特種高倍率電池

　　高倍率電池的特種應用，主要是針對便攜裝備二次用電等待時間較長、電池資源浪費、快速反應能力受制約等現(xiàn)狀展開的。可高倍率充電鋰離子電池的使用有良好的潛力和前景，但應兼顧現(xiàn)行體制，在鞏固現(xiàn)役鋰離子電池性價比、電路控制、安全性、高低溫充放電和循環(huán)壽命等優(yōu)勢的基礎上，合理穩(wěn)妥地實現(xiàn)高倍率充電。

　　鋰離子電池逐漸成為各國使用的主要電池。高倍率鋰離子電池不但降低了約1/3的設備負重，提高靈活性和機動性，還可將設備的工作時間延長2~3倍，最大限度地保障了野外任務完成的時效性和可靠性。

　　高倍率鋰離子電池的充電時間(2~4h)，雖然短于鎘鎳、氫鎳及鉛酸電池(5~7h)，但仍不能滿足戰(zhàn)爭狀態(tài)下應急的需要。美軍在伊拉克戰(zhàn)爭中普遍使用一次電池，避免充電問題，當天作戰(zhàn)任務完成后，舊電池全部丟棄，換上新電池，導致戰(zhàn)爭期間電池的后勤保障強度比彈藥還大。為了滿足戰(zhàn)時裝備再充電等待時間(5~30min)的需要，理論上可對鋰離子電池進行高倍率(5~20C)充電。

　　高倍率電池材料發(fā)展的現(xiàn)狀

　　通常高倍率充電時強大的電流會導致電池漏液、起火，甚至爆炸等危險。材料的改進和發(fā)展，是電池實現(xiàn)高倍率充電的前提，目前商用鋰離子電池多使用LiCo02作為正極材料。為了改善電池的高倍率充電和安全性能，可采用LiMn204、LifePO4、LisV2(PO4)3及三元材料LiNi?Co? Mn?02、LiNi?Co?Al?02等作為正極材料。

　　鋰離子電池負極大多采用碳材料。碳材料價廉易得，但首次充電不可逆容量較高、循環(huán)性能差，不適合高倍率充電。Li4Ti5O12可作為非碳負極材料，比容量達165mAh/g，特有的尖晶石結(jié)構(gòu)可提高電極的循環(huán)性能和使用壽命，使電池具備良好的耐過充、過放和安全性能，滿足高倍率充電的要求。

　　高倍率電池的使用定位和可行性分析

　　在特種領域中，便攜裝備(如通信、指控、偵察和定位等設備)多以鋰離子電池為核心供電單元，能夠滿足多種使用模式(手持、背負、穿戴和搬移等)下的設備用電需求。

　　鋰離子電池提供了3.6V、7.2V、14.4V及25.2V等4種電壓等級，容量多在12Ah以下。配套的充電設備功率等級多為200W以下，充電電流為0.2C和0.5C。國外推出的可高倍率充電鋰離子電池以中小功率居多，多應用于便攜設備(如小型電動工具)，容量從數(shù)Ah到十多Ah不等。

　　可高倍率充電的鋰離子電池能否與現(xiàn)役電池在配套特性上保持一致。高倍率充電的鋰離子電池在裝備配套體制上具有可行性，通過產(chǎn)品優(yōu)化和工藝提升，能夠在電氣適配、接口配套和供電要求上與現(xiàn)役電池保持一致。

　　現(xiàn)有充電設備不具備5~20C充電的能力，充電電流的成倍增加，不但會增加充電設備的功率、體積和質(zhì)量，還會增加部隊營區(qū)或野外機動平臺供電容量的要求;同時，在鋰離子電池具備了高倍率充電能力的前提下，電流越大，充電時間越短，越有利于應急任務的執(zhí)行。綜合上述因素，在現(xiàn)有供電體制的基礎上，應確立充電電流的最佳值。

　　以用戶端交流供電容量220V/16A計算，可得出最大功率為3520W。充電設備的效率一般約為90%，考慮到高倍率充電時設備熱損耗增加等因素，以85%效率計算的有效輸出功率為2992W。對比可知，現(xiàn)有市電條件下最多可滿足充電設備10C的工作要求。充電電流若從10C增大到20C，理論充電時間會從6min減少到3min，但設備功率增加將近一倍，給配電系統(tǒng)和充電設備的設計和制作帶來困難。從使用角度來看，與現(xiàn)有充電設備0.5C充電相比，10C充電可使理論充電時間由2h縮短到6min。綜上所述，鋰離子電池的高倍率充電設為10C是較為可行的。