如何让电池更好地工作

电池在许多方面表现地像一个人，它能感受我们的善意和关心。合理地使用电池，它将会有更好的性能和寿命。但是也有例外，任何养育一个大家庭的父母都知道，慷慨并不一定总能得到预期的回报。要想成为一个好的电池管理员，你必须了解电池的基本需要，这些知识在学校是学不到的。本小节将教大家在拿到新电池的时候怎样去充电。在后面的章节中，我们会继续探讨在飞机上如何正确地使用电池，以及怎样去处理已经报废的电池。
正如我们不能在一个人出生的时候预测他的寿命一样，我们也不能预测电池的寿命。一些电池能使用很久，而另一些电池可能很早就会坏掉。充电方式不正确、放电条件太恶劣或工作时温度过高都是电池最大的“敌人”。尽管我们有保护电池的方法，但让电池实现长寿的理想情况并不是都能实现。此次，我们将讨论如何让电池更好地发挥他们的性能。正确使用新电池当新电池化成时，并不是所有的电池能达到额定容量。尽管这种情况普遍存在，但锂离子电池制造商不同意这个观点。他们认为锂离子电池从制作好的那一刻起就可以用了，并不需要活化。这或许是对的，但人们发现电池放置一段时间后再使用，它的容量会增加。
化成和活化有什么区别呢？它们都可以稳定电池的循环容量。化成是在电池加工完成后，发生在电池循环初期的一种过程。而活化则是在电池存放了很长一段时间后，为了提升电池性能而进行的一种循环。活化更多地使用在镍基电池上铅酸蓄电池铅酸蓄电池化成需要先充电，再放电。这个过程是在工厂进行的，但化成结果只有在实际应用中才能得到检验。新电池是很敏感的，如果可能的话，不要让新电池负载太大，先进行适度的放电，再逐步增加负载，这个原理和举重或长跑是一样的。但对启动电池或有其他用途的电池来说，这很难实现。铅酸电池在循环50-100次后达到理论容量。新新的铅酸电池不一定会完全化成，在循环50次左右时，它的性能达到最优。在使用过程中进行化成；不建议进行太多次循环，因为这会损坏电池。
新电池的循环容量约为85%，当化成结束后会提升到100%或接近理论容量。但个别电池容量仅为65%。有人会问：这些低性能的电池会在化成后恢复到理论容量吗？一个二次电池专家回答说：化成会使这些电池的性能有一定的提高，但根本原因是这些电池从一开始就有问题。
启动电池的功能就是提供大电流去启动机器，这项特性决定着它不需要化成。而当启动电池的容量降至20%时，它将不足以带动发动机。这个现象曾困扰了很多司机，他们的车无法正常启动，这正是因为电池容量不足所致。镍基电池制造商们建议，当使用新电池或者经长时间存放的电池时需进行16到24小时的涓流充电。这样可以使各个电池彼此适应，同时达到同等的充电水平。涓流充电也会帮助电解质重新分布，进而消除因重力因素在隔膜上产生的干点。
当镍基电池出厂后，并不都是完全化成的。通过正常使用对电池进行几次充放电循环或者使用电池分析仪完成化成过程。不同生产商生产的电池要获得全部容量所需的循环次数不同。高质量的电池在5到7次循环后其容量就会达到要求，而有些电池可能需要50次甚至更多次循环才能达到标准。不经过化成程序，使用者很难在新电池工作时使其快速达到额定容量。为鉴别电池性能，人们将电池在特殊设备上进行一次充放电循环，作为质量控制的一部分。自动化电池分析仪（Cadex）的“活化功能”采用获得额定容量所需的循环次数作为其参数。
当镍基电池已经存放几个月后，通过循环操作能够恢复已失去的容量。电池存放的时间、充电状态和温度会影响恢复时间。存放时间越长、温度越高，重新获得完全容量所需的循环次数越多。电池分析仪对启动操作有帮助，并保证获得所需的期望容量。锂离子电池一些电池使用者坚称，锂离子电池存放后，阴极上会产生钝化层，也被称为内部保护层。人们说，该钝化层会阻碍离子流动，导致内部阻力增加，甚至会导致锂离子电镀。我们知道，充电和更有效的循环会溶解钝化层，并且一些电池使用者认为智能手机在第二次循环后会获得额外的运行时间。
科学家们也不能充分解释钝化层的性质，关于这方面的一些出版物只是猜测循环后电池的性能恢复和钝化层的移动有关。一些科学家完全否认内部保护层的存在。他们说这个想法具有高度的猜测性，并且和已有研究不一致。
众所周知，出现在正极材料上的一层覆盖物是固体电解质界面膜。固体电解质界面膜是电绝缘物质，有充足的离子电导率使得电池进行正常工作。尽管固体电解质界面膜降低了电池容量，但它也会保护电池。没有它的话，锂离子的使用寿命可能不会很长。
另一个“生长”在阴极材料上的覆盖层是电解质氧化物。它会造成永久的容量损失，增加电池内部的阻力。高温会改善电解质氧化物，让单个锂离子电池的电压保持在4.10V以上。虽然没有补救措施来移动覆盖层，但是现代锂离子电池多余的电解质使得覆盖层的形成造成的影响最小化。现场使用锂离子电池后发现，热和高电压的结合造成的压力比快速循环更多。
无论锂离子电池钝化层产生的结果是什么，锂离子电池没有同镍镉电池相似的记忆效应，后者需要不定期的循环以防止容量损失。两者出现的问题可能相同，但是产生的机理不同。其造成的影响也无法和铅酸蓄电池产生的硫酸盐相比。
锂离子电池是一个非常干净的系统，一旦出厂，就无需额外的配置，也不像镍基电池需要进行保养。多余的化成不会造成什么不同，因为从一开始就可以获得最大容量（特殊的情况可能是长时间存放后剩下少量容量）。一旦电池老化，充分放电也不能改善电池容量。低容量意味着电池寿命的终结。一次充放电可能只对校正电池的“数字容量”有利，但是它无法改善“化学容量”。（参考日后专题：智能电池的内部工作）给新电池进行8小时充电不会对电池有什么影响，但这是“守旧派”的做法，是从镍电池时期遗留下来的。锂原电池锂原电池，如锂-亚硫酰氯电池，在存放时会有钝化的问题。这一钝化薄层，是电解质与锂金属阳极和碳基阴极反应形成的。（需要指出的是，锂原电池的阳极是金属锂而阴极是石墨，这点跟锂离子电池是相反的）如果没有形成钝化层，大部分的锂电池是不能工作的，因为自放电很快导致电池迅速衰减。钝化层能够保护电池，满足10年的存储寿命。
温度和荷电状态都会加速钝化层的形成。一个部分放电的锂-亚硫酰氯电池比一个新电池钝化严重，在较高的温度下存储也是原因之一。
当电池首次负载时，钝化层会使电池产生电压滞后过程。图2 描述了分别给三个钝化程度不同的电池施加负载时的电压恢复过程。电池A只有稍微的电压下降，而电池C需要时间来恢复。低电流消耗的设备，如收费公路的扫描仪，使用中设备发热会（在电池中）形成钝化层。为了防止（这种现象），一些锂电池会负载一个36KΩ的电阻。在存放过程中，稳定的低电流放电或者定期脉冲能够防止钝化层长的太厚，但这会缩短存储寿命。负载一个36KΩ的电阻存放两年之后，据说电池还有90%的容量。
通过简单的设备负载，并不是所有的锂原电池都能够恢复；电流可能太低不能逆转钝化效应。也有可能设备会认为它是荷电太低或者有缺陷的电池而不能工作。这些电池在实际装载之前，需要用电池分析仪（Cadex)提供可控的负载以及核查本征的性能来“准备”一番。
解钝化所需的放电电流在1C到3C之间（nC即在此电流下充满电需要1/n小时）。电池的电压必须恢复到3.2V以施加负载；解钝化的时间一般是20秒。这个过程可以重复进行但不应超过5分钟。1C放电的时候，正常工作的电池电压应该高于3.0V。如果电压低于2.7V, 则意味着电池已经报废。
三种最常见的锂原电池分别是锂-亚硫酰氯电池（3.6V，具有最高的能量密度），锂-二氧化硫电池（3.9V）和锂-二氧化锰电池。（其中）锂-亚硫酰氯电池被广泛应用于石油钻探，医药设施，军事武器和感应器中。这些电池有着极其高的能量密度，而且能够在高温下“服役”，但内阻相对高限制了负载容量。同时必须清楚一点，这些锂金属电池中锂的含量很高，跟具有同样Ah的锂离子电池相比运输要求更为苛刻。因为这些电池比能量高，所以在处理上也需要特殊注意。
注意：当用过电压给密封铅酸电池( SLA)充电时，必须要限制电流来保护电池。在充电的过程中总是把电流限制在最低设定，同时观察电池的电压和温度。如果有电池破裂，电解质流出或者任何接触到电解质的情况，应立即用水冲洗。如果眼睛接触了，应立即用水冲洗15分钟，其后马上咨询医师情况。当需要接触电解质、铅和镉的时候，应穿戴经检验的手套。如果这些接触到皮肤，应立即用水冲洗。Tip
来源：材料人