电池的内阻

镍镉电池的内阻为7~19 mΩ
镍氢电池的内阻为18~35 mΩ
锂离子电池的内阻为80~100 mΩ
磷酸铁锂电池<20mΩ
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随着数码电器的普及，可充电电池在人们的日常生活中已随处可见，成为必不可少的日常生活用品之一。高中物理新课程标准在选修2—1模块中明确要求学生“知道电源的电动势和内阻”。还要“讨论锂电池、镍氢电池、镍镉电池的主要特点和各自的适用场合”。本文就这三种常见的可充电电池作一个简单介绍。 / X# ?+ X" }+ O9 y4 W
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1、可充电电池的主要参数

可充电电池有5个主要参数：电池的容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。电池的容量由电池内活性物质的数量决定，通常用毫安时(mAh)表示， 1 000 mAh就是能以1 A的电流放电1 h，换算为所含电荷量大约为3 600 C。电池正负极之间的电势差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。当环境温度、工作状态变化时，电池的输出电压略有变化； 此外，电池的输出电压与电池的剩余电荷量也有一定关系。一般情况下单元镍镉电池的标称电压约为 1.3 V(一般认为大约是1.25 V)，单元镍氢电池为1.25 V，单元锂离子电池为3.6 V。电池的内阻由极板的电阻和离子流的阻抗决定，在充放电过程中，极板的电阻是不变的，但离子流的阻抗将随电解液浓度和带电离子的增减而变化。一般来讲单元镍镉电池的内阻为7~19 mΩ，单元镍氢电池的内阻为18~35 mΩ，单元锂离子电池的内阻为80~100 mΩ。
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可充电电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，蓄电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。单元镍镉电池的充电终止电压为1.75~1.8 V，镍氢电池为1.5 V，锂离子电池为4.2 V。放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后蓄电池继续放电，电池两端电压会迅速下降，形成深度放电，这样，极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关，一般来讲单元镍镉电池的放电终止电压为1.1 V，镍氢电池为1 V，锂离子电池为2.7 V。
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2、镍镉电池(Ni-Cd)
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镍镉电池的正极材料为氢氧化亚镍和石墨粉的混合物，负极材料为海绵状镉粉和氧化镉粉，电解液通常为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。值得注意的是镍镉蓄电池过充电时，将使电池内发生分解水的反应，在正、负极板上将分别有氧气和氢气析出。气泡聚集在极板表面，将减小极板表面参与化学反应的面积并且增加电池的内阻。这些气体，如果不能很快复合为水，电池内部的压力就会显著增加，这样将损伤电池，所以压力过大时，密封电池将打开放气孔，从而使电解液逸散； 但若反复通过放气孔逸散气体，电解液的粘稠性将增大，极板间离子的传输变得困难，电池的内阻将显著增加，电池容量下降。 " M. b- a8 _( h+ c; a5 r+ U2 B1 u5 n3 a

镍镉电池使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能放出全部电荷量。比如，镍镉电池只放出80%的电荷量后就开始充电，充足电后，该电池也只能放出原来80%的电量，这种现象称为“记忆效应”。其主要出现在一些放电终止电压被设定得较高的设备中，每次电池没有完全放电，设备就自动关机了，长期如此电池就会出现严重的“记忆效应”，可用电容量越来越少。“记忆效应”出现的主要原因是电池部分放电后，氢氧化亚镍没有完全变为氢氧化镍，剩余的氢氧化亚镍将结合在一起，形成较大的结晶体，变大的结晶体一般难以还原，造成了电池内活性物质减少。

镍镉电池是最早应用于手机、笔记本电脑等设备的电池种类，它耐过充放电能力强、维护简单。但其相比镍氢电池和锂离子电池而言有很多缺点，如：在充放电过程中如果处理不当，会出现严重的“记忆效应”，使用寿命大大缩短； 镉是有毒的，因而镍镉电池不利于生态环境保护等等。众多的缺点使得镍镉电池现已基本被淘汰出数码设备的应用范围。 6 n1 P4 [: U, T* w3 w( l

3　镍氢电池(Ni-H) & V3 k9 W- Q5 I7 i& F

镍氢电池的容量比镍镉电池大，一般为两倍左右，其正极的主要成分为氢氧化镍，负极主要为无污染物质的合金粉，电解液是30%氢氧化钾水溶液。镍氢电池的反应与镍镉电池相似，过充电时，正极板析出氧气，负极板析出氢气。但由于有催化剂的氢电极面积大，氢气能够随时扩散到氢电极表面，所以氢气和氧气能够相对容易的在蓄电池内部再化合生成水，使容器内的气体压力基本保持不变。虽然如此，长时间过充后，电池内气压过高，就可能会爆炸。

镍氢电池也有记忆效应，但相对镍镉电池较小。镍氢电池或镍镉电池的记忆效应一般可以通过几次深充深放来缓解。深放电一般要把电池的电压放到放终止电压以下，对于单个电池一般为1 V以下，但不可过低，否则将造成较大的永久性损害。最好不要用自制的设备进行深度放电，尤其是用一根导线和一个小灯泡将电池正负极相连进行放电的手段更不可取，因为这样无法控制放电电压，电压过低会严重的损害电池。建议使用带有放电功能和过充保护功能的设备来进行深充和深放。
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镍氢电池内阻小，可供大电流的放电，放电时电压的变化很小； 并且废旧电池易于回收再利用，对环境的破坏也最小； 其成本和价格较低，作为直流电源是一种质量极佳的电池。镍氢电池主要可以用于制作柱式可充电电池，在时钟、电子游戏机、数码相机、摄像机和部分笔记本电脑中有所应用。
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4　锂电池(Li) . _/ S7 y6 N$ e

锂电池分成两大类：不可充电的和可充电的。不可充电的电池称为一次性电池，它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能，如锂二氧化锰电池等。可充电的称为二次性电池，也就是俗称的锂离子电池(Li-Ion)。锂离子电池的正极是含锂的过渡金属氧化物，负极是碳素材料，如石墨等，电解质是含锂盐的有机溶液。电池中无论在正负极还是在电池隔膜中，锂都是以离子形式存在的。电池在工作时，锂离子在正负极及电解质隔膜中定向运动。当电池充电时，正极释放出锂离子到电解质中，这个过程是脱嵌； 负极从电解质中吸入锂离子，这个过程是嵌入。而电池放电过程和上述情况正好相反，这种充放电时锂离子往返的嵌入和脱嵌的过程就好像摇椅一样摇来摇去，故有人形象的称锂离子电池为“摇椅电池”。 9 n0 Z) U4 l# q; B+ b0 A

锂离子电池与镍镉电池和镍氢电池相比，有很多优点。锂离子电池不存在记忆效应； 相同的电容量下，体积非常小； 使用电压为3.6 V，是镍镉电池、镍氢电池的3倍； 可使用的温度范围广(-20℃~60℃)，而镍氢电池为(0℃~50℃)。同时锂离子电池的自放电率也比较低。自放电率，是指在一段时间内，电池在没有使用的情况下，自动损失的电量占总容量的百分比。一般在常温下，镍镉电池的自放电率为每月13%~15%，镍氢电池为每月25%~35%，而锂离子电池只有每月5%~8%。
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但锂离子电池也有一些令人不满意的地方。如：锂离子电池有使用寿命，一般为两年，并且在不使用的状态下存储一段时间后，其部分容量会永久的丧失。锂离子电池的正负极材料从一出厂就已经开始了它的衰竭历程，不同温度和电池充饱状态，对其影响不同，如表1数据(所剩的电容量占原来电容量的百分比)所列。

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由此可见，存储温度越高和电池充得越饱，其容量损失就越厉害。所以不推荐长期保存锂离子电池，如果手中有闲置的电池，那么存储时充电水平不要超过40%，温度最好低于15℃或更低。而镍氢电池和镍镉电池则几乎不受时效影响，长期存储的镍基电池在进行几个深充深放以后就可以恢复。