锂亚硫酰氯电池(锂亚电池)知识大全

2020-09-16 09:53:42 深圳市创新易电子科技有限公司

1、什么是锂亚硫酰氯电池

标称电压为3.6V,以金属锂为负极,以亚硫酰氯为正极,采用无机电解液的锂原电池称为锂-亚硫酰氯电池。

2、产品分类

2.1  按电池工作特性分为

容量型(后缀符号缺省)

功率型(后缀符号为M)

高温型(后缀符号为S)

2.2  型号说明

纽扣电池

2.3标注示例

ER14505M 表示为电池高度为50.5mm、直径为14mm的功率型圆柱形锂-亚硫酰氯电池。

2.4  主要规格型号

    容量型:ER13150、ER14250、ER14335、ER14505、ER17505、ER18505、ER26500、ER34615、ER341245;

    功率型:ER14250M、ER14335M、ER14505M、ER17335M、ER17505M、ER26500M、ER18505M、ER34615M

    高温型:ER13150S、ER14250S、ER14505S、ER26500S、ER34615S

3、电池结构

3.1  功率型电池的结构及材料:电池的正极材料是碳,负极材料是金属锂,电解液是亚硫酰氯,用玻璃纤维隔膜将正负极隔开。电池的结构为卷绕式。结构简图如下。

纽扣电池

3.2容量型电池的结构及材料:电池的正极材料是碳,负极材料是金属锂,电解液是亚硫酰氯,用玻璃纤维隔膜将正负极隔开。电池的结构为碳包式。结构简图如下。

纽扣电池

4、 电池特性: 

4.1 电池的比能量高达430Wh/kg(1000Wh/dm3),在各种锂电池中是最高的。

4.2 开路电压高,单粒电池高达3.6伏(V);工作电压高,工作电压随负荷变化,通常在3.2~3.6伏(V)之间。

4.3 自放电率低,年自放电率在2%以下;储存寿命长,室温下可储存10~15年。

4.4 使用温度范围宽广,一般使用温度在-55℃~+85℃之间。

4.5工作电压平稳。90%以上的电池容量是在电压几乎不变的高电压平台上输出的。

4.6 一般以微电流连续长时间工作,并能提供中等电流脉冲,工作时间可长达8年。

4.7 电池本身有PTC保护片,电池短路在5S内电流降到<600mA,PTC通过400mA时压降小于0.04V。

5、 电池使用注意事项:

5.1 严禁短路,严禁充电。

5.2 严禁用户自行组合电池。

5.3 严禁过放电、挤压、焚烧或拆卸。

5.4 严禁在允许的温度范围之外使用或加热。

5.5 电池使用至终止电压时,应及时从仪器中取出。

5.6 不得直接在电池表面焊接,应使用预先装有导耳或引线的电池。

5.7 使用过的电池应按照当地环保规定处理,深埋于地下或投入深水中。

以上注意事项应严格遵守,以免电池操作、使用不当,导致电池鼓胀、泄露甚至起火或发生爆炸。

6、 安全警示:

6.1 使用前严格检查外包装,出现包装破损,要查清原因,不得轻易使用。

6.2 电池装机前,检查电池的开路电压、负荷电压以及有效期。

6.3 严禁将不同系列的电池、不同规格的电池混合串联使用。

6.4 不能随意在电池正负极端进行锡焊,在引出片上的锡焊要在几秒钟内完成。

6.5 电池放电至截止电压后,严禁继续使用。

6.6 报废电池的处理:将电池及时放入5%食盐水溶液中浸泡,将剩余电压放至0V,然后集中在指定地点深埋于1米左右的地底下。

7、保护电路:

纽扣电池

8、为什么说锂电池是智能水表专用电池?

8.1 现代电子仪表需用电池做为主电源(IC卡气、水、热表+读数器)

8、为什么锂电池是智能水表专用电池?

8 应用说明

8.1电子仪表中用电池作为主电源(IC卡气、水、热表 + 读数器)和作为记忆后备和实时时钟电源(复费率电表)。

8.2 电子仪表为何使用锂电池?

工作电压超过2V;

工作温度范围宽广;

脉冲放电能力强;

数年的工作寿命内可靠性高;

安全性好;

8.3 当前市场上有4种锂电化学体系:

Li-SOCl2 (LS) , Li-SO2 (LO) , Li-MnO2 (CR) , Li-CFX (BR);

    ABLE能提供其中的3项: Li-SOCl2, Li-SO2,Li-MnO2;

    ABLE为多数仪表推荐使用Li-SOCl2电池;

8.4 为什么是 Li-SOCl2电池? 

高电压及稳定工作电压(开路电压 ≥3.66V ,负载电压≥ 3.2V);

功率型电池具备较大电流脉冲放电优势;

更为宽阔的工作温度范围(-55/85℃);

更高的容量(ER14250≥1.2AH  ER14505≥2.4AH);

更小的自放电,更长的贮存、使用寿命(小于2%,5~15年);

更突出的安全性能(无运输限制,UL认证,符合EN50020“欧洲防爆电气标准”要求);

良好的记录和口碑;

8.5 仪表行业对锂电池应用的要求: 

电池预期寿命;

脉冲时电压响应;

工作温度范围;

安全性;

环境;

旧电池处理;

电池制造商的技术支持;

8.5.1电池预期寿命取决于:

①单体电池中的锂金属数量;

②仪表消耗的电流;

③在储存和使用时“自放电”消耗的容量。

电表常用: ABLE  Li-SOCl2 14250 (1.1Ah、1.2Ah)

水表常用: ABLE  Li-SOCl2 14505 (2.0Ah、2.4Ah)

ABLE  Li-SOCl2 14250 在20℃储存时,年自放电率 < 1%

在45℃储存时自放电率是20℃时的2倍。

8.5.2脉冲时电压响应

Li-SOCl2电池的寿命终点来得十分突然(其内阻的急剧增加),用纯电压读数展望早于5%的早期警告信号是困难的。在有更多鉴别力的电流脉冲条件下,作出电压读数时,10%超前的信号是可能的

8.5.3工作温度范围 

锂电池(一次性)能在宽广的温度范围内贮存和工作,特别是具有玻璃-金属的密封的Li-SOCl2电池,是唯一保证完美密封性和防止电解液损失的方法。

低温下:

取决于密封结构

(Li-SOCl2的气密密封无限制,而Li-MnO2的塑料密封易变脆,造成电液泄漏)

(SOCl2的凝固点为-104℃,因此在-55℃仍然可以工作;而Li-MnO2的有机电解质易凝固,不适合在-20℃以下工作

高温下:

取决于密封结构

(Li-SOCl2电池在120℃保持气密密封,而Li-MnO2的塑料/树脂密封易软化、开裂等)

ABLE Li-SOCl2 储存:-55/+60℃ 工作:-55/+85℃

8.5.4安全性 

安全性意味着在运输、贮存、操作、使用和处理过程中无电解液泄漏,电池泄放、解体(爆炸)或火焰之类不受欢迎的事件出现的能力。 

在运输、贮存中:

a)ABLE  Li-SOCl2电池不受运输限制;

b)以往无生产和运输过程中的不良记录;

在正常使用中:

a) 气密性封装结构保证电池无泄漏;

b)常用的Li-SOCl2电池是碳包式结构,属“低功率”型。万一误操作时,具有很好的安全性(短路时无泄漏、无爆炸,挤压时无爆炸、无起火);

c)符合50020“欧洲防爆电气标准”的要求。

在滥用条件下:

冲击、跌落、振动、撞击 → 无泄漏

挤压、针刺 → 无爆炸、无起火

在20℃下短路 → I max 0.8A T max 85℃ 无泄漏,无爆炸

充电 → OK,如果充分小的/充分短的(UL:MH12609)

加热 → 在85℃以下无泄漏

安全性指南:

a)了解并掌握锂电池的特性,正确使用;

b)不要挤压、充电、拆卸、加热、焚烧或短路;

c)对锂电池的合理保护。

8.6技术支持 

ABLE专攻专业用途,并惯于研究仪表项目

ABLE的经验

仪表项目需要长时间的预备讨论

在项目启动后,最好尽早考虑电池的选择

经常评估仪表电路特性和工作温度条件

仪表行业在设计和使用电池中应注意的事项: 

(1)设计研发或设计人员选择电池应考虑:

a) 工作电流

b) 环境温度

c) 终止电压

d) 预期寿命

(2)检验

检验程序可根据用户而变化,但一般包括:

a) 外观检验

b) 尺寸检验

c) 开路电压检验(检出异常:①零电压 ②低电压 ③高电压;电压表:阻抗≥100kΩ/V,精度≥0.5级)

d) 负载电压检验(检查电池的良好工作和钝化状态)

e) 放电检验(评价电池的容量:C = I×t (mAh) 

(3)贮存

锂原电池的重要建议是简单的:阴凉、通风良好的条件和期限最好不超过3年。在贮存的范围内,应用先进先出的原则(根据打印在外套管上的电池日期码)。

对于锂电池来说,在低温下贮存有助于延长电池的贮存寿命,低温下电池的自放电率大大下降,如-20℃时自放电率低于0.3%, 而高温下贮存电池的自放电率将大大上升,如60℃时将达到7%左右。而且高温下电池的电压滞后现象将会非常严重,而低温下贮存电压滞后现象将会很轻微。

(4)操作

锂电池的操作是安全的,只要注意防止机械损坏和偶发性的短路。

在使用中,请注意以下事项:

用该电池前请勿除去原有包装;

a)为避免短路,请勿散装电池;

b)请勿加热超过85°C,或焚烧电池;

c)请勿解剖电池;

d)禁止给电池充电;

e)请勿直接在电池体上焊锡(应使用带引出片电池焊锡);

f)请勿混用新旧电池,或产地不同的电池;

g)请勿反极。

8.7 常见问题(FAQ)

在与大量客户进行沟通后,我们总结出如下一些常见的问题:

a)开路电压不足:

电池开路电压低于3.6V,这种情况表明电池容量已基本放完,产生这种情况的原因主要有三种:一是电池自身内部微短路导致电池自放电大;二是用户电路板功耗过大,电池容量消耗完;三是由于某些错误原因使电池一直处于大电流放电状态(如阀门开或关的动作不能停止),在短时间内电池容量就会消耗完。

b)电池开路电压正常、负载电压低并有上升:

此种情况是由于电池的电压滞后所引起的,在8.8中将详细说明如何消除电压滞后的影响。

c)报警电压设定:

  在水表、气表电路中,由于带动阀门所需要的电流较大,此时电池电压也较低,而锂亚硫酰氯电池具有电压平台非常平稳的特点,前期电池电压不会有明显的变化,在电池放电末期时电池电压下降迅速,所以当在小电流(如微安级)工作时检测到电池电压下降到很低(3V以下)时,此时电池以大电流(如100mA)脉冲,电压可能已经低于2V,在关闭或打开阀门时,就会由于电压过低而无法正常动作。因此,我们建议在消除了电压滞后的前提下,电路对电池电压的检测以大电流脉冲时进行最准确。但报警电压应跟据电路能正常工作的最低电压来的设定,设定值应比最低值高约0.1~0.2V。

下图给出了ER14505M型电池以100mA电流10秒种脉冲时,电池负载电压与放电容量的关系:

纽扣电池

8.8如何消除电压滞后

   电压滞后是锂亚硫酰氯电池的一大特性,也是该种电池存在的基础,其原理如下:组成电池的亚硫酰氯电解液是一种强氧化性的化学物质,它同时起了电解液和电池正极活性物质的作用,亚硫酰氯与电池的负极活性物质金属锂接触后,在金属锂表面上立即形成一层致密的钝化膜,这一层钝化膜是一种离子导体,锂离子能在钝化膜中进行迁移,但由于其迁移的速率很小,因此会阻挡电池进行反应,当电池中流过的电流不大于1μA/cm2(金属锂表面积)时,钝化膜中锂离子的迁移速率能够满足要求,当电流较大时,钝化膜中锂离子的迁移速率的限制产生严重影响,钝化膜两端产生很大的电压降,此时具体表现就是电池负载电压低;随着电流的不断流过,钝化膜逐渐破裂,两端的压降逐渐下降,电池的负载电压就逐渐上升直至正常。钝化膜的逐渐破裂过程就是电池电压滞后的消除过程。当电池长期处于微小电流放电或贮存情况下,电池的钝化膜会逐渐加厚,电池的电压滞后也会加重,严重时最低电压会降到2V甚至更低,此时就会影响用户的使用,如果在电路上未采取措施,就会由于瞬间电压太低,使仪器不能正常使用。

以下几种方法可以消除电压滞后的影响:

(1)定时放电法:

    在上面已经讲过电压滞后的形成原理,可知电压滞后是由于钝化膜形成而产生的,由于钝化膜是随时间增加而逐渐加厚,电池电压滞后也随着加重,如果使钝化膜保持一定的厚度,就能使电池电压滞后的程度保持在可接受的范围内。因此我们进行了相应的实验确认,电池每隔五天左右进行一次5~10秒钟的大电流(2~3mA/cm2)脉冲放电,能使电池滞后的最低电压控制在3V以上。

(2)电容贮能法(一)

以一个足够大容量的电容作为主电路的电源,电池通过一个二极管给电容充电,平时电池给电容充电,阀门动作时,电路由电容供电,阀门的电流由电池直接提供,要求电容的电能应能使电路正常工作数分钟以上,这样就是电池有几分钟的电压滞后,也不会影响电路的正常工作,只是阀门的动作时间加长。

(3)电容贮能法(二)

以一个较大电容作为主电路的电源,电池通过一个二极管给电容充电,平时电池给电容充电,阀门动作时,电路由电容供电,阀门的电流由电池直接提供,电路检测电容的电压,当电容电压低于设定值时,停止阀门动作,此时电池开始给电容充电,当电压达到设定值时,再进行阀门动作,如此循环操作直至阀门动作完成为止。

(4)电容贮能法(三)

以一个足够大容量和电流的电容作为阀门动作时的电源,电池通过一个二极管对电容进行充电,当阀门动作时,以电池对主电路供电,用电容对阀门供电,电容所贮能量应能使阀门正常工作。

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