鋰電及18650

http://www.shoudian.org/thread-273441-1-4.html

 

（部分圖片引用壇友的工作，先行致謝）
18650電池是最常見的手電電池之一，三洋和鬆下18650作為大容量電池的傑出代表在論壇中享有崇高的地位。隨著電池正極材料從上一代鈷酸鋰向下一代演進，電池的容量、充電電壓、放電平台等參數都發生變化，將對未來的手電和充電器的設計產生重要影響。

首先介紹兩個使用鈷酸鋰（LiCoO2）作為正極材料的上一代產品：

 

1）三洋2600mAh，官方代號UR18650F，俗稱大紅袍、三洋淺藍頭，這個大家已經非常熟悉，就不多說了。
2）鬆下2550mAh，官方代號CGR18650E。

 

 

 

圖一 鬆下2550mAh

這兩款電池的共同點是充電電壓4.2V，標稱電壓3.7V，放電曲線拐點出現在3.5V左右，它們已把鈷酸鋰材料運用到了極致。

 

圖二 鬆下2550mAh的官方放電曲線

從這圖可以看出，鬆下的鈷酸鋰電池有著和三洋淺藍頭類似的放電曲線。可見材料決定性能，所謂鬆下放電平台不如三洋隻是一種片麵的說法。

由於鈷的價格較高，因此電池廠家一直在努力尋找新材料，以實現更低成本、更大容量和更多的循環次數。和上一代技術不同的是，三洋和鬆下選擇了不同的路線： 三洋使用了鎳錳鈷三元材料Li(Ni-Mg-Co) O2和鈷酸鋰的混合物作為正極，由於這一改變，電池的充電電壓從4.2V增加到了4.35V，但放電曲線拐點仍維持在3.5V左右。相應的產品有2800mAh（UR18650ZT）和3000mAh（UR18650ZTA）。

圖三 三洋2800mAh

 

 

圖四 三洋3000mAh

鬆下的正極使用了鎳基材料（LiNiCoAlO2），該技術稱作Nickeloxide based New Platform ，簡稱NNP。其特點在於充電電壓仍維持在4.2V，但標稱電壓降低到3.6V，即放電平台變低了。鎳基材料相對於鈷酸鋰的最大優勢是循環次數大大增加，鬆下聲稱1500次循環後還能剩下70%的容量。相應的產品有2900mAh（NCR18650）、3100mAh（NCR18650A）和3400mAh（NCR18650B）。在改進正極的基礎上，鬆下還把負極材料從石墨改為矽混合材料，進一步把容量提高到4000mAh，並打算於明年量產這種下下代電池。使用新負極的代價是平均放電電壓又降低了少許，另一個缺點是相比3400mAh的46克質量，重達54克的4000mAh產品的容積能量密度雖然提高了，但質量能量密度卻沒有增加。

圖五 鬆下3100mAh、3400mAh （by aku1979）

 

 

圖六 鬆下4000mAh

鬆下4000mAh的包裝相當漂亮。
 

圖七 鬆下定義的三代產品

 

至此，三洋和鬆下兩代18650電池可大致劃分3個陣營：鈷酸鋰、鬆下NNP（含下下代4000mAh）和三洋鈷混合。下麵幾張圖是3個陣營代表作之間的PK：

首先是三洋2600 PK 鬆下2900

 

 

 

圖八 鈷酸鋰中的大哥——三洋2600mAh

 

 

圖九 鬆下NNP中的小弟——鬆下2900mAh

關於兩者哪個好，論壇裏爭論已久。容量和充放次數鬆下占優、價格和放電平台三洋更強，蘿卜青菜，各有所愛吧。1 e0 d: N5 j- V/ J, X3 l6 _
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接下來是鈷酸鋰 PK 鬆下NNP：

 

圖十 三代鬆下電池的放電性能曲線

如果把鈷酸鋰中的小弟2200mAh和NNP平台的大哥放在一起比較，那新材料在容量上的優勢就可以完全抵銷掉放電平台的劣勢了。從這張圖還可以看出，即使到了2.5V，鬆下4000mAh的曲線還沒有變垂直，這就意味著還能放出少許電力。

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至於鬆下NNP和三洋鈷混合最高容量產品鬆下3400mAh和三洋3000mAh之間的巔峰對決，附上幾位壇友的交叉驗證評測數據：8 O2 y! G. G( H) S. _( V

 

 

 

圖11 三洋3000mAh在充到4.2V和4.35V時的容量差別，by 胡來

相差將近400mAh和近900mWh，充分說明了充到4.35V的必要性。但鬆下3400mAh從4.2V增加到4.35V後隻增加了不到100mAh和500多mWh。 , i: U1 z; y& q9 w5 w

 

 

 

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圖12 三洋3000和鬆下3400充到4.35V後的巔峰對決， by aku1979

這節三洋3000mAh性能不咋地，隻達到了2800mAh的水準，因此容量上明顯遜於過充後的鬆下3400。

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近一段時間電池區的一個熱門話題就是這些新電池充電電壓到底是4.2V還是4.35V，還有一些實驗將原本4.2V的電池充電到4.35V進行測試。根據上麵的介紹，我們知道每種材料都有自身對應的充電電壓，無法隨意變更。鑒於鈷酸鋰電池過充會縮短壽命甚至帶來爆炸危險，而下一代鋰電的耐過充過放性能尚未明確，因此在公布此類實驗結果的同時最好能給出危險警示。

 

 

再附上兩篇參考資料：
http://wenku.baidu.com/view/12b4bf1cb7360b4c2e3f6441.html 0 Z3 Z  V# O' x  N8 L, O8 Z
http://powerelectronics.com/mag/601PET06.pdf

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電池是手電的能量來源，鋰電池參數的重大變化必然會給使用18650電池的led手電的設計帶來重要影響。新一代電池至少會帶來下麵三個問題：

 

首先，桐油們目前手中的筒子是否能充分地發揮新一代電池的性能？有相當數量的現有18650手電設了3V左右的低電壓保護，這將導致鬆下電池，特別是4000mAh的小部分電力無法釋放，大容量優勢被抑製了，這將影響到部分桐油對鬆下NNP平台的選擇

其次，新型保護電路設計將變得更加複雜。很多傳統的防過放電路隻是針對鈷酸鋰平台設計的，很難做到同時兼容新舊兩代平台。相信優秀的廠家能夠應對此挑戰，但完美的設計什麽時候能出現還是個未知數。

再次，Cree XR-E之後的led的Vf都不高，因此7135這樣的簡單的降壓限流電路完全可以榨幹鈷酸鋰電池的能量，而部分更複雜的電路在設計時也隻考慮了電路在降壓時的效率。如果搭配鬆下4000mAh這種3V以下還能放出不少能量的電池，就很容易出現放電困難，餘電不盡的症狀（腫麽這麽像前列腺炎？）。因此，新的手電電路設計不僅需要考慮降壓效率，也要兼顧升壓效率，否則難稱完美。

除了led手電電路，充電器的設計也會受到很大影響——4.35V和4.2V這兩種不同的充電器和電池必然會在消費者中引發混亂和誤搭配，輕者欠充，重者過充造成安全隱患，因此充電器也是個非常值得重視的問題。帶保護的18650電池或內置充電功能的手電是否會因此而流行呢？劣幣驅除良幣的市場將具有重要發言權。

18650電池技術的更新換代已在如火如荼地進行了，可以預見在不久的將來，必然會有諸如“完美支持三洋3000mAh和鬆下4000mAh”，或“榨幹鬆下4000mAh”（秘密就是不設低電壓保護）這樣的廣告出現。有多少能做到名副其實呢？讓我們拭目以待。

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補充說明：市麵上的電池，有的標4.35V，有的標4.3V，就我目前能查證的數據，3000mAh是4.35V，2800mAh是4.3V，三星例外，都是4.3V。  i+ z. t, X- w, ]4 e) C3 t" h

4.35V:
三洋3000mAh: http://www.panasonic.com/industr ... E305-UR18650ZTA.pdf/ i+ K6 p" P' G$ # " L
LG 18650 D1 3000mAh：http://budgetlightforum.com/node/97270 d7 W( 2 L% |3 h: Q0 O1 B1 V/ N
) h" }* H% L2 Q7 H
4.3V
三洋2800mAh：http://www.panasonic.com/industr ... CE303-UR18650ZT.pdf
LG 18650 C2 2800mAh：http://budgetlightforum.com/node/10435& s- Q$ U  r5 Z3 h& t" ' F
Samsung ICR18650-28A 2800mAh： http://budgetlightforum.com/node/13448$ R8 j+ _) ~0 Z2 e+ " E  B
Samsung ICR18650-30A 3000mAh： http://www.meircell.co.il/files/Samsung%20ICR18650-30A.pdf