什么是鋰離子電池?它有什么注意事項?電池壽命是當今許多應用中的重要因素。對于可植入的醫(yī)療設備，患者需要確信電池會在需要重新充電之間給它們較長的時間，即充電間隔。

幾乎同等重要的是，電池的可用容量以及兩次充電之間的時間將在其使用壽命內(nèi)逐漸減少，這決定了電池需要更換多少年。這決定了電池的壽命以及可以使用多少個有用的充電/放電循環(huán)。選擇電池時，長壽可能是一個關鍵的購買標準-一旦電池達到其使用壽命，將需要更換電池，這將涉及在植入式設備中的某種外科手術。

介紹

通常，在需要充電之前，可以將電池的使用時間減少20%，這被認為是容量減少的一個問題。結果，可再充電電池的使用壽命通常被定義為在容量下降到其原始值的80%之前的充放電循環(huán)次數(shù)。對于醫(yī)療設備的設計人員而言，重要的一點是，他們必須獲得有關市場上可用的各種可充電電池的準確信息。他們需要確信，當他們查看不同制造商的電池時，它們正在比較相同的參數(shù)，并且數(shù)據(jù)表上的數(shù)字反映在現(xiàn)實生活中的行為上。

在本文中，我們將研究設計師如何確保他們獲得正確的信息，并以此為基礎進行決策。我們將回顧哪些因素會影響鋰離子電池的使用壽命，這些因素尤其重要，因為鋰離子電池比其他技術更容易發(fā)生變化，并且其性能在很大程度上受測試，使用和儲存條件的影響。 。

電池壽命如何受到影響

對于任何可充電電池，用戶需要多久找到一個充電點取決于多個因素。

首先，有環(huán)境因素，例如溫度和振動。環(huán)境因素對電池壽命有很大的影響，在25°C左右的溫度下(鋰離子電池通常認為的)退化最小。這也意味著熱管理在某些應用(例如電動汽車)中可能很重要，以確保通過充電或放電產(chǎn)生的熱量不會使電池溫度過高。

但是對于植入式醫(yī)療設備中的電池，這些因素通常不會產(chǎn)生重大影響。這是因為醫(yī)療設備在植入后會保持在大約37°C的恒定溫度下，沖擊或振動很小。對于醫(yī)療設備，對充電間隔的主要影響在于所謂的“操作因素”。其中包括充電和放電的速率以及電池充放電到的全部容量的百分比。存儲也很重要-在將電池安裝到設備中并投入使用后，長時間存儲會保留多少百分比的電量會影響其行為。

充電電壓是關鍵

在鋰離子電池中，正極和負極之間的電位差隨著電池的充電而增加，并且能量進入電池。隨著使用中電池的放電，它會減少，并消耗能量。這意味著可以在端子之間測量的電壓是電池充滿電的可靠指示，因此可以在其中剩余多少能量。例如，通過這種電壓測量，您的智能手機或筆記本電腦可以確定電池剩余電量的百分比，然后據(jù)此估算電池耗盡所有電量之前需要花費的時間。

對于醫(yī)療應用，鋰離子電池的額定電壓通常為3.6V或3.7V。在實踐中，標準程序是將電池充電至約4.1V的最大值，并使其放電至2.7V的低點。停止充電的最大電壓稱為充電終止電壓(EoCV)電平。但是，如果我們更改這些參數(shù)會怎樣?相反，如果僅將電池放電至高于2.7V的最低電壓，則它將僅放電掉部分電量。例如，如果我們在達到3V電壓時停止將電池耗盡，則可能意味著電池僅放電至其容量的40%或50%。

這個低壓點定義了所謂的放電深度(DoD)。因此，將電池完全放電視為100%DoD，而我們可以用較小的DoD百分比來測量壽命?？赡軙绊懯褂脡勖牧硪豁椬兓菍⑸舷揠妷憾它c從4.1V降低至較低值。這些變化的原因是鋰離子電池中發(fā)生了不同的化學反應，例如，使電解質降解或在陽極上沉積不溶性化合物，從而降低了其效率。

這些電壓變化在實踐中產(chǎn)生了令人驚訝的巨大差異。如果我們稍微改變電壓的上限和下限，則電池壽命中的充放電循環(huán)次數(shù)只能減少到以前的20%，甚至更少。盡管在這里我們僅討論電荷和電壓的微小變化，但切記要記住可充電電池可能最終在現(xiàn)場完全放電。例如，患者可能只是忘記在正確的時間為電池充電，從而使其電壓下降得過低，或者可能將電池存放了較長的時間。

與我們剛剛討論的壽命變化相比，這是一個不同的問題，但是對于許多鋰離子電池而言，這種完全放電會造成損壞，從而大大降低其可用性。 EnerSys®通過其Zero-Volt?技術解決了這個問題，該技術可確保即使在電池放電至零伏后(圖1和2)，電池仍可以在峰值容量下運行。

測試結果

當我們測試了自己的Quallion®電池時，我們展示了出色的低容量衰減性能，同時在放電深度(DoD)值為100%(低至20%)的情況下循環(huán)電池。由此，即使經(jīng)過多次充放電循環(huán)，電池容量的損失也降至最低。通過降低充電終止電壓(EoCV)，甚至可以在電循環(huán)期間進一步改善容量衰減性能。將EoCV從最大建議值4.1V修改為較低的4.0V值將增加電池的可用容量。

當我們查看100%DoD(這是醫(yī)療應用中的常見用例)時，我們會在達到初始保留容量的80%時檢查電池的循環(huán)壽命。大多數(shù)醫(yī)療應用指定此工作循環(huán)壽命值，并且所需的值會隨醫(yī)療設備的預期用途而變化。通常，醫(yī)療應用需要電池在100%DoD循環(huán)條件下滿足500至1,000個循環(huán)，同時保持電池初始保留容量的80%。其醫(yī)用電池中使用的Quallion®化學物質以80%或更高的保留容量超過了這些循環(huán)要求。

結論

即使工作條件中的很小差異(例如充電和放電電壓)也可能對電池壽命或使用壽命產(chǎn)生重大影響。這意味著設備設計人員應確保他們以類似方式比較電池，并應檢查電池制造商在其數(shù)據(jù)表上指定的測試條件。以上就是鋰離子電池的相關解析，希望能給大家?guī)椭?