使用合适的锂化学物质延长电池寿命

在物联网 (IoT)、无线传感器节点 (WSN)、智能电表、电动工具、便携式医疗设备和手持式 LED 照明等应用中，长电池寿命非常重要。选择锂 (Li) 电池化学物质来延长电池寿命，这一点日显重要，但该如何选择呢？锂/二硫化铁 (Li/FeS₂)、二氧化锰锂 (LiMnO₂) 和亚硫酰氯锂 (Li-SOCl₂) 等主要化学物质可以让电池寿命延长至数年，但适合的应用各不相同。另外，电池寿命不仅取决于化学物质；还与电池结构、能耗模式等有关。

最佳选择取决于具体应用：应用是否需要较长的保质期？是否存在长时间低速率放电？长时间不活动后是否需要高放电率？这些问题的答案将有助于确定选择哪种电池来实现长寿命。

我们选择了来自 Energizer、Zeus Battery Products、Jauch Quartz 和 Tadiran 的在售电池，通过这些具体电池实例来考察电池脉冲和连续放电率、能量密度、工作温度和结构细节之间的取舍。

Li/FeS₂ 适合高放电率和长保质期应用

Energizer 的 Ultimate Lithium 电池的化学和结构不同于该公司的碱性电池。Li/FeS₂ 化学物质提供了高容量，再加上螺旋结构，其表面积为传统碱性电池的 20 倍，这些电池具有更高的容量并支持高放电率（图 1）。

图 1：L92 Li/FeS2 AAA 在三种不同放电率下的放电曲线（左）以及 L92 与传统碱性电池相比的容量与漏电流关系（右）。（图片来源：Energizer）

例如，1.5 V L92 AAA 电池的标称容量为 1.2 Ah，支持 1.5 A 最大连续放电率，并且可以在 2 s 内提供最高 2.0 A 的脉冲。L92 在 21°C 下的保质期为 20 年，工作温度范围为 -40°C 至 +60°C。这些规格使电池可用于高耗电应用，例如游戏控制器、全球定位系统 (GPS) 装置、LED 手电筒、电动和遥控玩具以及激光水平仪。

LiMnO₂ 适合中低功耗应用

如果设计在长时间不活动后需要较高电流，那么 LiMnO₂ 电池可能是最佳选择。此类应用包括访问控制、紧急位置发射器、声纳浮标、危险环境监视器和射频识别 (RFID) 追踪设备。即使在长时间不活动之后，也能提供瞬时电流脉冲，因为这些电池中的电极不会形成钝化层。

LiMnO₂ 电池可以提供 3.0 V 的电压，放电曲线相当平坦，并且支持中等电流脉冲（图 2）。例如，Zeus CR-2 LiMnO₂ 电池容量为 800 mA，20°C 下每年自放电率低于 3%，并支持 3 秒 900 mA 脉冲负载。与 Energizer 的 Ultimate Lithium Li/FeS₂ 电池一样，这些 LiMnO₂ 电池工作温度范围为 -40°C 至 +60°C。

图 2：与 Li/FeS2 电池相比，LiMnO2 电池具有更平坦的放电曲线，并且可以长时间提供中低电流。（图片来源：Zeus Battery Products）

Li-SOCl₂ 适合高能量密度和长期/低功耗应用

与 LiMnO₂ 电池不同，Li/SOCl₂ 电池形成了钝化层，导致自放电非常低。因此它们可以长时间不活动，电池容量损失极小。然而，当电池最初放电时，钝化也会阻碍电流流动，从而限制即时峰值功率容量。钝化层在连续放电下逐渐消失，但如果电池再次变成非活动状态，会重新形成钝化层。

对您的设计而言，Li/SOCl₂ 电池特别适用于低功耗、连续运行的应用，如无线物联网传感器、电表、无线安全设备和追踪系统。

Li-SOCl₂ 电池有卷绕式或碳包式结构。碳包式电池提供的能量密度相当高，有时称为“能量电池”。卷绕式电池提供的连续和峰值电流额定值较高，称为“动力电池”。两种类型均提供 3.6 V 标称输出，放电曲线平坦（图 3）。

图 3：Li/SOCl2 电池的放电曲线比 LiMnO2 和 Li-SOCl2 更平坦，特别适合低功耗、连续工作型应用。（图片来源：Jauch）

碳包式电池的能量密度高达 710 Wh/kg。碳包式 Li-SOCI₂ 电池实例如 Jauch 的 ER14250J-S 1/2AA，容量为 1.2 Ah，工作温度范围为 -60°C 至 +85°C，以及 Tadiran 的 TL-5903/T AA，容量为 2.4 Ah，工作温度范围为 -55°C 至 +85°C。

结语

本文探讨的三种化学物质中，Li/FeS₂ 能支持最高的放电率和脉冲电流，但由于工作电压为 1.5 V，因此能量密度较低。与之相反的是，Li/SOCl₂ 适合长期提供低功率水平并提供最高能量密度。LiMnO₂ 电池的能量密度处于中等水平，适合需要长时间中低功率水平以及定期需要功率激增的应用。

当然，要在应用中实现更长的电池寿命还有很多需要考虑的因素，但快速了解常用的锂化学物质的关键差异是很好的着手点。