http://www.shoudian.org/thread-273441-1-4.html
(部分图片引用坛友的工作,先行致谢)
18650电池是最常见的手电电池之一,三洋和松下18650作为大容量电池的杰出代表在论坛中享有崇高的地位。随着电池正极材料从上一代钴酸锂向下一代演进,电池的容量、充电电压、放电平台等参数都发生变化,将对未来的手电和充电器的设计产生重要影响。
首先介绍两个使用钴酸锂(LiCoO2)作为正极材料的上一代产品:
1)三洋2600mAh,官方代号UR18650F,俗称大红袍、三洋浅蓝头,这个大家已经非常熟悉,就不多说了。
2)松下2550mAh,官方代号CGR18650E。
图一 松下2550mAh
这两款电池的共同点是充电电压4.2V,标称电压3.7V,放电曲线拐点出现在3.5V左右,它们已把钴酸锂材料运用到了极致。
图二 松下2550mAh的官方放电曲线
从这图可以看出,松下的钴酸锂电池有着和三洋浅蓝头类似的放电曲线。可见材料决定性能,所谓松下放电平台不如三洋只是一种片面的说法。
由于钴的价格较高,因此电池厂家一直在努力寻找新材料,以实现更低成本、更大容量和更多的循环次数。和上一代技术不同的是,三洋和松下选择了不同的路线: 三洋使用了镍锰钴三元材料Li(Ni-Mg-Co) O2和钴酸锂的混合物作为正极,由于这一改变,电池的充电电压从4.2V增加到了4.35V,但放电曲线拐点仍维持在3.5V左右。相应的产品有2800mAh(UR18650ZT)和3000mAh(UR18650ZTA)。
图三 三洋2800mAh
图四 三洋3000mAh
松下的正极使用了镍基材料(LiNiCoAlO2),该技术称作Nickeloxide based New Platform ,简称NNP。其特点在于充电电压仍维持在4.2V,但标称电压降低到3.6V,即放电平台变低了。镍基材料相对于钴酸锂的最大优势是循环次数大大增加,松下声称1500次循环后还能剩下70%的容量。相应的产品有2900mAh(NCR18650)、3100mAh(NCR18650A)和3400mAh(NCR18650B)。在改进正极的基础上,松下还把负极材料从石墨改为硅混合材料,进一步把容量提高到4000mAh,并打算于明年量产这种下下代电池。使用新负极的代价是平均放电电压又降低了少许,另一个缺点是相比3400mAh的46克质量,重达54克的4000mAh产品的容积能量密度虽然提高了,但质量能量密度却没有增加。
图五 松下3100mAh、3400mAh (by aku1979)
图六 松下4000mAh
松下4000mAh的包装相当漂亮。
图七 松下定义的三代产品
至此,三洋和松下两代18650电池可大致划分3个阵营:钴酸锂、松下NNP(含下下代4000mAh)和三洋钴混合。下面几张图是3个阵营代表作之间的PK:
图八 钴酸锂中的大哥——三洋2600mAh
图九 松下NNP中的小弟——松下2900mAh
关于两者哪个好,论坛里争论已久。容量和充放次数松下占优、价格和放电平台三洋更强,萝卜青菜,各有所爱吧。1 e0 d: N5 j- V/ J, X3 l6 _
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接下来是钴酸锂 PK 松下NNP:
图十 三代松下电池的放电性能曲线
如果把钴酸锂中的小弟2200mAh和NNP平台的大哥放在一起比较,那新材料在容量上的优势就可以完全抵销掉放电平台的劣势了。从这张图还可以看出,即使到了2.5V,松下4000mAh的曲线还没有变垂直,这就意味着还能放出少许电力。
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至于松下NNP和三洋钴混合最高容量产品松下3400mAh和三洋3000mAh之间的巅峰对决,附上几位坛友的交叉验证评测数据:8 O2 y! G. G( H) S. _( V
图11 三洋3000mAh在充到4.2V和4.35V时的容量差别,by 胡来
相差将近400mAh和近900mWh,充分说明了充到4.35V的必要性。但松下3400mAh从4.2V增加到4.35V后只增加了不到100mAh和500多mWh。 , i: U1 z; y& q9 w5 w
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图12 三洋3000和松下3400充到4.35V后的巅峰对决, by aku1979
这节三洋3000mAh性能不咋地,只达到了2800mAh的水准,因此容量上明显逊于过充后的松下3400。
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近一段时间电池区的一个热门话题就是这些新电池充电电压到底是4.2V还是4.35V,还有一些实验将原本4.2V的电池充电到4.35V进行测试。根据上面的介绍,我们知道每种材料都有自身对应的充电电压,无法随意变更。鉴于钴酸锂电池过充会缩短寿命甚至带来爆炸危险,而下一代锂电的耐过充过放性能尚未明确,因此在公布此类实验结果的同时最好能给出危险警示。
再附上两篇参考资料:
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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电池是手电的能量来源,锂电池参数的重大变化必然会给使用18650电池的led手电的设计带来重要影响。新一代电池至少会带来下面三个问题:
首先,桐油们目前手中的筒子是否能充分地发挥新一代电池的性能?有相当数量的现有18650手电设了3V左右的低电压保护,这将导致松下电池,特别是4000mAh的小部分电力无法释放,大容量优势被抑制了,这将影响到部分桐油对松下NNP平台的选择
其次,新型保护电路设计将变得更加复杂。很多传统的防过放电路只是针对钴酸锂平台设计的,很难做到同时兼容新旧两代平台。相信优秀的厂家能够应对此挑战,但完美的设计什么时候能出现还是个未知数。
再次,Cree XR-E之后的led的Vf都不高,因此7135这样的简单的降压限流电路完全可以榨干钴酸锂电池的能量,而部分更复杂的电路在设计时也只考虑了电路在降压时的效率。如果搭配松下4000mAh这种3V以下还能放出不少能量的电池,就很容易出现放电困难,余电不尽的症状(肿么这么像前列腺炎?)。因此,新的手电电路设计不仅需要考虑降压效率,也要兼顾升压效率,否则难称完美。
除了led手电电路,充电器的设计也会受到很大影响——4.35V和4.2V这两种不同的充电器和电池必然会在消费者中引发混乱和误搭配,轻者欠充,重者过充造成安全隐患,因此充电器也是个非常值得重视的问题。带保护的18650电池或内置充电功能的手电是否会因此而流行呢?劣币驱除良币的市场将具有重要发言权。
18650电池技术的更新换代已在如火如荼地进行了,可以预见在不久的将来,必然会有诸如“完美支持三洋3000mAh和松下4000mAh”,或“榨干松下4000mAh”(秘密就是不设低电压保护)这样的广告出现。有多少能做到名副其实呢?让我们拭目以待。
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补充说明:市面上的电池,有的标4.35V,有的标4.3V,就我目前能查证的数据,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