前情提要
週末假日來到,歡迎大家觀看楓夜喵的科普,順便恭喜好友玥晴達成5000GP,本次性質為好友回饋專題,介紹的東西屬於化學的範疇唷!
鋰電池在生活中相當的常見,用途也很廣泛,像是手機、計算機、相機、手錶等等。最早期的鋰電池用於心臟起搏器,讓病人的心律有一定的控制,不會因為心律不整而使心臟停止跳動
最常見的一次鋰電池為鋰-二氧化錳電池,最常見的鋰離子電池(充電電池)是磷酸鐵鋰電池和鈷酸鋰電池,那麼就來介紹這3種電池吧!
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電池的電極
1.陽極:發生氧化反應的電極,亦指失去電子的電極
2.陰極:發生還原反應的電極,亦指得到電子的電極
3.正極:產生電流的電極,電流的方向從正極流到負極
4.負極:產生電子流的電極,電子流的方向從負極流到正極
☆充電時是正極接正極、負極接負極,所以正極是陽極,負極是陰極;放電時是正負極串聯,所以正極是陰極,負極是陽極。陰陽極和氧化還原反應有關,正負極和電流方向有關,因此正負極和陰陽極沒有關聯!
一次鋰電池
電解液中的有機溶劑成分為碳酸丙烯酯(PC)和1,2-二甲氧基乙烷(DME),溶質為過氯酸鋰(LiClO4)
正負極半反應,以鋰-二氧化錳電池為例子
此種電池本身的設計並沒有像充電電池有很多的防護措施,所以不可以拿來充電,又因為過氯酸鋰是一種強氧化劑,再加上有機溶劑屬於易燃性物質,兩者反應會產生高熱,很容易發生爆炸的危險
二次鋰電池(鋰離子電池)
上圖的正極為鋰鈷氧化物,為鈷酸鋰電池;若正極為磷酸鐵鋰,則為磷酸鐵鋰電池
電解液的溶劑成分常用乙醚、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯;溶質為鋰鹽,常用過氯酸鋰(LiClO4)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、四氟硼酸鋰(LiBF4)
正負極半反應,無括號為鈷酸鋰電池,中括號為磷酸鐵鋰電池,負極反應方面2種電池皆相同
充電過程共有2階段
1.CC (constant current) 恆定電流充電
先以恆定電流充電,這樣會使電池電壓漸漸上升,直至電壓到達一特定數值。此特定數值的電壓視電池物料而定
2.CV (constant voltage) 定電壓充電
以固定電壓向電池充電,這樣充電電流會漸漸減小,直到電流小於某一程度後充電過程即完成
☆假如一顆電池的特定電壓為2.88伏特(該電池的電壓為3.6伏特),在第一階段的CC就會充到80%,從81%開始就會進入第二階段的CV直到100%,這樣的設計可以防止電池的過度充電
當過度放電會導致電池產生氧化鋰和氧化亞鈷,累積在電池內部,會影響到電池正常的運作,屬於不可逆的反應
過度充電容易造成電池變形,所以電池在設計上會有一些防護措施,避免在錯誤使用時快速減少電池壽命
1.保護電路:防止過充、過放、過載、過熱。
2.排氣孔:避免電池內部壓力過大。
3.隔膜:有較高的抗穿刺強度,防止內部短路;在電池內部溫度過高時還能融化,阻止鋰離子通過,阻滯電池反應,升高內阻(至2000歐姆)。
4.排氣孔、隔膜一旦發動,將使電池永久失效。
5.膨脹:當電池過度充電,過熱、浸水,使用副廠充電器,或將其不當保存,進行不當使用皆有可能膨脹甚至爆炸
☆即使有防護措施,但是小傷害在長期的累積下來也會造成電池受損,因此正確使用電池是很重要的唷!
接下來就來看影片囉~關於電池爆炸
電池都有固定的壽命,正確使用電池可以有效減緩電池內化學物質對於電池內部構造的損害,當電池過度使用和過度充電就會讓電池更快受損,之前我用過ASUS Zenfone5,由於電池使用不當使得電池只用1年就開始出現不正常的反應,變得異常的耗電,不得不更換電池
此外,更換電池盡量選擇比較有保障的原廠電池,以保持電池的使用品質,副廠電池雖然便宜卻沒有好的品質,壽命甚至比原廠電池還短
PS.週末放鬆一下,邊看科普邊欣賞影片~