首先,先讓我們來回顧一下電池的發(fā)展史。1836年,丹尼爾電池誕生(鋅銅原電池,現(xiàn)在早就不用了);1859年,鉛酸電池發(fā)明,一直到今天還是非常常用;1878年,法國(guó)的L.梅謝在鋅錳電池中用含鉑的多孔性炭電極代替二氧化錳炭包,開發(fā)了鋅空氣干電池的技術(shù);1883年,氧化銀電池發(fā)明(如今常用于手表用1.55V紐扣電池,另有大型化電池組用于衛(wèi)星、潛艇等高大上的地方)。 1888年,鋅錳干電池開始實(shí)現(xiàn)商品化; 1899年,鎳鎘、鎳鐵電池被發(fā)明,這使得鎳正極材料體系的電池開始進(jìn)入人們視野,并延續(xù)至今日的鎳系電池家族(鎳鎘、鎳氫、鎳鋅等); 20世紀(jì)初期,電池理論和技術(shù)發(fā)展一度陷入停滯。直到第二次世界大戰(zhàn)之后,電池技術(shù)才有了新的重大發(fā)展; 1947年,實(shí)現(xiàn)了鎳鎘電池的密封化,使鎳鎘干電池成為可能; 1949年,勁量開發(fā)出小型化堿性鋅錳干電池,使一次性電池的容量和放電功率都大大提高; 1958年,Harris提出了采用有機(jī)電解液作為鋰一次電池的電解質(zhì),這帶來多種一次性鋰電池的實(shí)用化,包括鋰二氧化錳電池(電腦主板電池)、鋰亞硫酰氯電池(例如水表上用的ER14505)以及鋰-二硫化鐵電池,就是常說的鋰鐵電池; 1988年,南孚創(chuàng)辦,開創(chuàng)國(guó)產(chǎn)品牌逆襲外資電池先河,目前已經(jīng)躋身世界五大堿性電池生產(chǎn)商之一; 2009年,耐時(shí)掌握鋰鐵電池核心知識(shí)產(chǎn)權(quán),實(shí)現(xiàn)全面國(guó)產(chǎn)化,在全球市場(chǎng)與勁量一較高下。 市面上容易購(gòu)買到的干電池AA(AAA)主要是碳性電池和堿性電池,不論大超市還是小雜貨店都容易購(gòu)買。鎳氫充電電池則相對(duì)少見的多,不過也還算能買到。那么,這幾種電池區(qū)別在哪,又如何正確選擇電池呢?下面我們就分別介紹這三種電池。 一、碳性電池 碳性電池,學(xué)名是中性鋅-二氧化錳干電池(zinc-manganese dry battery),最簡(jiǎn)單的識(shí)別方法:電池皮上型號(hào)為R6+后綴(五號(hào))/R03+后綴(七號(hào)),就是此類電池,后綴S表示普通,P表示高功率,C表示高容量等等。碳性電池放電功率很低,放電容量也很拙計(jì),所以只適合用于低耗電電器,如鐘表、遙控器等。 另外,碳性電池的負(fù)極就是電池外殼,放電完畢后常常由于外殼破裂而發(fā)生電解液泄露,損壞用電設(shè)備。最大的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)錢便宜,市面上單價(jià)常常低于一元,甚至有低于5角的(當(dāng)然質(zhì)量就呵呵了)。 二、堿性電池 堿性電池亦稱為堿性干電池、堿性鋅錳電池、堿錳電池,是目前商品化的鋅錳干電池系列中性能最好的品種。堿性電池的型號(hào)是LR6(五號(hào))/LR03(七號(hào)),前綴L代表堿性(a”L”kaline)。當(dāng)然可能在數(shù)字后面還有后綴,但是不常見。堿性電池采用電解二氧化錳制作環(huán)形正極,鋅粉和添加劑配置的鋅膏作為負(fù)極。由于電解液導(dǎo)電性強(qiáng),正負(fù)極材料表面積大大優(yōu)于碳性電池,以及強(qiáng)堿性條件下對(duì)鋅-錳體系電化學(xué)反應(yīng)的促進(jìn)作用,使堿性電池的輸出功率和容量都遠(yuǎn)勝于碳性電池。堿性電池相比于碳性電池更適合于較大功率的用電器,不過隨著數(shù)碼技術(shù)的發(fā)展,很多用電器堪稱電老虎,比如高亮度LED手電筒、閃光燈等。這些用電器電流動(dòng)輒就上1500mA的,一般堿性電池恐怕也難堪大任。大家最熟悉的堿性電池應(yīng)該是南孚、雙鹿、金霸王、555、麥克賽爾、GP等。 碳性和堿性電池的漏液?jiǎn)栴}一直是消費(fèi)者頭疼的問題。碳性電池自不必說,用放電過程不斷消耗的負(fù)極鋅兼做外殼,就決定了放電后期外殼很可能破裂漏液,畢竟反應(yīng)嘛,不一定那么均勻的發(fā)生。 雖然堿性電池采用了密封的電池結(jié)構(gòu),但是堿液有個(gè)特點(diǎn),叫做浸潤(rùn)性,對(duì)金屬表面吸附能力特強(qiáng)。這造成所謂爬堿現(xiàn)象。在家也能做做模擬實(shí)驗(yàn),找個(gè)不銹鋼筷子之類的,垂直插入較濃的純堿水溶液。結(jié)果純堿固體會(huì)沿著金屬筷子一路向上爬。這個(gè)現(xiàn)象實(shí)際上是由于吸附在金屬表面,處于液面以上的純堿溶液水分蒸發(fā)造成濃度梯度,而使下面的純堿溶液被“吸”上來蒸發(fā)掉。這在堿性電池里頭也時(shí)有發(fā)生,也就是我們常說的的電池漏液現(xiàn)象,漏液并不可怕,主要是腐蝕到昂貴的用電器。電解液泄漏,如下圖 此外,堿性電池過度放電下負(fù)極產(chǎn)生氫氣,電池內(nèi)壓升高,為了避免電池爆炸,位于負(fù)極泄壓閥會(huì)打開,排氣同時(shí)當(dāng)然也就漏液了。電池漏液是件喜聞樂見又無比蛋疼的事。輕則腐蝕電極影響接觸,重則腐蝕電路板昂貴用電器報(bào)廢。所以,一直以來,電池的一個(gè)重要的改進(jìn)目標(biāo)就是沒有漏液。 三、鎳氫充電電池 其實(shí)鎳氫電池并不是那么好買的。吾常于金陵城鼓樓區(qū)內(nèi)逛遍商場(chǎng)超市,只找到兩家出售鎳氫充電電池,而且每家都只有一種鎳氫電池可選。原因嘛,對(duì)于一般用戶而言,鎳氫電池需要配合充電器同時(shí)使用,單次投入過大,對(duì)于低強(qiáng)度使用的用戶而言并不劃算。鎳氫電池正極是鎳的氫氧化物,負(fù)極是儲(chǔ)氫合金。鎳氫電池輸出電壓較鋅錳干電池更穩(wěn)定,輸出功率更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出鋅錳干電池。不過,鎳氫電池自放電高于鋅錳干電池,即使是使用在低自放電的用電設(shè)備中也高于鋅錳干電池。這對(duì)于低強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間使用的用電設(shè)備來說,會(huì)顯著降低電池的有效容量。另外,鎳氫電池的容量(2000-2500mAh)本來就略低于堿性電池低電流放電下的容量(2500-3000mAh),因此 若將鎳氫電池用于鐘表等用電器中,使用時(shí)間常常低于堿性電池,還容易造成鎳氫電池過放電而損害用電設(shè)備的情況。 四、新一代干電池:鋰鐵電池 鋰鐵干電池,全稱鋰-二硫化鐵干電池。由于這種電池采用了全新的內(nèi)部材料,具備多種特性,常常被業(yè)界稱為第三代干電池。相較于1949年就有的堿性電池而言,鋰鐵電池的出現(xiàn)確實(shí)十分新穎。正極二硫化鐵在放電中發(fā)生的反應(yīng)可逆性較窄,因此這種特殊電池用于開發(fā)成為充電電池并不適當(dāng),而搭配使用不利于充電但容量較高的鋰金屬作為負(fù)極,便可提高可用容量。這使得這種電池十分適用于一次性電池應(yīng)用,是碳性電池和堿性電池后的最佳替代方案。由于鋰和水會(huì)產(chǎn)生劇烈反應(yīng)的緣故,鋰鐵電池電解液采用的是含鋰鹽的有機(jī)溶劑而非水溶液,相對(duì)于碳性電池和堿性電池而言,這種新型的鋰鐵電池就從材料上杜絕了漏液的風(fēng)險(xiǎn)。同尺寸鋰-二硫化鐵電池的重量只有堿性電池一半,而放電總能量卻比堿性電池高出25%以上。具有明顯放電電壓平臺(tái)(大約1.45V),因此相比堿性電池而言鋰鐵電池放電電壓更穩(wěn)定。放電功率顯著高于堿性電池。特別適合在重負(fù)載場(chǎng)合使用,如閃光燈、電動(dòng)工具、電動(dòng)牙刷、成人玩具、兒童玩具的使用中。同時(shí)相比于堿性電池,其漏液率和自放電都更低,因此用于低功率的用電器同樣具有一定的優(yōu)勢(shì),但是制約其普及的最大因素是制作成本較高,電池單價(jià)可高出堿性電池100%以上。 鋰鐵電池除了在內(nèi)部材料上跟碳性、堿性電池有著本質(zhì)區(qū)別,在生產(chǎn)工藝上也完全不同,下面是鋰鐵電池的詳細(xì)誕生過程。 上圖就是鋰鐵電池正極的原材料:二硫化鐵粉末。 烘干區(qū),電池的極片在經(jīng)歷過攪拌后,會(huì)在烘干區(qū)烘干,讓原漿完美吸附在極片上。 這一大塊是鋁箔,負(fù)極的原材料就是需要完美吸附在它的上面。 儲(chǔ)存好的極片會(huì)被切割成一片片,并點(diǎn)上極耳。 鋰鐵電池三層安全閥門,防爆,防漏,防短路,很安全的樣子。 鋰鐵電池的正極,還沒有注入電解液前的樣子。 這就是馬上要注入特別調(diào)配的電解液咯! 當(dāng)然啦,每顆電池也會(huì)抽樣做身體檢查。準(zhǔn)備給各式各樣的電池照肺啦!好多電池,好像在選糖。這個(gè)是專門給電池照x光的機(jī)器 x-ray。 主要是想給大家展示一下,堿性電池和鋰鐵電池從結(jié)構(gòu)上的不同,透過x-ray,讓我們看看電池內(nèi)部長(zhǎng)什么樣。 沒想到電池的x光照片也能看得這么清楚。所以大家有看懂么?能看出區(qū)別么? (圖片來自知乎) 如圖所示2就是堿性電池內(nèi)部結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)單來講堿性電池大多數(shù)為鋅錳電池,內(nèi)部填充的物質(zhì)為水劑電解液。下面是鋰鐵電池即將被打開的樣子。警示:大家平時(shí)不可以隨便打開電池喲!里面的電解液都是化學(xué)物質(zhì),會(huì)腐蝕皮膚的。 本寶寶是在專業(yè)人員的協(xié)助下,才敢放心hold住的。 可以看到耐時(shí)鋰鐵電池的內(nèi)部也是卷繞式的結(jié)構(gòu)。 鋰鐵電池的結(jié)構(gòu)圖,怎么說呢,是不是有一種深深的雖然看不明白,但又覺得很厲害的感覺。我偏不說那4個(gè)字。 通過對(duì)一次性電池的歷史回顧,以及暴力拆解、x-ray剖析,讓我們對(duì)碳性電池、堿性電池、鋰鐵電池三者有了清晰了解,以及三者之間的本質(zhì)區(qū)分。這三類電池,可謂各有優(yōu)勢(shì),較第一代碳性和第二代堿性電池而言,第三代鋰鐵電池優(yōu)勢(shì)更為明顯。其中最為突出的性能優(yōu)勢(shì):能夠完全兼容1.5V用電平臺(tái)設(shè)備;特別適用于大電流放電;電量充足,其實(shí)際放電容量超過市面上在售的所有民用一次電池;溫度范圍比其他一次電池寬廣得多,低溫性能優(yōu)異,可用在-40℃至60℃環(huán)境下;體積小、重量輕、防漏液;自放電低,可貯存長(zhǎng)達(dá)10年;不含對(duì)環(huán)境有害的材料,無汞無鉻從原材料上實(shí)現(xiàn)真正的零污染。正是基于以上優(yōu)點(diǎn),鋰鐵電池常常被業(yè)內(nèi)稱為繼碳性電池、堿性電池后的第三代一次電池,是目前一次性電池最理想的替代方案,更成為眾多國(guó)家地震和戰(zhàn)時(shí)應(yīng)急包里的必備品。
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