Tadiran 电池 的性能具体解析

Tadiran电池的性能具体解析

1、标准技术电池

电池一旦使用，其电压和开路电压相比会有所降低，然后达到工作平稳电压水平。这是放电电流的一个性能表现。当电流较低时，电池电压会瞬间稳定下来。然而，当电流值较高时，要达到稳定的电压可能需要一个过渡期，在此过渡期中，初始电压将下降至台阶电压以下，然后再恢复。

图3.1.1-1中的三条曲线显示的是初始放电电压的情况。

•曲线A：初始电压立即稳定在台阶电压水平。对于在内存后备的标准电池（这时放电电流低），这种情况是普遍的。

•曲线B：在过渡期间，初始电压降到台阶电压以下，但最小电压高于截止电压，截止电压一般在2.5伏与3.0伏之间。这种情况与一些设备需要中等强度的放电电流有关，这样可以保证在一个可接受的水平上，得到继续的电压。

•曲线C：在过渡期间，初始电压降到台阶电压以下。这与高电流的设备有关。

在曲线C中，恢复到截止电压所需的时间是指滞后时间，所达到的最低电压值是指瞬时最小电压（TMV）。在这个详尽例子中，TMV稍低于2.5伏，延迟时间的长短与使用2.6伏的截止电压有关。

电压滞后现像是由于在锂表面形成一层LiCl钝化膜造成的，而这也是这些电池能够很好长期保持电量的原由。随着储存时间的延长和温度的升高，钝化膜的厚度也增加。此膜可阻止亚硫酰氯与锂金属发生反应，也限制锂离子从金属表面流到电解质。这使电池内阻初始值很高，同时也会减低工作电压。

伏特

时间

图3.1.1-1瞬时电压曲线–标准技术电池

然而,一旦电池开始放电,钝化膜的厚度就逐渐减少,电阻回到一个稳定的值,电池也达到了它的台阶电压.

对于比较低的和中等强度的放电电流，LiCl膜的离子导电性足够保持一个相对自由的锂离子流。如果电流再高，此膜就开始限制离子流。

当钝化膜的厚度减少后，只要电路在连续的长时间内处于断开状态，它的厚度会再增加。这样，如果停止连续放电，即使是在1或2个月后重新放电，电池电压几乎会立即恢复到台阶电压的水平。然而，如果停滞时间越长，钝化层将会不断增厚，并且随之萌生的瞬时最低电压（TMV）将会趋向于恢复到最初值。



2、XTRATM电池

总体而言，3.1.1条中所描述的情况采用了所有不同的电池技术。然而，TadiranXTRATM技术可使电池极大提高其瞬时最小电压（TMV）。

图3.1.2-1标准技术和XTRATM技术的瞬时状况（TMV）的对比。

图3.1.2-2显示的是XTRATM电池和标准电池在室温下其表面膜的电阻率随储存期变化的情况。

▄标准电池▲XTRATM电池储存期（月）

图3.1.2-2XTRATM电池表面膜和标准电池表面膜的电阻率与在室温下的储存期

XTRATM电池在瞬时最小电压和电压滞后时间两方面都有极大的改善，这是利用XTRATM电池的锂表面上的离子导电膜具有不同的特性而得以实现的。通过电子扫描显微镜（SEM）可以观察到，XTRATM电池的表面膜比标准电池上表面膜有更密集和更紧凑的结构。XTRATM电池之所以具有这一神奇性能，是因为它的电阻相对同期的标准电池低了一个数量级。

3、XTRATM高容量电池

高容量（HC）电池的容量比同样尺寸的XTRATM电池高20-40%。Tadiran高容量电池的能量密度可达到1380WH/L(22.6WH/IN3)和700WH/KG(19.8WH/OZ)。（就Tadiran所知，这是商用电池所能达到的最高能量密度）。而且，Tadiran高容量电池保留了所有已改善的TadiranXTRATM电池电压应和性能。Tadiran高容量电池的高容量性与良好的电压应和的两者结合在一起，使得其成为用于使用期限长、自动遥控读数系统的理想电池。

•电压稳定性：总的来讲，Tadiran锂离子电池的工作电压在其整个寿命期间都保持稳定状态。因此对于额定工作范围内的电流而言，其电压实际上是恒定的。

•电池使用寿命的结束：然而，电池经长期使用，其使用寿命几近结束时，电池尤其是XTRATM高容量电池的继续放电量、工作电压都将逐渐减少。依据这种特性可提前3至6个月预知电池使用寿命的结束。通过考虑放电电流、使用截止电压、温度范围和所需警报时间,可以确定电池使用寿命结束时所显示的电压。

有关显示电池使用寿命结束的设计要求,Tadiran的使用工程师会依据种种详尽情况加以考虑并进行设计。

电池的放电•放电电流/时间和电池容量

如图所示，电池可达到的容量主要取决于放电电流或放电时间。
放电时间（年）

图3.2.1-1电池容量与放电时间

•在额定放电电流或放电时间范围内的电池可用容量达到最大值。

•在放电电流低的情况下，由于长时间放电，电池自放电会变大，因而可用容量相应地减小。

•在放电电流高的情况下，动力效应进一步减低了放电效率，内阻增大，因而可用的容量也相应地减小。

•脉冲放电

脉冲放电模式是由一个继续的低耗用电流和多个带有周期性的或随机性的高电流脉冲的短暂脉冲串组成的。

时间

图3.2.2-1典型的脉冲放电模式

一般来讲，接通时间与断开时间的比值在1：10到1：10，000之间。就电源功率而言，这种脉冲放电模式相当于静态均匀电流（Iav）的情况，静态均匀电流比峰值电流（Ipk）低得多。这样，只要Ipk：Iav的比值高，在脉冲放电模式下可用容量通常倾向于从Iav取值而不是Ipk。



•脉冲电流与瞬时最小电压

总的来讲，当脉冲电流带有静态电流时，瞬时电压（TMV）比在没有任何静态电流的情况下要更高。那就是说，静态电流能减弱钝化效应并提高脉冲瞬时最小电压。

在一天需要几次电流脉冲的情况下，由于钝化层被抑止变厚，所萌生的瞬时最小电压将会变高。如，在室温下，每天带有6次高脉冲频率的1/2AAXTRATM电池将可萌生50mA脉冲，时间是0.2秒，但其电压不低于3伏。

由于脉冲期长，较低的脉冲频率需要达到在瞬时电压时的同样水平，因此脉冲期是一个紧要因素。

储存期与工作期Tadiran采用了三种办法来确定经过长期储存的电池的可用容量，或者经过长期使用的电池的容量。

长期践行探测：这种探测是测量各种经长期储存的电池的容量，以及对长时间放电的践行探测。这种探测在Tadiran已系统地使用超过15年，它形成了一个Tadiran锂离子电池性能的基本资料源。为了测定电池的长期工作结果，还需要一个更快捷的探测办法。

高温度模拟实验：在电池业内普遍认为，电池在72℃的温度环境存放3个月相当于在室温下存放10年。然而对Tadiran锂离子电池所进行的探测结果证明，电池在温度72℃下可存放1.5年而不是3个月，但这对于预测电池室温下的存放寿命可能不实用。

微热量计测量：这种办法是使用一种微热量计测量电池在储存或工作期间所萌生的热量。此热量计可测量甚至低于1/μW的能量分布性能。

Tadiran采用了一种最新的Hart牌科学导热热量计（HCC），它可精确测量各种不同的环境温度下很低的能量分布。无论是开路的还是已加负载的电池在空气槽中都得到平衡，然后转入此仪器的内槽中进行测量。

电池中萌生的总热量主要由于三个方面的作用：

•熵值变化–通常指不可恢复的热量。

•电池过（电）压-通常指不可恢复的热量。

•化学反应-例如影响电池容量的自身放电反应，或不影响电池容量的副反应。

通过运用热力等式和考虑电池的电压条件，长期储存或使用中的电池的容量（包括自身放电）可被计算出来。

经长期探测而得到的相关结果是很好的，并且从长期践行探测中所获得的连续历史记录都很好，由于这两种原由，使用这种微热量计被认为是用来确定电池长期工作性能的一种快捷可靠办法。

通过这些测量办法，我们证实：在电路断开的情况下，标准电池的自身放电量每年只占总电量的1~2%，XRTATM电池是2%；对于使用这两种技术制造的电池，每年的自身放电量只占总电量的2%。

电池方位

电池容量和电池方位的变化取决于其放电电流（不论电池是固定的还是可移动的）及其大小。

Tadiran锂离子电池的一般容量状态总结如下：

•在整个额定放电电流范围内，如果电池是直立着放电或侧卧着放电，那么其容量不受影响。

•在低放电电流范围内，或在放电脉冲不常发生、发生时短暂或者发生时脉冲很高的情况下，不论电池方位要怎么样，其容量不受影响。

•在高放电电流范围内，不论电池方位要怎么样，较小电池（1/2AA，AA，1/10D，1/6D，BEL）的容量完全不受影响。

•在高放电电流范围内，如果较大电池（C,D,DD）倒置放电,其容量会受影响。

图3.4-1显示的是电流换流的效果，其放电电流容量范围（CI）是在额定电流高（IH）范围与低范围（IL）之间。

如果Tadiran锂离子电池在放电期间偶尔移动了一下，其容量不受影响。

CellSize

ILmA

Cl%

IHmA

Cl

1/2AA

≤0.5

100

10

>90

AA

≤1.0

100

15

>90

C

≤2.0

100

30

>80

D

≤4.0

100

60

>60

DD

≤8.0

100

100

>60

图表3.4-1电池容量换流效果

不同电流和温度下放电

Tadiran锂离子电池的放电情况取决于电流负载、工作温度和开始放电前的总体情况。总体放电特性显示在图3.5-1中，以1/2AAXTRATM电池为例子。有关其它电池的尺寸和技术的相近信息可从Tadiran公司处得到。考虑到初始情况下的电池状态，每一幅图表都蕴含一个窗口，其中给出了当电路开始使用时的电压反应（瞬时电压资料）。

图3.5-1TL-2150（1/2AAXTRATM）型电池的放电特性（以一年期电池为例）

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