特種高倍率電池

　　高倍率電池的特種應(yīng)用，主要是針對(duì)便攜裝備二次用電等待時(shí)間較長(zhǎng)、電池資源浪費(fèi)、快速反應(yīng)能力受制約等現(xiàn)狀展開(kāi)的。可高倍率充電鋰離子電池的使用有良好的潛力和前景，但應(yīng)兼顧現(xiàn)行體制，在鞏固現(xiàn)役鋰離子電池性?xún)r(jià)比、電路控制、安全性、高低溫充放電和循環(huán)壽命等優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，合理穩(wěn)妥地實(shí)現(xiàn)高倍率充電。

　　鋰離子電池逐漸成為各國(guó)使用的主要電池。高倍率鋰離子電池不但降低了約1/3的設(shè)備負(fù)重，提高靈活性和機(jī)動(dòng)性，還可將設(shè)備的工作時(shí)間延長(zhǎng)2~3倍，最大限度地保障了野外任務(wù)完成的時(shí)效性和可靠性。

　　高倍率鋰離子電池的充電時(shí)間(2~4h)，雖然短于鎘鎳、氫鎳及鉛酸電池(5~7h)，但仍不能滿(mǎn)足戰(zhàn)爭(zhēng)狀態(tài)下應(yīng)急的需要。美軍在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中普遍使用一次電池，避免充電問(wèn)題，當(dāng)天作戰(zhàn)任務(wù)完成后，舊電池全部丟棄，換上新電池，導(dǎo)致戰(zhàn)爭(zhēng)期間電池的后勤保障強(qiáng)度比彈藥還大。為了滿(mǎn)足戰(zhàn)時(shí)裝備再充電等待時(shí)間(5~30min)的需要，理論上可對(duì)鋰離子電池進(jìn)行高倍率(5~20C)充電。

　　高倍率電池材料發(fā)展的現(xiàn)狀

　　通常高倍率充電時(shí)強(qiáng)大的電流會(huì)導(dǎo)致電池漏液、起火，甚至爆炸等危險(xiǎn)。材料的改進(jìn)和發(fā)展，是電池實(shí)現(xiàn)高倍率充電的前提，目前商用鋰離子電池多使用LiCo02作為正極材料。為了改善電池的高倍率充電和安全性能，可采用LiMn204、LifePO4、LisV2(PO4)3及三元材料LiNi?Co? Mn?02、LiNi?Co?Al?02等作為正極材料。

　　鋰離子電池負(fù)極大多采用碳材料。碳材料價(jià)廉易得，但首次充電不可逆容量較高、循環(huán)性能差，不適合高倍率充電。Li4Ti5O12可作為非碳負(fù)極材料，比容量達(dá)165mAh/g，特有的尖晶石結(jié)構(gòu)可提高電極的循環(huán)性能和使用壽命，使電池具備良好的耐過(guò)充、過(guò)放和安全性能，滿(mǎn)足高倍率充電的要求。

　　高倍率電池的使用定位和可行性分析

　　在特種領(lǐng)域中，便攜裝備(如通信、指控、偵察和定位等設(shè)備)多以鋰離子電池為核心供電單元，能夠滿(mǎn)足多種使用模式(手持、背負(fù)、穿戴和搬移等)下的設(shè)備用電需求。

　　鋰離子電池提供了3.6V、7.2V、14.4V及25.2V等4種電壓等級(jí)，容量多在12Ah以下。配套的充電設(shè)備功率等級(jí)多為200W以下，充電電流為0.2C和0.5C。國(guó)外推出的可高倍率充電鋰離子電池以中小功率居多，多應(yīng)用于便攜設(shè)備(如小型電動(dòng)工具)，容量從數(shù)Ah到十多Ah不等。

　　可高倍率充電的鋰離子電池能否與現(xiàn)役電池在配套特性上保持一致。高倍率充電的鋰離子電池在裝備配套體制上具有可行性，通過(guò)產(chǎn)品優(yōu)化和工藝提升，能夠在電氣適配、接口配套和供電要求上與現(xiàn)役電池保持一致。

　　現(xiàn)有充電設(shè)備不具備5~20C充電的能力，充電電流的成倍增加，不但會(huì)增加充電設(shè)備的功率、體積和質(zhì)量，還會(huì)增加部隊(duì)營(yíng)區(qū)或野外機(jī)動(dòng)平臺(tái)供電容量的要求;同時(shí)，在鋰離子電池具備了高倍率充電能力的前提下，電流越大，充電時(shí)間越短，越有利于應(yīng)急任務(wù)的執(zhí)行。綜合上述因素，在現(xiàn)有供電體制的基礎(chǔ)上，應(yīng)確立充電電流的最佳值。

　　以用戶(hù)端交流供電容量220V/16A計(jì)算，可得出最大功率為3520W。充電設(shè)備的效率一般約為90%，考慮到高倍率充電時(shí)設(shè)備熱損耗增加等因素，以85%效率計(jì)算的有效輸出功率為2992W。對(duì)比可知，現(xiàn)有市電條件下最多可滿(mǎn)足充電設(shè)備10C的工作要求。充電電流若從10C增大到20C，理論充電時(shí)間會(huì)從6min減少到3min，但設(shè)備功率增加將近一倍，給配電系統(tǒng)和充電設(shè)備的設(shè)計(jì)和制作帶來(lái)困難。從使用角度來(lái)看，與現(xiàn)有充電設(shè)備0.5C充電相比，10C充電可使理論充電時(shí)間由2h縮短到6min。綜上所述，鋰離子電池的高倍率充電設(shè)為10C是較為可行的。