Page 50 - 第三代半導體—— 碳化矽材料製程與分析

48
我們都聽說過溫度升高導致鋰電 池爆炸和熱失控的風險，這種風 險可以在鋰離子電池中得到緩解。 在這種電池中，鋰是以非金屬的形 式，而是以鋰離子在陽極和陰極之 間來回移動。鋰離子電池可以交換 能量密度(與鋰金屬相比)，使其能 夠以相對穩定和安全的方式充電。
出(為了獲得功率，需要低電池電阻 和高電解質電導率)。由於有機電 解質的低電導率，鋰電池的電池 設計傾向於大表面積結構，例如 鈕扣電池和果凍卷結構而不是線 軸類型，以最小化內阻並提高功 率能力。換句話說，必須依靠電池 結構來增加鋰電池的功率輸出。
作。雖然鋰離子電池已在許多消費 類應用中取代了該系統，但鎳金屬 氫化物仍可用於混合動力車，甚至 可以使用長達10年以上。其活性化 學物質本身也比鋰系統更安全，並 且不需要使用複雜的電池管理系 統。在攜帶式工具等相關應用中， 鎳氫電池的成本也能夠與鋰離子 電池相互競爭。
由於其出色的能量密度和較長 的循環壽命(超過1,000次循環)， 這些可充電系統被廣泛用於各種 應用，例如手機、筆記型電腦、充 電式混合動力和電動車。在最常見 的鋰離子電池組成中，陽極通常是 石墨片，陰極是鋰鈷氧化物，電解 質是有機溶劑中的鋰鹽。
3.6V或更高的高電池電壓意 味著高壓應用需要更少的電池單 元。例如，一個鋰電池可以替代三 個電池電壓為1.2V的鎳鎘或鎳氫 電池，然而與鉛酸電池不同的是， 這些電池可以進行深循環。
3.鉛酸電池:鉛酸電池的能量 密度低，但由於能夠以低成本的方 式提供高峰的電流，因此被廣泛用 於汽車的啟動電池。沒有其他電池 系統能夠像鉛酸那樣廉價可靠地 提供高功率速率能力，而且這個 系統已經使用了140年!難怪這種 電池系統可用於高爾夫球車、叉 車、UPS車輛、電動滑板車和電動 輪椅等應用。由於它們的能量密 度低，可能不會看到該系統用於消 費類應用。
由於鋰對水具有高度反應性， 因此與鋅不同，它不能與水性電解 質一起使用。有機電解質是常見 的——但與氫氧化鉀、氯化鋅等水 性電解質相比，它們的電導率相對 較差，並且限制了鋰電池的功率輸
2.鎳氫電池:鎳金屬氫化物電 池使用氫氧化亞鎳陰極、儲氫合金 作為陽極(代替鎳鎘電池中的鎘)和 鹼性電解液。它們具有良好的高功 率能力，但在能量密度方面無法與 鋰離子電池相提並論。一個1.2V電 池系統對過度充電和過度放電都 具有彈性，可以在-30~75°C之間運
4.鎳-鎘電池:由於鎘的毒性 導致自1990年以來，鎳鎘電池的市 場已被鋰離子和鎳氫電池所取代。 鎳鎘電池提供1.2V的電壓，並使用 鹼性電解質。鎳鎘電池提供高放 電率的能力，使攜帶式電子應用得 以成功進入市場。該系統的優點包 括高循環壽命、較寬的溫度範圍和 相對較高的濫用耐受性，然而，由 於鎘的毒性，這種電池正在被許多 消費者應用逐步淘汰。
圖5:芯卷結構針對功率進行了最佳化。
www.eettaiwan.com | 2022年7月
電池選擇須考量許多因素，例 如性能、成本、安全性和保存期限 等。評估應用所需的最重要的幾項 電池指標是個好的出發點，其有助 於縮小化學和設計選項的範圍。
DESIGN CORNER