锂亚硫酰氯电池知识

锂亚硫酰氯电池知识
1、什么是锂亚硫酰氯电池
标称电压为3.6V，以金属锂为负极，以亚硫酰氯为正极，采用无机电解液的锂原电池称为锂-亚硫酰氯电池。

2、产品分类
2.1 按电池工作特性分为
容量型（后缀符号缺省）
功率型（后缀符号为M）
高温型（后缀符号为S）
2.2 型号说明
E R □□□□□□
表示电池工作特性
表示电池高度，单位mm
表示电池直径的整数部分，单位mm
表示该种电池为圆柱形
表示为锂-亚硫酰氯电池
2.3标注示例
ER14505M 表示为电池高度为50.5mm、直径为14mm的功率型圆柱形锂-亚硫酰氯电池。

2.4 主要规格型号
容量型：ER13150、ER14250、ER14335、ER14505、ER18505、ER26500、ER34615；
功率型：ER14250M、ER14335M、ER26500M、ER18505M、ER34615M
高温型：ER13150S、ER14250S、ER14505S、ER26500S、ER34615S
3、电池结构
3.1 功率型电池的结构及材料：电池的正极材料是碳，负极材料是金属锂，
电解液是亚硫酰氯，用玻璃纤维隔膜将正负极隔开。

电池的结构为卷绕式。

结构简图如下。

3.2容量型电池的结构及材料：电池的正极材料是碳，负极材料是金属
锂，电解液是亚硫酰氯，用玻璃纤维隔膜将正负极隔开。

电池的结
构为碳包式。

结构简图如下。

假盖钢壳
绝缘垫片热缩套管（PVC ）
封口钢珠
盖组绝缘垫片镍条
负极（锂） 绝缘垫片
PTC 隔膜
正极电解液
镍条电解液热收缩套管 （PVC ） 钢壳假盖绝缘垫片环氧树脂盖组负极（锂）顶膜边膜正极（碳包）
封口钢珠底膜镍网
4、电池特性:
4.1 电池的比能量高达430Wh/kg(1000Wh/dm3)，在各种锂电池中是最高的。

4.2 开路电压高，单粒电池高达3.6伏（V）；工作电压高，工作电压随负
荷变化，通常在3.2~3.6伏（V）之间。

4.3 自放电率低，年自放电率在2%以下；储存寿命长，室温下可储存10~15
年。

4.4 使用温度范围宽广，一般使用温度在-55℃~+85℃之间。

4.5工作电压平稳。

90%以上的电池容量是在电压几乎不变的高电压平台上
输出的。

4.6 一般以微电流连续长时间工作，并能提供中等电流脉冲，工作时间可
长达8年。

4.7 电池本身有PTC保护片，电池短路在5S内电流降到＜600mA，PTC通过
400mA时压降小于0.04V。

5、电池使用注意事项：
5.1 严禁短路，严禁充电。

5.2 严禁用户自行组合电池。

5.3 严禁过放电、挤压、焚烧或拆卸。

5.4 严禁在允许的温度范围之外使用或加热。

5.5 电池使用至终止电压时，应及时从仪器中取出。

5.6 不得直接在电池表面焊接，应使用预先装有导耳或引线的电池。

5.7 使用过的电池应按照当地环保规定处理，深埋于地下或投入深水中。

以上注意事项应严格遵守，以免电池操作、使用不当，导致电池鼓胀、泄露甚至起火或发生爆炸。

6、安全警示：
6.1 使用前严格检查外包装，出现包装破损，要查清原因，不得轻易使用。

6.2 电池装机前，检查电池的开路电压、负荷电压以及有效期。

6.3 严禁将不同系列的电池、不同规格的电池混合串联使用。

6.4 不能随意在电池正负极端进行锡焊，在引出片上的锡焊要在几秒钟内完
成。

6.5 电池放电至截止电压后，严禁继续使用。

6.6 报废电池的处理：将电池及时放入5%食盐水溶液中浸泡，将剩余电压
放至0V ，然后集中在指定地点深埋于1米左右的地底下。

7、保护电路：
8、为什么说锂电池是智能水表专用电池？ 8.1 现代电子仪表需用电池做为主电源（IC 卡气、水、热表+读数器） 8、为什么锂电池是智能水表专用电池？
8 应用说明
8.1电子仪表中用电池作为主电源（IC 卡气、水、热表 + 读数器）和作为
记忆后备和实时时钟电源（复费率电表）。

8.2 电子仪表为何使用锂电池？
◆ 工作电压超过2V ；
◆ 工作温度范围宽广；
◆ 脉冲放电能力强；
◆ 数年的工作寿命内可靠性高；
◆ 安全性好；
8.3 当前市场上有4种锂电化学体系：
Li-SOCl2 (LS) , Li-SO2 (LO) , Li-MnO2 (CR) , Li-CFX (BR)；
ABLE 能提供其中的3项： Li-SOCl2， Li-SO2，Li-MnO2；
ABLE 为多数仪表推荐使用Li-SOCl2电池；
8.4 为什么是ABLE Li-SOCl2电池？
◆ 高电压及稳定工作电压（开路电压 ≥3.66V ，负载电压≥ 3.2V ）；
1、当锂电池不是线路中的唯一电源时， 电路1被推荐用以阻拦充电电流。

二 极管的最大漏电流应该小于20μA。

2、当两只电池串联使用时，两只电池 有互相强制过放电的可能。

这会引 起电池的反极。

电路2即被推荐防止 这类事情。

3、单只电池也不允许被过放电。

线路
必须在截止电压（2.0V/只）前断 开。

电池线路保护
电路1二极管主电源电路2电池1电池2负载二极管保护电阻
锂电池二极管二极管
◆功率型电池具备较大电流脉冲放电优势；
◆更为宽阔的工作温度范围（-55/85℃）；
◆更高的容量（ER14250≥1.2AH ER14505≥2.4AH）；
◆更小的自放电，更长的贮存、使用寿命（小于2%，5~15年）；
◆更突出的安全性能（无运输限制，UL认证，符合EN50020“欧洲
防爆电气标准”要求）；
◆良好的记录和口碑；
8.5 仪表行业对锂电池应用的要求：
◆电池预期寿命；
◆脉冲时电压响应；
◆工作温度范围；
◆安全性；
◆环境；
◆旧电池处理；
◆电池制造商的技术支持；
8.5.1电池预期寿命取决于：
①单体电池中的锂金属数量；
②仪表消耗的电流；
③在储存和使用时“自放电”消耗的容量。

电表常用：ABLE Li-SOCl2 14250 （1.1Ah、1.2Ah）
水表常用：ABLE Li-SOCl2 14505 （2.0Ah、2.4Ah）
ABLE Li-SOCl2 14250 在20℃储存时，年自放电率< 1%
在45℃储存时自放电率是20℃时的2倍。

8.5.2脉冲时电压响应
Li-SOCl2电池的寿命终点来得十分突然（其内阻的急剧增加），用纯电压读数展望早于5%的早期警告信号是困难的。

在有更多鉴别力的电流脉冲条件下，作出电压读数时，10%超前的信号是可能的
8.5.3工作温度范围
锂电池（一次性）能在宽广的温度范围内贮存和工作，特别是具有玻璃-金属的密封的Li-SOCl2电池，是唯一保证完美密封性和防止电解液损失的方法。

低温下：
取决于密封结构
（Li-SOCl2的气密密封无限制，而Li-MnO2的塑料密封易变脆，造成电液泄漏）
（SOCl2的凝固点为-104℃，因此在-55℃仍然可以工作；而Li-MnO2的有机电解质易凝固，不适合在-20℃以下工作
高温下：
取决于密封结构
（Li-SOCl2电池在120℃保持气密密封，而Li-MnO2的塑料/树脂密封易软化、开裂等）
ABLE Li-SOCl2 储存：-55/+60℃工作：-55/+85℃
8.5.4安全性
安全性意味着在运输、贮存、操作、使用和处理过程中无电解液泄漏，电池泄放、解体（爆炸）或火焰之类不受欢迎的事件出现的能力。

在运输、贮存中：
a)ABLE Li-SOCl2电池不受运输限制；
b)以往无生产和运输过程中的不良记录；
在正常使用中：
a) 气密性封装结构保证电池无泄漏；
b)常用的Li-SOCl2电池是碳包式结构，属“低功率”型。

万一误操作
时，具有很好的安全性（短路时无泄漏、无爆炸，挤压时无爆炸、无起火）；
c)符合50020“欧洲防爆电气标准”的要求。

在滥用条件下：
冲击、跌落、振动、撞击→无泄漏
挤压、针刺→无爆炸、无起火
在20℃下短路→I max 0.8A T max 85℃无泄漏，无爆炸
充电→OK，如果充分小的/充分短的（UL：MH12609）
加热→在85℃以下无泄漏
安全性指南：
a)了解并掌握锂电池的特性，正确使用；
b)不要挤压、充电、拆卸、加热、焚烧或短路；
c)对锂电池的合理保护。

8.6技术支持
ABLE专攻专业用途，并惯于研究仪表项目
ABLE的经验
仪表项目需要长时间的预备讨论
在项目启动后，最好尽早考虑电池的选择
经常评估仪表电路特性和工作温度条件
仪表行业在设计和使用电池中应注意的事项：
（1）设计研发或设计人员选择电池应考虑：
a) 工作电流
b) 环境温度
c) 终止电压
d) 预期寿命
（2）检验
检验程序可根据用户而变化，但一般包括：
a) 外观检验
b) 尺寸检验
c) 开路电压检验（检出异常：①零电压②低电压③高电压；电压表：
阻抗≥100kΩ/V，精度≥0.5级）
d) 负载电压检验（检查电池的良好工作和钝化状态）
e) 放电检验（评价电池的容量：C = I×t （mAh）
（3）贮存
ABLE锂原电池的重要建议是简单的：阴凉、通风良好的条件和期限最好不超过3年。

在贮存的范围内，应用先进先出的原则（根据打印在外套管上的电池日期码）。

对于锂电池来说，在低温下贮存有助于延长电池的贮存寿命，低温下电池的自放电率大大下降，如-20℃时自放电率低于0.3%, 而高温下贮存电池的自放电率将大大上升，如60℃时将达到7%左右。

而且高温下电池的电压滞后现象将会非常严重，而低温下贮存电压滞后现象将会很轻微。

（4）操作
锂电池的操作是安全的，只要注意防止机械损坏和偶发性的短路。

在使用中，请注意以下事项：
用该电池前请勿除去原有包装；
a)为避免短路，请勿散装电池；
b)请勿加热超过85°C，或焚烧电池；
c)请勿解剖电池；
d)禁止给电池充电；
e)请勿直接在电池体上焊锡（应使用带引出片电池焊锡）；
f)请勿混用新旧电池，或产地不同的电池；
g)请勿反极。

8.7 常见问题(FAQ)
在与大量客户进行沟通后，我们总结出如下一些常见的问题：
a)开路电压不足：
电池开路电压低于3.6V，这种情况表明电池容量已基本放完，产生这种情况的原因主要有三种：一是电池自身内部微短路导致电池自放电大；二是用户电路板功耗过大，电池容量消耗完；三是由于某些错误原因使电池一直处于大电流放电状态（如阀门开或关的动作不能停止），在短时间内电池容量就会消耗完。

b)电池开路电压正常、负载电压低并有上升：
此种情况是由于电池的电压滞后所引起的，在8.8中将详细说明如
何消除电压滞后的影响。

c）报警电压设定:
在水表、气表电路中，由于带动阀门所需要的电流较大，此时电池电压也较低，而锂亚硫酰氯电池具有电压平台非常平稳的特点，前期电池电压不会有明显的变化，在电池放电末期时电池电压下降迅速，所以当在小电流（如微安级）工作时检测到电池电压下降到很低（3V 以下）时，此时电池以大电流（如100mA）脉冲，电压可能已经低于2V，在关闭或打开阀门时，就会由于电压过低而无法正常动作。

因此，我们建议在消除了电压滞后的前提下，电路对电池电压的检测以大电流脉冲时进行最准确。

但报警电压应跟据电路能正常工作的最低电压
来的设定，设定值应比最低值高约0.1～0.2V 。

下图给出了ER14505M 型电池以100mA 电流10秒种脉冲时，电池
负载电压与放电容量的关系：
8.8如何消除电压滞后
电压滞后是锂亚硫酰氯电池的一大特性，也是该种电池存在的基础，其原理如下：组成电池的亚硫酰氯电解液是一种强氧化性的化学物质，它同时起了电解液和电池正极活性物质的作用，亚硫酰氯与电池的负极活性物质金属锂接触后，在金属锂表面上立即形成一层致密的钝化膜，这一层钝化膜是一种离子导体，锂离子能在钝化膜中进行迁移，但由于其迁移的速
率很小，因此会阻挡电池进行反应，当电池中流过的电流不大于1μA/cm
2（金属锂表面积）时，钝化膜中锂离子的迁移速率能够满足要求，当电流较大时，钝化膜中锂离子的迁移速率的限制产生严重影响，钝化膜两端产生很大的电压降，此时具体表现就是电池负载电压低；随着电流的不断流过，钝化膜逐渐破裂，两端的压降逐渐下降，电池的负载电压就逐渐上升直至正常。

钝化膜的逐渐破裂过程就是电池电压滞后的消除过程。

当电池长期处于微小电流放电或贮存情况下，电池的钝化膜会逐渐加厚，电池的ER14505M电池
100mA10S脉冲电压vs容量1.0
1.5
2.0
2.5
3.03.5
4.00102030405060708090100放电容量(%)电压(V )
电压滞后也会加重，严重时最低电压会降到2V甚至更低，此时就会影响用户的使用，如果在电路上未采取措施，就会由于瞬间电压太低，使仪器不能正常使用。

以下几种方法可以消除电压滞后的影响：
（1）定时放电法：
在上面已经讲过电压滞后的形成原理，可知电压滞后是由于钝化膜形成而产生的，由于钝化膜是随时间增加而逐渐加厚，电池电压滞后也随着加重，如果使钝化膜保持一定的厚度，就能使电池电压滞后的程度保持在可接受的范围内。

因此我们进行了相应的实验确认，电池每隔五天左右进行一次5～10秒钟的大电流（2～3mA/cm2）脉冲放电,能使电池滞后的最低电压控制在3V以上。

（2）电容贮能法（一）
以一个足够大容量的电容作为主电路的电源，电池通过一个二极管给电容充电，平时电池给电容充电，阀门动作时，电路由电容供电，阀门的电流由电池直接提供，要求电容的电能应能使电路正常工作数分钟以上，这样就是电池有几分钟的电压滞后，也不会影响电路的正常工作，只是阀门的动作时间加长。

（3）电容贮能法（二）
以一个较大电容作为主电路的电源，电池通过一个二极管给电容充电，平时电池给电容充电，阀门动作时，电路由电容供电，阀门的电流由电池直接提供，电路检测电容的电压，当电容电压低于设定值时，停止阀门动作，此时电池开始给电容充电，当电压达到设定值时，再进行阀门动作，如此循环操作直至阀门动作完成为止。

（4）电容贮能法（三）
以一个足够大容量和电流的电容作为阀门动作时的电源，电池通过一个二极管对电容进行充电，当阀门动作时，以电池对主电路供电，用电容对阀门供电，电容所贮能量应能使阀门正常工作。