充電器充電的電池簡稱二次電池
和普通的不可充電的電池相比,可充電的電池叫二次電池。二次電池能夠反復運用，符合經濟實用原則，這是其最大的優(yōu)點，自然人們最青睞二次電池。二次電池的種類也不少，就目前市場上主流產品而言，有 4類電池：鉛酸(LA）電池、鎳鎘（NiCd）電池、鎳氫（NiMH）電池和鋰離子(Liion ）電池。
1．便攜式電子設備可選擇的電源系統(tǒng)
對便攜式電子設備的生產商來說，給便攜式電子設備選擇合適的電池是很困難的。因為電池的選擇會對設備的功能、型號、成本造成很大的影響。設計者面對著很多選擇，從簡單的鉛酸電池到復雜的集成了電子安全、監(jiān)視和充電控制電路的鋰離子電池。
1）鎳鎘電池。
鎳鋼電池工作電壓為1．2V左右，具有優(yōu)良的大電流放電性能，可在一20～
鎳鎘電池種類繁多，有放置用的大型電池（多數20Ah以上）和小型密封型電池，6Ah以下的圓柱形和扁平形電池，0．5Ah以下的紐扣式電池。日本三洋公司生產40～2000mAh的 95種型號的鎳鎘電池，按用途有 8類電池：一般用（標準型）、 高容量（E型）、 快速充電用（R型）、 高溫用（H型）、耐熱用（K型）、 長壽命（C型）、保護記憶用（S型）、 扁平形（KF型）、標準型典型電池為 AA型，容量為600mAh，尺寸為14．2mmX 50．
質量為 23克，內阻為12mΩ。AAA型的容量為 250mAh，尺寸為10．5mm X 44．5mm，質量為11克，內阻24Ω。
鎳鎘電池正極板上的活性物質由氧化鎳粉和石墨粉組成，石墨不參加化學反應，其主要作用是增強導電性。負極板上的活性物質由氧化鋁粉和氧化鐵粉組成，氧化鐵粉的作用是使氧化鋁粉有較高的擴散性，防止結塊，并增加極板的容量?；钚晕镔|分別包在穿孔鋼帶中，加壓成型后即成為電池的正負極板。極板間用耐堿的硬橡膠絕緣棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔開。電解液通常用氫氧化鉀溶液。與其他電池相比，鎳錫電池的自放電率（電池不使用時失去電荷的速率）適中。鎳鎘電池在使用過程中，如果放電不完全就又充電，下次再放電時，就不能放出全部的電量。比如，放出80％電量后再充足電，該電池只能放出80％的電量，這就是所謂的記憶效應。當然，幾次完整的放電／充電循環(huán)將使鎳鎘電池恢復正常工作。
由于鎳鎘電池的記憶效應，若未完全放電，應在充電前將每節(jié)電池放電至 1V以下。
2）鎳氫電池。鎳氫電池是生產了幾年的新電池，又稱為貯氫電池。20世紀70年代，荷蘭飛利浦實驗室在研究第一代稀土永磁合金時，試驗了LaNi5的磁性能，競意外地發(fā)現(xiàn)了 LaNi5有很好的貯氫性能，但深入研究發(fā)現(xiàn)對貯氫合金不適用，因為平衡壓太高，循環(huán)壽命太短，進一步研究和改進發(fā)現(xiàn)，這些缺點都可克服，從而為發(fā)展貯氫電池奠定了技術基礎。
兩者有相同的工作電壓1．2V，因此這兩種電池有良好的互換性。
鎳氫電池的能量高，為鎳鎘電池的1．8～2倍，鉛酸電池的3倍，有良好的充放電性能，可隨充隨放，快充深放，無記憶效應，特別不含鎘、鉛、汞等有害物質，對環(huán)境無污染，被稱為綠色電池。
鎳氫電池與鎳鎘電池類似，多種多樣。有圓柱形和扁平形的小電池，有紐扣式電池，也有方形蓄電池組作為動力電池用，容量為10～20Ah。日本三洋公司生產的 AA型的容量為1100mAh，尺寸為 14．2mm X 50．0mm，質量為27克，AAA型的容量為 650mAh，尺寸為10．
鎳氫電池具有較好的低溫放電特性，即使在一
鎳鎘電池與鎳氫電池的充電過程非常相似，都要求恒流充電。兩者的差別主要在快速充電的終止檢測方法上，以防止電池過充電。充電器對電池進行恒流充電，同時檢測電池的電壓和其他參數。當電池電壓緩慢上升達到一個峰值時，對鎳氫電池快速充電終止，而鎳鎘電池則當電池電壓第一次下降了一個ΔV時終止快速充電。為避免損壞電池，電池溫度過低時不能開始快速充電，電池溫度 Tmin低于
3）鋰離子電池。鋰離子電池是繼鎳氫電池后發(fā)展的新一代的二次電池。鋰位于元素周期表第一族主族第一位上，是金屬中最輕的元素，有最負的標準電位，組成電池能量密度大和電壓高。鋰離子電池負極電位相對鋰電極為正，正極電位為4．OV，該電池的工作電壓高，約3．6V。高電壓是個優(yōu)點，一個鋰離子電池相當于三個鎳氫電池或鎳鎘電池，但這也是個缺點，因為移動電話芯片電壓趨向下降，這將挑戰(zhàn)3．6V 鋰離子電池的應用。鋰離子電池有高的比能量，為鎳氫電池的1．5倍和鉛酸電池的3倍，放電曲線平穩(wěn)，自放電率低，循環(huán)壽命長，與鎳氫電池一樣，無記憶效應和不污染環(huán)境，也為綠色電池。
鋰離子電池采用卷繞式結構，蓋體設計強化了安全保護功能。對于這種高比能量電池，必須經過規(guī)范的安全檢測評估。鎳氫和鎳鎘電池的電解液是水溶液，而鋰離子電池必需用非水性電解液，其電導率低得多，因此電極要大大減薄，有著不同的電極制備工藝，制備又薄又長的正負電極。鋰離子電池同樣有圓柱式、扁平式、紐扣式和動力用電池組。Sony公司的 14500電池容量為 500mAh，尺寸為 14．3mmX 50．
鋰離子電池能夠很好地配合電子產品小型化、袖珍化的發(fā)展方向，移動電話和筆記本電腦要求又薄又輕的二次電池，三洋超薄鋰離子電池僅
鋰離子電池易受到過充電、深放電以及短路的損害。單體鋰離子電池的充電電壓必須嚴格限制。充電速率通常不超過
2．二次電池性能比較
表1。l為鉛酸、鎳銅、鎳氫、鋰離子電池特性的比較。
20世紀80年代的便攜式電子設備，如數字無繩電話、隨身聽和電動剃須刀等，主要由鎳鎘電池供電。到了20世紀90年代后期，鎳氫電池和鋰離子電池逐漸進入市場并得以廣泛應用。因為鎳鎘電池的價格比鎳氫和鋰離子電池便宜，所以鎳鎘電池在低端應用中十分普遍。鎳鎘電池可提供最高的放電電流，適合短時間內需要大功率輸出的應用。
鎳鎘電池的缺點是被所謂的記憶效應困擾（現(xiàn)在的鎳鎘電池很少考慮這個因素）， 使電池容量降低。鎳鎘電池在未完全放電的情況下再充電，一些活性物質會累積并且開始結晶（在陽極有100μm的銅累積層）， 但通過化學反應這層物質會自行消失（一塊全新電池的陽極大約有l00μm厚度的鎘結晶）， 出現(xiàn)記憶效應會導致電池容量越來越小，端電壓越來越低，使得電池到達最低可用端電壓（關斷點）的時間比預期的早很多，如圖1-1所示。鎳鎘電池的另一個缺點是它的活性物質中含有有毒的鎘。
鎳氫電池比鎳鎘電池環(huán)保，但是價格高。鎳氫電池的放電電流相比鎳鎘電池略小，但也受惰性效應的影響。惰性效應是比鎳鎘電池記憶效應稍輕的一種現(xiàn)象。惰性效應是由于鎳的結晶導致的。惰性效應和記憶效應一樣，導致無法完全使用可充電電池的全部容量，但都可以通過使用帶有放電功能的充電器來避免。
鋰離子可充電電池價格最高，但具有高的能量密度，因而可以在給定尺寸下提供更優(yōu)性能，更適合小尺寸、高集成度的便攜式電子設備。
隨著新材料、新工藝的出現(xiàn)，更為先進耐用的可再充電電池也在不斷出現(xiàn)。國外最新開發(fā)的固態(tài)聚合物（電解質）鋰離子電池、鋰金屬電池不僅解決了漏液問題，而且電池的容量更大，體積更小，更為安全可靠，它們必將成為極有潛力的新一代電池產品。
3．鎳氫／鎳鎘電池與鋰離子電池的差異
1）質量方面。以每一個單元電池的電壓來看，鎳氫與鎳鎘都是1．2V，而鋰離子電池卻為3．6V，鋰離子電池的電壓是前兩者的3倍。并且同型電池的質量鋰離子電池與鎳鎘電池幾乎相等，而鎳氫電池卻比較重。每一種電池本身質量不同，但鋰離子電池因3．6V高電壓，在輸出同等電壓的情況下使單個電池組合時數目可減少 1/3而使成型后的電池質量和體積減小。
2）記憶效應。鎳氫電池有惰性效應；鎳鎘電池有記憶效應，因此，定期的放電管理也是必需的。這種定期放電管理屬于模糊狀態(tài)下被動處理，甚至也有些在不正確的情況下進行放電（每次放電或者使用幾次后進行放電都因電池生產廠的不同而有所差異）， 這種繁瑣的放電管理在使用鎳鎘/鎳氫電池時是無法避免的。相對的鋰離子電池因為完全沒有記憶效應，在使用上非常方便簡單，它完全不必考慮二次電池殘余電壓的多少，直接可進行充電，充電時間自然可以縮短。
記憶效應是充電電池的一大天敵，一般認為是長期不正確的充電導致的，它可以使電池早衰。記憶效應可使電池無法有效地充電，出現(xiàn)一充就滿、一用就完的現(xiàn)象。防止電池出現(xiàn)記憶效應的方法是確保電池“充足放光”的原則，也就是說在充電前最好將電池內殘余電量放光，充電時要一次充足。通常鎳鎘電池容易出現(xiàn)記憶效應，所以充電時要特別注意，鎳氫電池理論上沒有記憶效應，但最好也遵循“充足放光”的原則，這也就是很多充電器提供放電附加功能的原因。對于由于記憶效應引起容量下降的電池，可以通過一次性充足再一次性放光的方法反復數次，大部分電池都可以得到修復。
3）自放電率。鎳鎘電池的自放電率為15％～30％（月）， 鎳氫電池的自放電率為25％～35％（月），鋰離子電池的自放電率為2％～5％（月），鎳氫電池的自放電率最大，而鋰離子電池的自放電率最低。
4）充電方式。充電電池的充電方式一直是人們關心的焦點，正確、良好的充電方法可以確保電池的壽命。充電電池推薦的充電方法多種多樣，不同的充電方法對充電器的電路結構有不同的要求，自然影響到成本。
電池充電時間和充電電流的關系為電池容量除以充電電流得到充電時間，考慮充電過程中的損耗，所以將計算得到的充電時間應再乘以1．2這個常數。
對于鎳鎘和鎳氫電池最常用的簡單充電方法是利用10％C恒流充電，又被稱為“慢充”，即按照電流容量數值的10％確定充電電流，如一節(jié)標稱容量為500mAh的電池，它的建議充電電流為50mA；又如一節(jié)標稱容量為1300mAh的電池，它的建議充電電流為13 0 mA。在此電流下連續(xù)充電12～15 h就可以視為電池充滿。雖然建議使用恒流充電但要求并不嚴格，電流允許有較大的波動，所以按照此方法制作的充電器結構非常簡單，一般只需要一個將220V市電轉換成適當低壓的變壓器、整流的二極管、限流電阻以及一些發(fā)光二極管等指示裝置構成低成本的充電器，市面上絕大部分獨立常規(guī)充電器都采用這種方式，只不過外形不同罷了?！奥洹彪m然比較簡單，但是給電池充一次電需要十多個小時，為此，電池廠商也允許在急需使用時用 3 0％C的電流給電池充電 4～5 h，稱之為“快充”，不過不建議常用，理論上對電池有輕微的損害。所以大部分常規(guī)充電器都有“快充”和“慢充”兩擋，并建議用戶使用“慢充”。
在很多情況下用戶需要對電池快速、有效、安全地充電，快速充電就需要使用較大的電流。電池在大電流充電過程中會出現(xiàn)極化效應，使電池發(fā)熱，而且當大電流充電電池充滿后，如果不及時停止，電池會迅速發(fā)熱，嚴重時可導致電池燒毀和爆炸。所以要求快速充電器具備充滿自停功能，同時也要解決極化效應，使充電高效安全。早期的快速充電器采用簡單的定時充電，不過此類充電器針對性強，充電效果也不令人滿意。現(xiàn)代的充電器采用專用的充電控制IC，以高頻脈動電流給電池充電以解決極化效應，通過檢測電池一出準確判斷電池是否充滿，并提供溫度保護等保護措施和放電等附加功能。不過這種充電器結構比較復雜，成本也比較高，一般多用于移動電話、對講機等高檔通信設備及電器。
6．各種電池的優(yōu)缺點
鎳鎘電池最為堅固耐用，每塊鎳鋼電池的電壓為1．2V，多數應用需要多個電池串聯(lián)或并聯(lián)才能滿足要求。鎳鎘電池應用中的最大問題是它具有記憶效應，這一點嚴重限制了它在高端設備中的應用。
考慮到回收和環(huán)保問題，鎳鎘電池在其他產品中的應用也較少。與其他電池相比，鎳鎘電池的耗電率、使用壽命都令人非常滿意，而且在極差的溫度條件下也能保持良好的性能。但是，盡管鎳鎘電池比較經濟，但它的電量也較低，相同的鎳鎘電池工作時間大約只有鎳氫電池的一半，因此多數鎳鎘電池都沉重且體積龐大。
鎳氫電池沒有鎳鎘電池那么堅固耐用，在能量密度上也無法與鋰離子電池競爭，但與鎳鎘電池相比它具有更佳的性價比。鎳氫電池的電壓與鎳鎘電池的相同，每塊電池為1．2V。由于主要的電池應用市場如筆記本電腦及移動電話開始轉為使用鋰離子電池，鎳氫電池的研發(fā)有所放緩，從理論上說，現(xiàn)有鎳氫電池的電量也快接近其極限。因此，目前的研發(fā)主要是增強其耐用性，以便適用于電動工具和混合電動汽車等其他市場。
從鋰離子電池開始進入市場至今已十幾年，由于日益成熟，鋰離子電池也變得更為堅固耐用，價格也有所下降。單個鋰離子電池的電壓力3．7V，與三節(jié)鎳鎘電池或鎳氫電池一樣。能量密度高和自放電低是鋰離子電池在市場上成功的法寶，目前這種電池還開發(fā)增加了許多新的性能。例如，鋰離子電池廠商正在開發(fā)無需保護電路的產品，以便進一步降低其成本。
1．2．1 鎳鎘電池的結構與特性
1899年，Waldmar Jungner在開口型鎳鎘電池中首先使用了鎳極板，幾乎與此同時，Thomas Edison發(fā)明了用于電動車的鎳鎘電池。但因當時這些堿性蓄電池的極板材料比其他蓄電池的村料貴得多，因此實際應用受到了極大的限制。Jungner的鎳鎘電池經過幾次重要改進，性能明顯改善。其中最重要的改進是在1932年，在鎳電池中開始使用了活性物質。將活性物質放人多孔的鎳極板中，然后再將鎳極板裝人金屬殼內。鎳鎘電池發(fā)展史上另一個重要的里程碑是1947年密封型鎳鎘電池研制成功。在這種電池中，化學反應產生的各種氣體不用排出，可以在電池內部化合。密封鎳鋼電池的研制成功，使鎳鋼電池的應用范圍大大增加.
1．鎳鎘電池的特性
鎳鎘(NiCd)電池要求恒流充電，充電器對電池進行恒流充電的同時檢測電池的電壓和其他參數。當電池電壓第一次下降了一個-ΔU時終止快速充電。為避免損壞電池，電池溫度過低時不能開始快速充電，電池溫度 Tmin低于 100C時，應轉入涓流充電方式。而電池溫度一旦達到規(guī)定數值后，必須立即停止充電。密封鎳鎘電池效率高、循環(huán)壽命長、能量密度大、體積小、質量輕、結構緊湊，并且不需要維護，因此在工業(yè)和消費產品中得到了廣泛的應用。
(1）鎳鋼電池的基本特性。
l）鎳鎘電池可重復500次以上的充放電，非常經濟。
2）鎳鎘電池內阻小，可供大電流的放電，放電時電壓的變化很小，作為直流電源是一種質量極佳的電池。
3）因為鎳鎘電池采用完全密封式，因此不會有電解液漏出的現(xiàn)象，也完全不需要補充電解液。
4）與其他種類電池相比，鎳鎘電池可耐過充電或過放電，操作簡單方便。
5）鎳鎘電池在長時間的放置下也不會使性能劣化，當充分充完電后即可恢復原來的特性。
6）鎳鎘電池可使用在很廣的溫度范圍內。
7）因為鎳鎘電池采用金屬容器，因此具有機械的堅固性。
(2）鎳鎘電池放電特性。
l）鎳鎘電池放電電壓依據其放電電流多少有些差異，大體上是1．2V左右。
2）當放電達到放電終了的極限電壓稱之為“放電終止電壓”，鎳鎘電池的放電終止電壓為1．0 V／單格。
3）鎳鎘電池使用溫度范圍為一20～
4）鎳鎘電池可為一30～
5）鎳鎘電池在充電狀態(tài)或者是放電狀態(tài)保存都可以，但是比較之下放電狀態(tài)可使容量較早恢復并且較易被激活。
6）當鎳鎘電池在長時間放置后，使用前必須充分地充電后再使用。
2．鎳鎘電池參數
鎳鎘電池的5個主要參數為：電池的容量、標稱電壓、內阻、放電終止電壓和充電終止電壓。電池的容量通常用Ah（安時）表示，1Ah就是能在1A的電流下放電1h。單元電池內活性物質的數量決定單元電池含有的電荷量，而活性物質的含量則由電池使用的材料和體積決定，因此，通常電池體積越大，容量越高。與電池容量相關的一個參數是電池的充電電流。電池的充電電流通常用充電速率C表示，C為電池的額定容量。例如，用2A電流對1Ah電池充電，充電速率就是2C；同樣地，用2A電流對500mAh電池充電，充電速率就是 4C。
電池剛出廠時，正負極之間的電勢差稱為電池的標稱電壓。標稱電壓由極板材料的電極電位和內部電解液的濃度決定。當環(huán)境溫度、使用時間和工作狀態(tài)變化時，單元電池的輸出電壓略有變化，此外，電池的輸出電壓與電池的剩余電量也有一定的關系。單元鎳鎘電池的標稱電壓約為1．2V（但一般認為是1．25V）.
電池的內阻決定于極板的電阻和離子流的阻抗，在充放電過程中，極板的電阻是不變的，但是離子流的阻抗將隨電解液濃度的變化和帶電離子的增減而變化。
電池充足電時，極板上的活性物質已達到飽和狀態(tài)，再繼續(xù)充電, ，電池的電壓也不會上升，此時的電壓稱為充電終止電壓。鎳鎘電池的充電終止電壓為1．7 5～1．8V。
放電終止電壓是指電池放電時允許的最低電壓。如果電壓低于放電終止電壓后電池繼續(xù)放電，電池兩端電壓會迅速下降，形成深度放電，這樣極板上形成的生成物在正常充電時就不易再恢復，從而影響電池的壽命。放電終止電壓和放電率有關。鎳鎘電池的放電終止電壓和放電速率的