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問題提出 車模換幾代了，電池什么時候換？ 可能前十年前鎳鎘電池相對鋰電池更還有那么點兒價格優(yōu)勢，但現(xiàn)在看來鎳鎘電池和鋰電池相比完全沒什么優(yōu)點。平常調(diào)車時用過四節(jié)18650兩串兩并代替標(biāo)配鎳鎘電池。鎳鎘電池？這輩子都不可能再用鎳鎘電池了，自己又買不起。 18650封裝的鋰電池 | 網(wǎng)絡(luò)插圖 只有鋰電池這種東西，拆個舊充電寶就能做出來一塊的樣子。用鋰電池的感覺就像飛了一樣，我一年調(diào)車，比賽前一晚上我都不用鎳鎘電池，也就比賽當(dāng)天，才用用鎳鎘電池的樣子。 用鋰電池的感覺，比用鎳鎘電池爽多了。用鎳鎘電池充電特別慢，快沒電時車跟爬的一樣，用了鋰電池車一個個跑的我追都追不上，還特別耐用，超喜歡用鋰電池。 鋰電池 | 網(wǎng)絡(luò)插圖 那么請問卓大大，官方什么時候推出鋰電池啊？ 基本原理 “鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰離子電池具有重量輕、容量大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，因而得到了普遍應(yīng)用。 手工拆卸18650封裝的鋰電池 1970年，?？松腗.S.Whittingham采用硫化鈦作為正極材料，金屬鋰作為負(fù)極材料，制成首個鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負(fù)極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓，不需充電。鋰離子電池(Li-ion Batteries)是鋰電池發(fā)展而來。 鋰電池內(nèi)部的石墨和金屬鋰薄膜 鋰電池的基本化學(xué)原理，可以很方便在網(wǎng)絡(luò)上找到，在這里就不累述了。 根據(jù)放電性能鋰電池分普通倍率和高倍率兩種。普通倍率的鋰電池放電電流不超過其容量的3兩倍，也就是2C。假設(shè)你的電池容量是2200mA.其最大放電電流不能超過4400mA。 高倍率電池看其電池上是標(biāo)的多少C，此類電池主要是靠犧牲容量來提高放電電流。如果是10C，其容量1300MAH,那最大放電電流就是13A. 普通的18650封裝的鋰電池 常見的鋰電池的封裝為18650，即直徑18毫米，長65毫米。這比普通5號電池大一些。普通倍率的鋰電池的容量大，可以在3000~4000mAH，價格較便宜。高倍率的鋰電池容量較小，相對較高。用于智能車模競賽的鋰電池則需要高倍率的鋰電池。 不同放電倍率、不同容量的18650鋰電池 分析問題 前面同學(xué)提出未來的智能車競賽是否可以使用鋰電池替代之前的鎳鎘電池。普通的單節(jié)鋰電池電壓為3.7V，使用兩節(jié)串聯(lián)則可以達(dá)到之前競賽所使用的鎳鎘電池端口電壓。如果采用高倍率放電的鋰電池，其放電速率也可以接近鎳鎘電池放電大小。再隨著環(huán)保要求，鎳鎘電池禁止生產(chǎn)，因此將鋰電池用于智能車比賽應(yīng)該成為趨勢。 相比于鎳鎘電池，在使用鋰電池方面需要注意一下幾個問題： 1、安全問題 由于鋰電池的能量密度大，鋰元素比較活潑。因此如果使用不當(dāng)，鋰電池會產(chǎn)生爆燃或者爆炸，對于設(shè)備和人身產(chǎn)生危害。 電腦中的鋰電池爆炸 鋰電池爆炸的原因主要包括以下幾種： (1) 內(nèi)部短路。這種情況往往是電池受到擠壓，或者尖銳物體刺穿封裝造成內(nèi)部疊層結(jié)構(gòu)短路引起內(nèi)部短路放電，引起電池溫度急劇上升。 鋰電池穿刺實驗 (2) 過充電。如果電池在充電過程中沒有進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)充電電壓超過了最高限制（單節(jié)電池最高充電電壓為4.2V）時，電能就會轉(zhuǎn)換成熱能，從而引起電池內(nèi)部溫度過高。 單節(jié)鋰電池在12V充電電壓下的爆炸 (3) 外部短路。由于電池本身的內(nèi)阻，使得電池中的電能轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的熱能，從而引起內(nèi)部高溫。超過一定溫度后，也同時引起內(nèi)部短路，造成電池的爆燃。 外部短路的鋰電池爆炸 如果使用正當(dāng)?shù)某潆妳^(qū)，或者帶有保護(hù)電路的鋰電池，則可以有效避免上述的危險。 2. 電池真?zhèn)?/strong> 在網(wǎng)絡(luò)上銷售的各種18650電池中，質(zhì)量良莠不齊。從而使得電池的容量、安全性、壽命都會受到影響。除了注意到不同的廠家品牌之外，還可以通過測量來檢查電池的好壞。 (1) 電池的容量主要是由其內(nèi)部鋰（或者鋰離子）物質(zhì)決定，這部分也是電池的主要成本。同樣的封裝，實際容量大的電池，重量往往比較大，比如大于45克，而一些假冒電池，則為了節(jié)省材料成本，則相應(yīng)的電池重量輕。
不同品牌鋰電池的重量相差很大 (2) 電池內(nèi)阻和放電速率。好的電池內(nèi)阻比較小，在相同的放電電流下，端口電壓降低小。反之，質(zhì)量不好的電池，則內(nèi)阻增加，充電壽命減少。
不同鋰電池的端口電壓不同 這一點也可以通過電池在大流量放電下，其溫度的升高程度來感知。 3. 電池成本 在相同的容量下，鋰電池的價格比起之前的鎳鎘電池還是要高一些。特別是對于放電倍率高的動力鋰電池，更是如此。如果再加上一些保護(hù)板，往往鋰電池的價格比起原來的鎳鎘電池高2~4倍。 可以通過自制保護(hù)板，節(jié)省電池中的保護(hù)電路的成本。也可以通過廢物循環(huán)利用，將一些別的電器中廢舊的鋰電池通過重新組裝形成可用的動力電池。 驗證實驗 實驗1：測量電池的內(nèi)阻
鋰電池放電是的端口電壓與放電電流 如下是三塊鋰電池。具有不同的容量。其中兩塊3.7V的電池是低倍率放電普通電池，7.4V的電池是高倍率放電鋰電池。 這些電池內(nèi)部都帶有保護(hù)電路板，對于過沖以及外部短路都能夠很好的保護(hù)電池，防止電池?fù)p毀。
三種不同容量的鋰電池 使用電子負(fù)載以及聯(lián)網(wǎng)的萬用表，測量上述三塊電池在不同的輸出電流下的端口電壓，具體數(shù)據(jù)如下圖所示：
鋰電池放電電壓與電流曲線 按照前面公式可以分別計算出三種電池的內(nèi)阻。它們分別是： Rsmall = 0.22 歐姆 Rmedium = 0.15 歐姆 Rlarge = 0.12 歐姆 其中對應(yīng)高倍率放電的鋰電池的內(nèi)阻最小。 實驗2：電池短路實驗 鋰電池輸出短路可能會引起電池爆炸。普通的18650鋰電池內(nèi)部不帶有保護(hù)電路，所以在使用過程中需要盡可能避免其輸出短路。 現(xiàn)在電池的封裝設(shè)計中，為了避免電池短路爆炸，專門設(shè)置量破裂口，使得電池在過熱的情況下不會爆炸。下面實驗結(jié)果顯示，直接使用導(dǎo)線將電池輸出短路，也僅僅引起電池過熱，以及釋放氣體，并不出現(xiàn)帶有火光的爆炸現(xiàn)象。
18650鋰電池外部短路實驗 現(xiàn)在的鋰電池相對比較安全一些了。 拓展討論 雖說現(xiàn)在的鋰電池相對安全了，但還是需要在使用過程中注意規(guī)范，防止危險發(fā)生，或者降低電池使用壽命。下面動圖顯示了一些網(wǎng)絡(luò)上別人做的鋰電池破壞性實驗場景?？催^這些場面，也許會提醒鋰電池的使用者時時刻刻注意安全。 場景1：一個大熊孩子使用射釘槍在鋰電池組上打孔。大家千萬別做這樣的啥事。
場景2：這是另外一個認(rèn)真的熊孩子在18650鋰電池上使用木螺絲釘鉆孔。
場景3： 使用紅外攝像機(jī)拍攝鋰電池在大電流放電情況下的溫度變化。
場景4：使用火焰槍燃燒鋰電池。這應(yīng)該是電子實驗中最壯麗的場面了。
場景5：這是我唯一喜歡看的一個實驗。直接將鋰電池內(nèi)部金屬鋰薄膜放在水碗里。金屬鋰瞬間與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，燃燒起來。
在從另外一個角度看一下這個過程。
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