zhì)已達到飽和狀態(tài),再繼續(xù)充電,蓄電池的電壓也不會上升,此時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允許的最低電壓。如果電壓低于放電終止電壓后蓄電池

99、繼續(xù)放電, 電池兩端電壓會迅速下降,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),一般來講單元鎳鎘電池的放電終止電壓為1.1V,鎳氫電池為1V, 鋰離子電池為2.7V。</p><p>　　2.2.2幾種常用于可充電便攜設(shè)備電池的特點及性能比較</p><p>　　隨著便攜設(shè)備的普及,可充電電池在人們的日常生活中已隨處可見,成

100、為必不可少的日常生活用品之一。當(dāng)前，便攜式充電電池主要有鎳鎘電池(Ni-Cd)、鎳氫電池(Ni-H)及鋰離子電池（包括液態(tài)電解質(zhì)的LIB及聚合物電解質(zhì)LPB）。下面列出三種電池的特點及性能比較：</p><p>　　2.2.2.1鎳鎘電池(Ni-Cd)</p><p>　　鎳鎘電池的正極材料為氫氧化亞鎳和石墨粉的混合物,負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

101、得注意的是鎳鎘蓄電池過充電時,將使電池內(nèi)發(fā)生分解水的反應(yīng),在正、負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)部的壓力就會顯著增加,這樣將損傷電池,所以壓力過大時,密封電池將打開放氣孔,從而使電解液逸散；但若反復(fù)通過放氣孔逸散氣體, 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。</p>

102、<p>　　鎳鎘電池使用過程中, 如果電量沒有全部放完就開始充電,下次再放電時, 就不能放出全部電荷量。比如, 鎳鎘電池只放出80%的電荷量后就開始充電, 充足電后,該電池也只能放出原來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,每次電池沒有完全放電,設(shè)備就自動關(guān)機了,長期如此電池就會出現(xiàn)嚴重的“記憶效應(yīng)”, 可用電容量越來越少. “記憶效應(yīng)”出現(xiàn)的主要原因是電池部分放電后, 氫氧

103、化亞鎳沒有完全變?yōu)闅溲趸? 剩余的氫氧化亞鎳將結(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。</p><p>　　鎳鎘電池是最早應(yīng)用于手機、筆記本電腦等設(shè)備的電池種類, 它耐過充放電能力強、維護簡單. 但其相比鎳氫電池和鋰離子電池而言有很多缺點, 如: 在充放電過程中如果處理不當(dāng), 會出現(xiàn)嚴重的“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

104、保護等等. 眾多的缺點使得鎳鎘電池現(xiàn)已基本被淘汰出數(shù)碼設(shè)備的應(yīng)用范圍[8]。</p><p>　　2.2.2.2鎳氫電池(Ni-H)</p><p>　　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,負極主要為無污染物質(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,過充電時, 正極板析出氧氣,負極板析出氫氣。但由于有催化劑的氫電極面積大,

105、氫氣能夠隨時擴散到氫電極表面, 所以氫氣和氧氣能夠相對容易的在蓄電池內(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,長時間過充后,電池內(nèi)氣壓過高,就可能會爆炸。</p><p>　　鎳氫電池也有記憶效應(yīng),但相對鎳鎘電池較小。鎳氫電池或鎳鎘電池的記憶效應(yīng)一般可以通過幾次深充深放來緩解。深放電一般要把電池的電壓放到放電終止電壓以下,對于單個電池一般為1V以下,但不可過低,否則將造成較大的永久性損害。最好不

106、要用自制的設(shè)備進行深度放電,尤其是用一根導(dǎo)線和一個小燈泡將電池正負極相連進行放電的手段更不可取,因為這樣無法控制放電電壓,電壓過低會嚴重的損害電池。建議使用帶有放電功能和過充保護功能的設(shè)備來進行深充和深放。</p><p>　　鎳氫電池內(nèi)阻小,可供大電流的放電,放電時電壓的變化很小;并且廢舊電池易于回收再利用,對環(huán)境的破壞也最小;其成本和價格較低,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

107、電電池,在時鐘、電子游戲機、數(shù)碼相機、攝像機和部分筆記本電腦中有所應(yīng)用[8]。</p><p>　　2.2.2.3鋰電池(Li)</p><p>　　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。可充電的稱為二次性電池,也就是俗稱的鋰離子電池(Li-Ion)。鋰離子電池的正極是含鋰的過渡

108、金屬氧化物,負極是碳素材料,如石墨等,電解質(zhì)是含鋰鹽的有機溶液. 電池中無論在正負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,鋰離子在正負極及電解質(zhì)隔膜中定向運動。當(dāng)電池充電時,正極釋放出鋰離子到電解質(zhì)中,這個過程是脫嵌；負極從電解質(zhì)中吸入鋰離子, 這個過程是嵌入。而電池放電過程和上述情況正好相反,這種充放電時鋰離子往返的嵌入和脫嵌的過程就好像搖椅一樣搖來搖去, 故有人形象的稱鋰離子電池為“搖椅電池” 。</p>

109、;<p>　　鋰離子電池與鎳鎘電池和鎳氫電池相比,有很多優(yōu)點。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3.6V,是鎳鎘電池、鎳氫電池的3倍；可使用的溫度范圍廣( - 20℃～60℃) ,而鎳氫電池為( 0℃～50℃)。同時鋰離子電池的自放電率也比較低。自放電率,是指在一段時間內(nèi),電池在沒有使用的情況下,自動損失的電量占總?cè)萘康陌俜直取Ｒ话阍诔叵?鎳鎘電池的自放電率為每月13% ～15%, 鎳氫電池