选购电池时30C的电池一定比10C或20C的更好么？

来源：宝鄂实业 2019-05-05 18:25 点击量：次

锂电池因其独特的优势——充放电速度快、单位重量蕴含的能量高被广大模友所青睐。而对于使用者来说，锂电池的正确使用和充电非常重要。

　　一、充电安全

　　如果您一向粗心大意，或者懒得遵循各种安全使用规则，那么您还是放弃使用锂电池吧。这是因为使用锂电池最危险的过程就是充电，不仅要使用专门的充电器（图1），还要正确地设置电压和电池节数，否则很可能引发火灾。
　　锂电池和镍镉电池、镍氢电池的充电方法不同，它需要专用充电器。一般来说，只要设定好电池节数，能为锂离子电池充电的充电器也能为锂聚合物电池充电。千万不要用镍镉电池或者镍氢电池的专用充电器为锂电池充电，后果非常危险。
　锂聚合物电池充电准则：
　　1.使用与锂电池匹配的充电器。这种充电器是专门为锂电池设计的，其售价并不昂贵。有的模友喜欢用旧的手机电池充电器改装成航模锂电池充电器，这种做法存在安全隐患，不建议采用。
　　2.一定要正确地设定电池节数（图2）。在开始充电的几分钟内，还要时不时观察一下充电器显示的电池节数是否始终正确。
　　3.在为新买的锂电池充电前，须核对每一节电池的电压（图3）。在每十次充放电之后，也应执行这一操作。因为不平衡的锂电池充电时容易引发火灾，所以这一步操作非常重要。如果每节电池间的压力差值超过0.1V，就应该为每节电池分别充电至4.2V。如果每次充电前都有不平衡的现象，就说明某节电池出了故障，需要更换。
　　4.为锂电池充电的全程都不能离开人的监管。时常听闻的各种锂电池充电导致房子和车发生火灾的事故（图4）都是在无人监管的情况下出现的。
　　5.最好在没有易燃物的安全区域进行充电，例如铺了一层细沙的陶瓷盘子、花盆等（图5），万一锂电池燃烧也不会引发火灾。
　　6.不要以超过1C的速率充电，除非产品说明书中另有注明。虽然理论上现在的电池可以承受更大的充电电流，但仍会缩短电池的寿命，增大火险的概率。如果实在需要，多买几块电池轮换着用（图6），就不用急着充电了。
　　7.千万不要撞击刺穿锂电池。如果锂电池鼓包了，就不要再使用。将其放在一个隔绝易燃物的地方静置两个小时以上，如果没有发生危险就用一颗手电筒灯泡（额定电压高于电池电压）连接电池正负极进行放电（图7）。等灯泡的光彻底暗下去以后，就可以把电池取下扔到分类垃圾桶里了。
　　8.如果发生“炸机”，锂电池很可能被毁损（图8），即使外观看来完好无损，内部也可能因撞击导致了局部短路。这时应该把锂电池立刻从模型中拆出来，放在一个隔绝易燃物的地方观察20分钟以上，以排除火灾隐患。曾有模友把毁损的电池直接扔在车里，导致火灾毁掉了整辆车，追悔莫及。
　　9.要在通风好的地方充电。因为万一电池爆炸燃烧，会产生很多有害气体，在通风好的地方可迅速消散。
　　10.准备好锂电池专用灭火器，或者准备一小桶沙子（图9）。这样万一锂电池发生爆炸燃烧，可以迅速有效地灭火。
　　11.不要怀有侥幸心理。火灾可能发生在任何人的身上，怀有侥幸心理往往会坑了自己。要谨慎地使用锂电池，避免一切安全隐患。

　　二、锂电池知识简述

　　1.什么是锂电池

　　锂电池广泛应用于各种电子设备上：手机、笔记本电脑、PDA等。锂电池并不是航模专用技术。锂聚合物电池和锂离子电池有共同点——相同的电压3.6V。也有不同点，锂离子电池被装在一个金属壳内，而锂聚合物电池采用软包装。普通的锂聚合物电池都是方形薄片形状（图10），有正极和负极接片。其突出优点是质量轻，非常适合用于航空模型。

　　2.电压和电池节数

　　锂电池充满电后的电压是4.2V，放电后的电压是3.0V，使用时不能超过这两个极限值，否则会对电池造成损害。
　　避免锂电池电压低于3.0V的具体方法是在电子调速器中设定最低电压。当单节电池的电压低于3.0V时，操纵手会从骤然降低的动力中得到反馈，知道该是让模型降落的时候了。如果电子调速器有自动的锂电池模式，就能自动判断电池节数并自动设定限定电压。

　　3.什么是10C？什么是3S4P？

　　电池的放电倍率可以用C来衡量。1C意味着电池1个小时放完电，2C意味着半个小时放完电。放电时间是C数的倒数。电池的电量用毫安时衡量。对于一块2 000mAh的电池，如果以2 000mAh的电流充电，则一个小时完成充电。电池的容量、C数和放电电流之间存在简明的数学关系。一块2 000mAh时的电池，如果以1C放电，则放电电流为2 000mA×1=2A；如果以3C放电，则放电电流为2 000mA×3=6A。
　　所有电池的放电速率都有限制。为此，经常把几节锂电池并联使用，以获得较大的电流。并联就是把电池的正极与正极相连，负极与负极相连。如果把两节锂电池并联，就得到原来两倍的电流。两节2 000mAh时的锂电池并联后等效于一个4 000mAh时的锂电池，C数和原来一样，额定电流则加倍。也就是说，如果原来的电池能以5C、10A放电，则并联后则能以5C、20A放电。模友通常都用这种方法以得到较大的放电电流。
　　xSxP的命名方法清晰地表达了串联和并联的电池数目，S前面的数字是串联的电池数，P前面的数字是并联的电池数。3S4P、2 100mAh时的锂电池表示内含12节电池。假设其放电倍率为6C，那么电压由串联电池数3决定，放电电流由并联电池数4决定。故该电池的额定电压为10.8V（3×3.6V），最大放电电流为50.4A（2 100mA× 6×4）。

　　4.选购电池

　　选购电池时要比较其性能参数列表。相似尺寸和重量的锂电池在以不同电流放电时会有不同的电压表现，可据此选购电池。如果觉得性能参数列表太麻烦，也可以参考其他人的成功经验。模型飞机、发动机、电池的经典搭配是非常有参考价值的。
　　学习、了解电压、功率、电流等基本电学知识，不仅有利于选购合适的电池，而且能使电动航模的飞行活动更有趣、更成功。
　　30C的电池一定比10C或20C的更好么？并非如此，放电倍率并不一定越大越好。要知道，电池以20C放电意味着3分钟就没电了，时间太短了些。对于模型直升机来说，也许大放电倍率更有用一些，可以在需要的时候爆发出极强的动力，但对于固定翼模型飞机的意义就小多了。相对来说，8C～10C的放电倍率比较合适。
　　最后一条忠告，不要只图便宜。一分价钱一分货，一定要选择具有足够放电倍率的优质可靠电池。因为以超过标准放电倍率的电流运行的后果是很严重的，不仅会毁损电池，还可能损伤其它电子设备，那就得不偿失了。

　　5.关于温度

　　锂电池对温度比较敏感，在合适的温度范围才能发挥出本身的性能。冬天在外场飞行时，应尽量把锂电池放置在车厢内，或者装在贴身的衣兜里，总之想办法使之保持合适的温度。反之，锂电池温度太高了也不行。要避免锂电池在使用后达到70℃，以延长其寿命。

1 动力锂离子电池的安全性

　　对于动力锂离子电池，要想有效地解决其安全性问题，主要从以下方面入手：合理设计电池的热效应，有效防止在不合理使用情况下的热失控，以及寻找安全的电解液以及正极材料。

　　伴随大容量动力锂离子电池的应用，短路以及过程等安全性问题日渐突出，这是动力锂离子电池实现大规模、多领域应用所必须克服的一大难点。动力锂离子电池的安全问题包括自爆、电火、漏液等，这些安全性问题，极大的阻碍了其实用化进展[1]。

　　伴随新型动力锂离子电池材料的不断发展，在安全性能方面，取得了新的进展。所以如何开发和制备新型的动力锂离子电池材料对于提高动力锂离子电池的安全性能具有十分重要的意义。

　　2 动力锂离子电池正极材料

　　常用的动力锂离子电池的正极材料有LiNiO2、LiCoO2以及Ni-CO-Mn三元素锂氧等，这些材料虽然说具有容量密度高的优点，但它们的安全性都普遍较差，隐藏着很大的安全隐患。目前我国对新型正极材料的研究取得了很大的进展，主要包括以下几种。

　　2.1 磷酸亚铁锂

　　磷酸亚铁锂的理论容量是170 mAh/g，充放电的电压为3.5伏特。它同传统的锂电池正极材料比起来，来源更为广泛，价格更加低廉，对于环境也更加有好。以磷酸亚铁锂作为正极材料，可是电池具有高热稳定性、高安全性以及优良的循环性。因此磷酸亚铁锂可作为一种极为安全的动力锂离子电池材料。

　　2.1.1 磷酸亚铁锂的合成方法

　　磷酸亚铁锂的合成方法有很多，下面通过表格的形式列出，并分别指出其优缺点。详细内容见表1。

　　2.1.2 磷酸亚铁锂的改性研究

　　磷酸亚铁锂虽然说安全性能很高，但也存在着一些致命的缺陷，比如说电子导电率低，离子扩散慢，体积能量密度较小。这些都影响了磷酸亚铁锂的实用性，因此需进行改性。学者们对此进行了多方面的研究，并且取得了较大的进展。

　　（1）添加导电材料

　　为提高磷酸亚铁锂的导电性能，可以添加导电材料。可通过用金属或者碳包覆的方法。在磷酸亚铁锂中包覆或分散碳，不仅可以增强粒子间的导电性能，降低电池极化，并且可提供给磷酸亚铁锂电子隧道，从而补偿电荷平衡，因此这成为了学者们首选的改性方法[2]。

　　Kim通过机械激活法，在氮气的保护下，六百度烧结十小时后合成包覆的磷酸亚铁锂。Croce等利用百分之一的铜银包覆了磷酸亚铁锂，通过能量散射X射线谱分析，得知金属通过超微米的方式分散在磷酸亚铁锂的周围。在磷酸亚铁锂中所分散的金属提供了导电桥，从而增加了粒子和粒子间的导电性能，提高磷酸亚铁锂的容量。

　　（2）掺杂金属元素

　　碳与金属粒子包覆的方法，虽然有效的改变了粒子间的导电性，然而却对磷酸亚铁锂的颗粒内部导电性没什么影响，当磷酸亚铁锂的颗粒尺寸较大时，很难得到大电流高容量的产物。而金属掺杂得手段可使晶格在一定程度上产生缺陷，因此可对材料的导电性能产生调节作用。

　　（3）制备球形磷酸亚铁锂

　　要想实现锂离子电池的高能量比，要求电池材料的具有较高的密度以及比容量，而密度同颗粒形貌以及粒径等均有关系。若形状不规则，则会有严重的粒子架桥现象。而用规则球形粒子来进行填充，由于粒子间接触面比较小，可有效避免架桥现象。所以，制造球形的磷酸亚铁锂正极材料是增大堆积密度和比容量的有效方法[3]。

　　2.2 磷酸矾锂（Li3V2（PO4）3）

　　磷酸矾锂电池具有很高的热稳定性、安全性和优良的放电平台。磷酸矾锂化合物晶型是单斜结构，因此，Li+的扩散能力很高，放电电压要比4.6V高，在掺杂碳后能量密度高达2330mWh/cm3。磷酸矾锂是一种很好的锂电池正极材料，在电动车等行业拥有广泛的应用前景。

　　具有单斜结构的Li3V2（PO4）3的合成方法主要包括；碳热还原法、高温条件下固相合成法以及熔胶-凝胶等方法。Li3V2（PO4）3 在不同放电区间的性能情况（放电倍率为0.2）见图1。结果表明，磷酸矾锂电池在4.8V，4.5V以及4.3V的截止电压下均能保持很好的电容量[4]。

　　掺杂碳的磷酸矾锂电池与掺杂碳的LiCoO2的锂电池在0℃和25℃条件下的放电曲线见图2。由图可见，0℃时，掺杂碳的磷酸矾锂电池拥有更高的放电电压以及更高是能量密度，且比掺杂碳的LiCoO2的锂电池高20%左右。在25℃的条件下，两者具有几乎等同的放电电压，但是掺杂碳的磷酸矾锂电池的能量密度更高。

　　采用示差扫描量热分析实验对锂电池正极材料的热稳定性以及安全性进行测试及评价。具体方法是：将锂电池正极材料进行充电，取出充电状态的材料，对此材料做DSC实验。磷酸矾锂的DSC实验结果表明：当测试温度高于220℃时，磷酸矾锂的DSC曲线呈现出两个分开的峰，其放热量是248J。而相应状态下的LiCoO2的放热量为570J，LiMn2O4的放热量为340J。由此可见，磷酸矾锂具有很高的热稳定性。

　　2.3 LiMn2O4

　　LiMn2O4化合物具有尖晶石结构，其骨架是一个与四面体及八面体共面的三维网络。在LiMn2O4活性物质中，锂离子的扩散系数极小，数量级仅为10-9。电子的导电率也很低，仅为10-6S/cm左右。

　　LiMn2O4化合物材料的优点是原材料资源极为丰富，成本很低，一般来说，Mn的价格仅为Co价格的2%—5%。LiMn2O4化合物材料环保安全无污染。但是，LiMn2O4化合物材料在充放电过程中存在很强的Jahn-Teller效应。当温度较高时，LiMn2O4的晶形结构会发生改变，导致猛离子在电解质中溶解，电极的活性物质丧失。这些都严重阻止了LiMn2O4化合物材料在锂电池领域的开发与应用[5]。

　　表2列举了主要锂电池的正极材料的性能一览表。由以上数据可以看出，LiVPO4在锂电池材料的应用领域具有很强的竞争力。极有可能成为新一代的锂电池正极材料的活性物质。

　　总之，我国在动力锂离子电池的研发方面取得较大的成就，是可喜的。然而为了进一步推动动力锂离子电池的更广泛使用，并进一步提高其安全性，更加方便人们的生活，保障人们的人身安全，还需进一步加大力度研究，从而开发出更高效、更安全的动力锂离子电池正极材料。