零距离解密锂铁电池诞生过程

日期: 2024-07-06 03:07:17|浏览: 18|编号: 78792

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零距离解密锂铁电池诞生过程

首先我们来回顾一下电池发展的历史。

1836年,丹尼尔电池诞生(锌铜原电池,现已不再使用);

1859年,铅酸电池被发明,至今仍非常普遍使用;

1878年,法国的L.梅西耶用含铂的多孔碳电极代替锌锰电池中的二氧化锰碳包裹,发展了锌空气干电池技术。

1883年,发明氧化银电池(现常用于手表的1.55V纽扣电池,以及卫星、潜艇等高档场所使用的大型电池组);

1888年,锌锰干电池开始商业化;

1899年,镍镉、镍铁电池的发明,将镍正极材料体系电池带入人们的视野,并延续到今天的镍电池家族(镍镉、镍氢、镍锌等)。

20世纪初期,电池理论和技术的发展陷入停滞,直到第二次世界大战后,电池技术才有了新的重大发展。

1947年,实现了镍镉电池的密封,使镍镉干电池成为可能;

1949年,公司开发出小型化的碱性锌锰干电池,大大提高了一次性电池的容量和放电功率。

1958年,采用有机电解液作为锂原电池电解质的提案,带来了多种一次性锂电池的实际应用,包括锂二氧化锰电池(计算机主板电池)、锂亚硫酰氯电池(如水表中所用的)、锂二硫化铁电池(俗称锂铁电池)。

南孚成立于1988年,开创了国产品牌逆袭外资电池的先河,目前已成为全球五大碱性电池生产商之一。

2009年,耐世特掌握锂铁电池核心知识产权,实现全面国产化,在全球市场与劲量公司展开竞争。

市面上容易买到的干电池AA(AAA)主要有碳性电池和碱性电池,无论是在大型超市还是小杂货店都很容易买到。镍氢充电电池比较少见,但还是有的。那么,这几种电池到底有什么区别,又该如何选择合适的电池呢?下面我们就分别介绍一下这三种电池。

1.碳性电池

碳性电池,学名是中性锌二氧化锰干电池(zinc-dry),最简单的辨别方法:电池皮上的型号为R6+后缀(5号)/R03+后缀(7号),就是这一类型的电池,后缀S代表普通、P代表高功率、C代表高容量等等。碳性电池放电功率很低,放电容量也很低,所以只适合用在耗电量不大的电器上,比如钟表、遥控器等。另外碳性电池的负极就是电池外壳,放电完毕之后,电解液常常会因外壳破裂而漏出,损坏用电设备。最大的优点就是价格低廉,市面上的单价往往不到一块钱,甚至不到五毛钱(当然质量好呵呵)。

2.碱性电池

碱性电池又称碱性干电池、碱性锌锰电池、碱性锰电池,是目前商用锌锰干电池系列中性能最好的品种。碱性电池的型号为LR6(5号)/LR03(7号),前缀L代表碱性(一个“L”)。当然,数字后面也可能有后缀,但并不常见。碱性电池采用电解二氧化锰制成环状正极,用锌粉和添加剂配置的锌糊作为负极。由于电解液导电性强,正负极材料的表面积远优于碳电池,在强碱性条件下促进锌锰体系的电化学反应,因此碱性电池的输出功率和容量远优于碳电池。与碳电池相比,碱性电池更适合功率较大的电器。 但是随着数码科技的发展,很多电器都是耗电大户,比如高亮度LED手电筒、手电筒等,这些电器很容易产生电流,普通的碱性电池不一定能应付得了。大家最熟悉的碱性电池应该是南孚、双鹿、金霸王、555、麦克赛尔、GP等等。

碳性电池和碱性电池的漏液问题一直是让消费者头疼的问题。碳性电池不用多说,其外壳是利用放电过程中不断消耗的负极锌作为外壳,这也就意味着在放电后期,外壳很有可能破裂漏液,毕竟反应不一定发生得那么均匀。

碱性电池虽然采用的是密封的电池结构,但是碱性溶液有一种特性叫润湿性,在金属表面有特别强的吸附能力。这就造成了所谓的爬碱现象。大家也可以在家做一个模拟实验。找一根不锈钢筷子之类的东西,垂直插入到浓苏打灰水溶液中。结果苏打灰固体会顺着金属筷子一路往上爬。这种现象其实是由于吸附在金属表面的液面上方的苏打灰溶液中的水分蒸发,造成了浓度梯度,导致下方的苏打灰溶液被“吸”起来蒸发。碱性电池中也时常会出现这种情况,也就是我们常说的电池漏液。漏液并不可怕,主要腐蚀昂贵的电器。电解液泄漏,如下图所示

此外,碱性电池在过度放电时,负极会产生氢气,电池内压升高,为了防止电池爆炸,负极处的泄压阀会打开,同时气体会泄漏。电池漏液是一件很普遍也很烦人的事情,轻则电极腐蚀影响接触,重则电路板腐蚀,昂贵的电器报废。因此,电池的一个重要改进目标一直是防止漏液。

3. 镍氢充电电池

其实镍氢电池不是那么容易买到的。我经常去金陵市鼓楼区的商场超市,只发现两家店有卖镍氢充电电池,而且每家店只有一种镍氢电池可供选择。原因在于对于普通用户来说,镍氢电池需要同时配合充电器使用,单次投资过大,对于使用强度不高的用户来说并不划算。镍氢电池的正极是氢氧化镍,负极是储氢合金。镍氢电池的输出电压比锌锰干电池稳定,输出功率也远大于锌锰干电池。但是镍氢电池的自放电比锌锰干电池要大,即使在自放电小的用电设备中使用也不例外。 这对于强度不大、长时间使用的电器设备来说,会明显降低电池的有效容量。另外,镍氢电池的容量(2000-)本来就略低于碱性电池在小电流放电下的容量(2500-)。因此,如果将镍氢电池用于钟表等电器中,使用时间往往低于碱性电池,也容易造成镍氢电池过放电而损坏电器设备。

4.新一代干电池:锂铁电池

锂铁干电池,全名锂二硫化铁干电池。由于这种电池采用了全新的内部材料,并具有诸多特点,因此常被业界称为第三代干电池。与1949年就已存在的碱性电池相比,锂铁电池的出现的确非常新颖。正极二硫化铁在放电时的反应可逆性较窄,因此这种特殊的电池并不适合发展成可充电电池。而采用不利于充电但容量较高的锂金属作为负极,可以增加可用容量。这使得这种电池非常适合一次性电池应用,是继碳电池和碱性电池之后的最佳替代品。由于锂和水反应剧烈,因此锂铁电池的电解液采用含锂盐的有机溶剂,而非水溶液。与碳电池和碱性电池相比,这种新型锂铁电池消除了材料漏液的风险。 同等体积的锂铁二硫化电池重量只有碱性电池的一半,但总放电能量却比碱性电池高25%以上,具有明确的放电电压平台(约1.45V),因此锂铁电池的放电电压比碱性电池稳定,放电功率明显高于碱性电池,特别适合在重负载场合使用,如手电筒、电动工具、电动牙刷、成人玩具、儿童玩具等。同时,与碱性电池相比,它的漏电率和自放电率较低,因此在小功率用电器中使用也具有一定的优势。但制约其普及的最大因素是生产成本较高,电池单价可比碱性电池高出100%以上。

锂铁电池除了内部材料和碳性电池、碱性电池有本质区别外,在生产工艺上也完全不同,下面就来了解一下锂铁电池的详细诞生过程。

上图为锂铁电池正极的原材料:二硫化铁粉末。

在干燥区,电池极片经过搅拌之后会进入干燥区进行干燥,使得浆料能够完美的吸附在极片上。

这一大块是铝箔,负极的原材料需要完美地吸附在上面。

存储的电极将被切成碎片并附上标签。

而锂铁电池有三层安全阀,分别防爆、防漏、防短路,看上去非常安全。

注入电解液之前的锂铁电池正极。

这是即将注入的特殊配制的电解质!

当然,每个电池都会被抽样进行体检。准备好对各种电池进行肺部扫描吧!电池数量多得像在选糖一样。这是一台专门用来对电池进行X光检查的机器。

主要给大家展示一下碱性电池和锂铁电池在结构上的不同,通过x-ray让我们看看电池内部是什么样子的。

没想到电池的X光片能拍得这么清楚,明白了吗?看得出区别吗?

(图片来自知乎)

如图2,碱性电池的内部结构。简单来说,大部分碱性电池都是锌锰电池,里面填充的材料是水性电解液。下面是即将拆开的锂铁电池。警告:不要随便拆开电池!里面的电解液是会腐蚀皮肤的化学物质。

这个宝宝只有在专业人士的帮助下才能自信地抱起。

可以看到,奈实锂铁电池内部也呈现卷绕结构。

锂铁电池的结构图我该怎么描述呢?给我的感觉是看不懂,但是感觉很厉害,那四个字我不想说。

通过对一次性电池历史的回顾,以及暴力拆解、x光分析,我们对碳性电池、碱性电池、铁锂电池有了清晰的认识,也知道了三者的本质区别。这三类电池各有优势,相比第一代碳性电池、第二代碱性电池,第三代铁锂电池的优势更加明显。其中,最为突出的性能优势有:完全兼容1.5V电源平台设备;特别适合大电流放电;电量充足,其实际放电量超过市面上所有民用一次电池;使用温度范围比其他一次电池宽得多,低温性能优异,可在-40℃至60℃的环境下使用;体积小、重量轻、防漏液;自放电低,可存放长达10年;不含对环境有害的物质,无汞、无铬,真正从原材料开始就实现零污染。 正是基于以上优点,锂铁电池在业界常被称为继碳性电池、碱性电池之后的第三代一次电池,是目前最理想的一次性电池替代品,并成为许多国家地震、战时应急包中的必备物品。

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