摘要本文基于 Renata 官方设计指南系统介绍锂纽扣电池的电气性能、温度影响、储存老化、接触材料及安全认证等关键知识。内容涵盖开路电压、内阻、脉冲电流等核心参数并针对高温、低温、储存条件等实际应用场景给出专业建议同时介绍微方电子作为 Renata 授权代理商的服务优势为电池选型与应用设计提供参考。关键词锂纽扣电池、电气性能、开路电压、内阻、温度影响、自放电、储存条件、接触材料、安全认证、微方电子、Renata、授权代理商转载来源Renata Designer Guide (Renata SA for further information)一、一般电气性能锂电子通常显示的开路电压值是多少基于锂 / 二氧化锰电化学系统的 CR 型纽扣电池标称电压为 3V。实际上全新的锂电池通常会显示开路电压OCV在 3.10 - 3.40V 之间。该电压范围是在室温下测量的预期值实际上 OCV 值取决于测量时的温度。此外电池在存储一段时间后由于老化效应可能会显示在此范围之外的值请参阅本文中关于锂纽扣电池推荐存储条件的部分。电池的内阻是多少它如何影响电池性能从电学角度来看电池是能源和电阻的组合。锂电池的内阻Ri是由欧姆贡献和电阻贡献来自电池放电过程中发生的电化学现象之和。内阻会降低应用中的有效电压并导致内部发热从而造成功率损失且该损失随电流的平方增加。通过精确选择和质量控制材料RENATA 的制造工艺最大限度地减少了导致锂电池内阻的电阻因素。测量内阻的一种简单且廉价的方法是向电池施加电阻负载R1并测量负载下的电池电压CCV闭路电压。内阻会随时间或电池放电而改变吗原电池在使用寿命期间内阻会有有限的增加。对于锂纽扣电池放电过程中内阻的正常增加是由于欧姆因素和锂阳极处发生的电化学现象锂金属和电解质溶液之间界面膜的生长导致的。随着放电水平的增加总内阻的增加如下图所示。[插入 CR2450N 电池特性曲线图展示内阻随时间的变化]然而这些内阻的增加通常是有限的在设计新应用时必须考虑到。将电池暴露于高温下会导致阳极钝化膜的进一步生长内阻额外增加。此外温度升高到 70°C 以上会导致内阻异常增加由于电解质泄漏和降解现象。滥用条件如高电流放电和短路也会由于电池内部组件的恶化而导致内阻异常增加。锂电子在电流脉冲期间的电压降是多少电流脉冲期间的电压降ΔV是施加脉冲前的电池电压高电压V₁与脉冲期间的电池电压低电压V₂之间的差值即 ΔV V₁ - V₂。此外Ri 的值取决于电池类型、温度和放电水平请参阅有关内阻的相关部分。因此电池的电压降将受到温度和电池放电水平的强烈影响。从上述公式还可以看出电压降严格取决于所施加的脉冲本身特别是脉冲电流Ipeak的值。电压降还受其他定义脉冲负载的参数影响这些参数包括脉冲持续时间即施加的脉冲电流 Ipeak 的长度、脉冲周期即两个后续脉冲之间的时间、脉冲序列发生的频率即脉冲序列施加到电池的频率以及最终的基础电流即两个脉冲序列之间施加的电流。最后三个脉冲参数会影响脉冲期间的电压降因为它们的设置会影响施加脉冲前的电池电压V₁的值。5. 锂纽扣电池能处理的最大脉冲电流是多少对于脉冲应用中的峰值电流值没有指定的限制。相反可以通过与电气应用相关的一系列因素和实际考虑来定义电流限制如负载曲线、截止电压和电池在应用中的目标使用寿命。电气应用通常由电压阈值截止电压调节当电池在脉冲期间的电压低于截止电压时应用将关闭。在电气负载和截止电压方面正确设计电气应用并选择具有正确能量和功率特性的电池对于实现应用的目标使用寿命至关重要。应用特性、电池性能和目标应用服务之间的相互关系如下图所示。6.测试电池性能的最短时间周期是多少通常会进行加速测试来验证电池在应用中的寿命或测试不同电池的性能。根据 IEC 60086 - 1建议将电池放电约 30 天。在标准放电电流下这些天内可达到 100的保证容量。然而当考虑到由此导致的容量减少时也可以进行快速测试。平均放电电流的限制是最大连续放电电流。不建议进行超过此限制的电流测试因为结果可能不典型或可能产生误导。Li / MnO2 电池设计用于提供低电流数年。因此当在很短的时间内用高电流放电电池时测试结果相当随机。二、温度对电气性能的影响高温对电池性能有任何有害影响吗对于锂纽扣电池不应超过给定的最大工作温度以避免任何电解质泄漏从而导致电池功能降低。将温度升高到室温以上会增加自放电速率降低可用电池容量从而缩短使用寿命和储存寿命。电池的自放电是由于电极处发生的寄生反应消耗电活性材料。对于每个反应这些过程的速率是温度的函数。确定给定温度下自放电的一个简单 “经验法则” 是自放电速率从室温20°C每升高 10 摄氏度增加 2 倍。例如鉴于室温下锂纽扣电池的自放电速率为每年容量损失的 1在 40°C 时自放电速率将为1×2 ^ {(40 - 20) / 10} 1×2 ^ 2 4的容量损失 / 年。不同温度下储存特性2. 低温对电池性能有任何有害影响吗由于电解质电导率降低导致内阻增加电池在低温下的性能会降低。因此电池提供高功率的能力也会降低。特别是在设计高功率需求高电流消耗如脉冲负载的应用时必须仔细考虑这一因素。三、储存 / 老化对电气性能的影响锂纽扣电池的推荐储存条件是什么锂纽扣电池的正常储存温度在 10°C 至 25°C 之间绝不超过 30°C也根据 IEC 60086 - 1。这样可实现电池的最大储存寿命即电池性能的最大保留。储存温度高于室温会增加自放电速率降低电池的可用容量。也应避免长时间处于湿度高于 95RH 和低于 40RH 的环境中因为这些极端情况对电池有害。建议将电池储存在低温下但将电池转移到较温暖的环境时必须注意因为电池上可能会有水凝结有短路的风险。四、接触材料的影响推荐哪些接触材料推荐的接触材料包括固体镍提供出色的抗环境腐蚀能力、镀金在所有环境条件下提供最可靠的金属 - 金属接触、镀镍不锈钢性能几乎与固体镍一样好、镀镍不锈钢也用于 RENATA 的电池座 SMTU / HU 系列是可靠的金属 - 金属接触、因科镍合金提供良好的导电性和耐腐蚀性。与不锈钢相比镀镍触点更容易焊接。哪种接触力和设计能确保最佳的电气性能和可靠性触点的接触力应在 2 至 10N约 200 至 1000 gf之间。接触设计重要的是触点应施加足够的压力以牢固地固定电池并防止电气断开即使在冲击条件下。触点必须能够抵抗永久变形。此外两个接触点比仅一个接触点更能保证可靠性。电池可以进行清洗过程吗可以但应使用不攻击聚丙烯电池垫圈的清洁溶液。在 PCB 清洗过程中请使用非导电清洁溶液。在导电溶液中电池会短路导致放电、电压下降并可能导致电池性能恶化。五、RENATA 锂电池在安全方面是否经过认证Underwriters Laboratories Inc.Northbrook / IL / USA根据文件编号 MH14002 认证了 RENATA 电池的安全性。另请参阅Renata 原厂网站和本指南中的安全部分。或访问我们以获取更多信息。