鋰電池的基本原理

鋰的特性
‧鋰是金屬元素中密度最小、最活潑,能量密度高的金屬,是製作電池的理想原料。
‧鋰金屬暴露在空氣中,會與氧氣產生激烈的氧化反應而爆炸。


電池構造
‧正極:可能是不同類型的鋰化合物。
‧負極:主要是層狀結構的石墨類,用於嵌入帶正電的鋰離子。
‧隔膜:隔絕正負極,防止電池自放電與短路。膜上充滿許多細孔,好的隔膜在溫度過高時,會自動關閉細孔,防止鋰離子穿越,避免發生危險。
‧電解液:鋰離子透過電解液在正負極兩端游移。
‧智慧型手機等小型產品,可能使用更先進的鋰聚合物電池。
主要在電解質和正極使用高分子材料,電解質為固體或膠狀,無需使用隔膜,避免因失效導致壽命或安全問題。
故障通常僅是電池鼓脹、失效,嚴重時會起火燃燒產生大量煙霧,一般不會爆炸。
鋰聚合物電池有良好的可塑性,可製作成各種形狀,最小厚度僅為0.5mm。


充放電原理
充電時,正極的鋰原子失去電子,氧化為鋰離子,經電解液,嵌入負極的的層狀結構,並獲得電子,還原為鋰原子。放電時,程序相反,鋰原子結合在正極的鋰化合物中。

安全措施
過充保護
一般理想的充電電壓上限為4.2V,才可兼顧電池壽命、容量、和安全性。充電電壓高於4.2V時:
‧正極材料內剩下的鋰原子數量不到一半,儲存格常會垮掉,造成容量永久性下降。
‧負極層狀結構裝滿了鋰原子後,開始堆積樹枝狀結晶在負極材料表面,穿破隔膜,引起短路。
‧電解液因高溫分解產生氣體,高壓使電池外殼破裂,氧氣進入與堆積在負極表面的鋰原子反應,在短路發生前就先爆炸。
‧過充引發內部短路造成的爆炸,不一定發生在充電當時。
有可能電池停止充電後仍有許多的微短路產生熱,使電池溫度繼續升高,直到溫度到達時才爆炸。許多消費者都是拿起手機時發現很燙,扔掉後就爆炸。


放電保護
‧電池會自動放電,放愈久電壓會愈低,電芯電壓低於2.4V時,部分材料開始被破壞。
‧鋰電池從3.0V放電到2.4V,所釋放的能量只占電池容量的3%左右。因此,3.0V是一個理想的放電電壓下限。


電流限制
‧電流過大,鋰離子來不及進入負極層狀結構,便在材料表面結晶,與過充一樣,萬一電池外殼破裂,就會爆炸。

一般鋰電池組內,會有保護晶片,提供充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項保護。


容量及輸出規格單位換算
1,000 mAh (毫安時) = 1 Ah (安時)
Wh (Watt-hour 瓦特小時) = Voltage (伏特) x Ah (安時)
ex.鋰離子電池組的規格是: 3.7V (伏特)/1,520mAh (毫安時)
1,520 mAh ÷ 1,000 = 1.52 Ah
3.7V x 1.52 Ah = 5.62 Wh ( ≦ 100 Wh)


航空運輸時,鋰金屬電池屬於第9類危險品,外箱除了需貼上IATA鋰離子電池處理標籤外,尚需貼上第9類危險品標籤、與僅限貨機承運共三張標籤。
詳情請參考IATA與各運輸公司網站規定
GHS   GHSGHS   GHSCAO限貨機運送危險物品
本公司有售,亮膜銅版貼紙,200張500元,500張1000元,1000張1800元(日後價格可能有變)
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作者:飛盟廣告設計 印刷 經理/王焜台