充電式電動工具的鋰電池(18650)特性

充電式電動工具的鋰電池特性 目前市面所有充電式的電動工具較為有競爭力的應該是屬鋰電池的新產品；而消費者所得知 的訊息大多數是說鋰電池是沒有記憶效應！鋰電池壽命也比鎳鎘、鎳氫電池來得長！重量也輕！加上環 保的訴求！現在鋰電池的充電式的工具將會是未來電動工具市場的主力。 不過其實現在的各大工具製造商的產品研發對目前鋰電池並不滿意！因為委託開發的電池管理的PCB機 能還有一些盲點無法克服！如鋰電池最大致命傷就是過度放電；基本市面上所有電動工具可以充電的電 池都會因過度放電導致不良損毀！ 為什麼會導致過度放電？待續。。。。。。。。 目前A123鋰電池是鋰電池市場中表現是最優異的電池無論是壽命、容量及出力與快速充電速度的性能都是相當適合運用於高扭力的充電工具；從一些專業報導有關A123鋰電池的為來發展是相當可觀的！ 鋰鐵動力電池簡介(網路摘錄) 自鋰離子電池問世以來，圍繞它的研究、開發工作一直不斷地進行著，上世紀90年代末又開發出鋰聚物電池，2002年後則推出鋰鐵動力電池。 鋰離子電池內部主要由正極、負極、電解質及隔膜組成。正、負極及電解質材料不同及工藝上的差異使電池有不同的性能，並且有不同的名稱。目前市場上的鋰離子電池正極材料主要是氧化鈷鋰（LiCoO2），另外還有少數採用氧化錳鋰(LiMn2O4)及氧化鎳鋰(LiNiO2)作正極材料的鋰離子電池，一般將後兩種正極材料的鋰離子電池稱為“鋰錳電池”及“鋰鎳電池”。新開發的鋰鐵動力電池是用磷酸鐵鋰（LiFePO4）材料作電池正極的鋰離子離子電池，它是鋰離子電池家族的新成員。 一般鋰離子電池的電解質是液體的，後來開發出固態及凝膠型聚合物電解質，則稱這種鋰離子電池為鋰聚合物電池，其性能優於液體電解質的鋰離子電池。 採用LiFePO4材料作正極的意義 目前用作鋰離子電池的正極材料主要有：LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2及LiFePO4。這些組成電池正極材料的金屬元素中，鈷（Co）最貴，並且存儲量不多，鎳（Ni）、錳（Mn）較便宜，而鐵（Fe）最便宜。正極材料的價格也與這些金屬的價格行情一致。因此，採用LiFePO4正極材料做成的鋰離子電池應是最便宜的。它的另一個特點是對環境無污染。 作為可充電電池的要求是：容量高、輸出電壓高、良好的充放電迴圈性能、輸出電壓穩定、能大電流充放電、電化學穩定性能、使用中安全（不會因過充電、過放電及短路等操作不當而引起燃燒或爆炸）、工作溫度範圍寬、無毒或少毒、對環境無污染。採用LiFePO4作正極的鋰鐵電池在這些性能要求上都不錯，特別在大放電率放電（5～10C放電）、放電電壓平穩上、安全上（不燃燒、不爆炸）、壽命上（迴圈次數）、對環境無污染上，它是最好的，是目前最好的大電流輸出動力電池。 LiFePO4電池的結構與工作原理 LiFePO4電池的內部結構如圖1所示。左邊是橄欖石結構的LiFePO4作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是 典型的放電特性及壽命 一種型號為STL18650的鋰鐵動力電池（容量為1100mAh）在不同的放電率時其放電特性如下圖所示。最小的放電率為0.5C，最大的放電率為10C，五種不同的放電率形成一組放電曲線。由圖2中可看出，不管哪一種放電率，其放電過程中電壓是很平坦的（即放電電壓平穩，基本保持不變），只有快到終止放電電壓時，曲線才向下彎曲（放電量達到800mAh以後才出現向下彎曲）。在0.5～10C的放電率範圍內，輸出電壓大部分在2.7～3.2V範圍內變化。這說明該電池有很好的放電特性。 容量為1000mAh的STL18650在不同的溫度條件下（從-20～+40℃）的放電曲線如圖3所示。如果在23℃時放電容量為100%，則在0℃時的放電容量降為78%，而在-20℃時降到65%，在+40℃放電時其放電容量略大於100%。 從下圖中可看出，STL18650鋰鐵電池可以在-20℃下工作，但輸出能量要降低35%左右。 過放電到零電壓試驗 採用STL18650（1100mAh）的鋰鐵動力電池做過放電到零電壓試驗。試驗條件：用0.5C充電率將1100mAh的STL18650電池充滿，然後用1.0C放電率放電到電池電壓為0C。再將放到0V的電池分兩組：一組存放7天，另一組存放30天；存放到期後再用0.5C充電率充滿，然後用1.0C放電。最後比較兩種零電壓存放期不同的差別。 試驗的結果是，零電壓存放7天後電池無洩漏，性能良好，容量為100%；存放30天後，無洩漏、性能良好，容量為98%；存放30天後的電池再做3次充放電迴圈，容量又恢復到100%。 這試驗說明該電池即使出現過放電（甚至到0V），並存放一定時間，電池也不洩漏、損壞。這是其他種類鋰離子電池不具有的特性。 磷酸鐵鋰電池的特點 通過上述介紹，LiFePO4電池可歸納下述特點。 1. 高效率輸出：標準放電為2～5C、連續高電流放電可達10C，瞬間脈衝放電（10S）可達20C； 2. 高溫時性能良好：工作環境外部溫度65℃時內部溫度將高達95℃，電池放電結束時溫度可達160℃，電池的結構安全、完好； 3. 即使電池內部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好； 4. 極好的迴圈壽命，經500次迴圈，其放電容量仍大於95%； 5. 過放電到零伏也無損壞； 6. 可快速充電； 7. 低成本； 8. 對環境無污染。 鋰鐵動力電池的應用 由於鋰鐵動力電池具有上述特點，並且生產出各種不同容量的電池，很快得到廣泛地應用。它主要應用領域有： 1. 大型電動車輛：公交車、電動汽車、景點遊覽車及混合動力車等； 2. 輕型電動車：電動自行車、高爾夫球車、小型電動滑板車、堆高機、清潔車、電動輪椅等； 3. 電動工具：電鑽、電鋸、割草機等； 4. 遙控汽車、船、飛機等玩具； 5. 太陽能及風力發電的儲能設備； 6. UPS及緊急照急照急照明燈、警示燈及礦燈(安全性最好)； 7. 替代照相機中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池（尺寸完全相同）； 8. 小型醫療儀器設備及攜帶型儀器等。 這裏舉一個用鋰鐵動力電池替代鉛酸電池的應用實例。採用36V/10Ah(360Wh)的鉛酸電池，其重量12kg，充一次電可行走約50km，充電次數約100次，使用時間約1年。若採用鋰鐵動力電池，採用同樣的360Wh能量（12個10Ah電池串聯組成），其重量約4kg，充電一次可行走80km左右，充電次數可達1000次，使用壽命可達3～5年。雖然說鋰鐵動力電池的價格較鉛酸電池高得多，但總的經濟效果還是採用鋰鐵動力電池更好，並且在使用上更輕便。 小型鋰鐵動力電池 小型鋰鐵動力電池是標準的，有圓柱形及長方形。如圓柱型的型號有18650、26650等。型號中前兩位是表示直徑，後兩位或三位元表示高度（單位為mm），即18650的尺寸的直徑為18，高度為65。長方形的型號有103450R、183665R等。其前兩位是電池的厚度、中間兩位是電池的寬度，後兩位是電池的長度（單位為mm）。電池生產工廠往往在型號前加三個英文字母作廠標，例如型號為×××18650。