物聯網長壽命鋰亞電池電壓滯後現象及解決方案

　　鋰亞電池在經過長期微小電流或者長期靜置儲存後再大電流放電時會出現電壓滯後的現象。

　　2SOCl2 +4Li → 4LiCl+SO2+ S

　　鋰亞電池是不可充電的鋰金屬電池，其電解液及正極材料均為亞硫醯氯。當金屬鋰與亞硫醯氯化學反應時，會生成氯化鋰氧化產物，該氧化產物會附在金屬鋰的表面，我們稱之為氧化膜(也叫鈍化膜)，這層氧化膜可以阻止反應的持續快速進行，換句話說，這層氧化膜對負極金屬鋰起到了保護作用，這也是該電池具有長時間儲存特性的原因。

　　鋰亞電池ER34615H結構

　　氯化鋰保護膜生成後，內部停止反應只是相對的，並非絕對，不管是適合大電流放電的功率型電池，還是適合小電流放電的能量型電池，只要電池這麼一直靜置著，內部極緩慢的化學反應就會讓鈍化膜逐漸變厚。鈍化膜的出現讓鋰亞電池的內阻也隨時間不斷發生變化。

　　孚安特功率型鋰亞電池ER26500M結構

　　也正是鈍化膜的生成，使得鋰亞電池在常溫下的年自放電率非常小(能量型低於1%，功率型低於2%)。加上鋰亞電池高達700wh/kg的能量密度，鋰亞硫醯氯電池成為了目前物聯網低功耗長壽命應用領域的絕對明星產品。鋰亞電池滯後現象目前階段暫時還無法完全通過內部配方解決，但是實際應用中可以通過一些方法消除滯後。以ER14505M為例，如果貯存了半年後才開始使用，可以在使用前用15Ω電阻放電10-20分鐘進行激活。其他型號鋰亞電池長時間貯放不用，消除滯後對應的安全電阻大小及放電時間請向孚安特詳詢。

　　為避免電池裝機後出現滯後現象對終端用電設備造成影響，孚安特推薦使用如下兩種電路方案。

　　1,使用激活電路消除滯後的影響在電路中加入一個脈衝放電的程序，用適當的電流對電池予以衝擊，脈衝放電的電流和頻率根據儀表的工作所要求的最大電流和最低工作電壓而定。a.可用電路工作時的最大峰值電流對應的電阻對電池放電5~10秒的方法激活(如：電路的最大峰值電流為50mA，則對應的電阻為62歐姆)，激活頻率為10~15天一次。b.或者在電路中設計一個小電流高頻次的激活程序，如5mA脈衝放電，1s一次，每次持續1ms。

　　2.電路中使用鋰離子電容器SLC或SPC，SLC負責大電流負載，或用作維持CPU工作的小電流負載。

　　圖1

　　圖2

　　SLC I和SLCII均為鋰離子電容器，其中I為層疊式，II為卷繞式。

　　上述兩種方法中，第一種方法可靠性不如第二種高，使用SLC/SPC的方法不僅可靠性高，還不會出現掉電現象，特別是按圖2 的工作電路，只要電池的容量足夠就行。

　　孚安特比較推薦配合SLC/SPC使用的方案，這種長壽命電源方案中,電池主要負責保證足額的容量供應，SLC/SPC負責提供滿足脈衝需求的大電流。在此類電源方案中，SLC/SPC體積小，可循環充放電次數極高，當設備對電源方案的空間體積有限制時，電池的性能優異程度往往決定了整個方案的可靠性及持久性。如果產品開發者確認使用鋰亞能量型電池+SLC/SPC的電源方案，在批量試產前，孚安特公司建議除了對電池進行豎立姿態下的容量測試外，還應模擬設備正常工作時電池所處的姿態對電池進行容量測試，可輸出容量越高性能越好。此種方案比較適合用於目前需要工作3-10年的智慧城市物聯網電源方案中。

　　武漢孚安特可提供四種最高充電電壓3.95V的卷繞式SLC供使用，SLC1016，SLC1025，SPC1520，SPC1550。以SLC1016為例，10代表直徑為10mm，16代表高度為25mm。

　　後語：

　　對於不需要長期休眠的應用場景(每次休眠2個月以下)，鋰亞電池滯後問題可以不用考慮。很多有大脈衝的應用場景基於成本及設備內部空間考慮，會單純選擇大容量的功率型鋰亞電池，該類型電池無需配合SPC即可提供大電流。以孚安特ER34615M為例，單只電池體積與ER34615H相當，最大可持續放電電流1.8A，最大脈衝電流可達3.5A;單體電池在常溫下以15mA電流放電至2.0V截止時亦能放出13Ah的容量。因此電源方案其外形結構規則，更易於產品開發者靈活布置設備空間，加上成本相對低些，目前被大量應用在需要持續工作1-6年的應用場景中。

責任編輯：kj005

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