常用充电电池的参数及物理意义

高中生综合实践活动

课题名称：常用充电电池的参数及物理意义研究

研究时间：2018.4.1——2018.5.15

学校班级：桐乡第二中学

102班（ 3人）；110班（ 3人）

指导老师：梁瑞霞

课题成员：杨宇杰（组长、第一执笔人）

成员：张成灯陈林光周天培夏明龙汤奇栋

常用充电电池的参数及物理意义研究报告

【摘要】本研究的主要目的在于认识常用充电电池的性能参数，了解这些参数代表的物理意义，掌握正确使用充电电池的方法，能运用物理知识解决生活中遇到的相关问题，提升环保意识。并在此过程中掌握一般的研究方法，提高收集和整合资料的能力，学会合理的利用网络资源等。

【关键词】充电电池、容量

电池是一种把化学能、内能、光能、原子能等形式的能量转化为电能的装置。化学电池按照工作性质可分为一次电池（原电池）和二次电池（可充电电池）。电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，不受外界气候和温度的影响，性能稳定可靠，在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。人们每天都能与电池打交道，如随身听、电动玩具、钟表、遥控器、汽车摩托车的蓄电池等等。

电池如此常见，你们有认真观察过电池的销售包装都有哪些参数吗？这些参数都代表什么意思？在使用过程中要注意哪些事项？下面就让我们来深入了解一下电池的性能参数及物理意义吧。

一、电池的发展历史

1746年，荷兰莱顿大学的马森布罗克在发明了收集

电荷的“莱顿瓶”。他在做电学实验时，无意中把一个

带了电的钉子掉进玻璃瓶里，当他一只手拿起桌上的瓶子，另一只手刚碰到钉子时，突然感到有一种电击式的振动。于是，他又照着刚才的样子重复了好几次，而每次的实验结果都和第一次一样，于是他非常高兴地得到一个结论：把带电的物体放在玻璃瓶子里，电就不会跑掉，这样就可把电储存起来。

1780年，意大利解剖学家伽伐尼（Luigi Galvani

）在做青蛙解剖时，两

手分别拿着不同的金属器械，无意中同时碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到电流的刺激，而如果只用一种金属器械去触动青蛙，就无此种反应。伽伐尼认为，出现这种现像是因为动物躯体内部产生的一种电，他称之为“生物电”。

1799年，意大利物理学家伏特把一块锌板和一块锡板

浸在盐水里，发现连接两块金属的导线中有电流通过。于

是，他就把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸

片，平叠起来。用手触摸两端时，会感到强烈的电流刺激。

伏特用这种方法成功地制成了世界上第一个电池──“伏

特电堆”。这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。

它成为早期电学实验，电报机的电力来源。

1836年，英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良。他使用稀硫酸作电解液，解决了电池极化问题，制造出第一个不极化，能保持平衡电流的锌─铜电池此后，这些电池都存在电压随着使用时间延长而下降的问题。当电池使用一段时间后电压下降时，可以给他通以反向电流，使电池电压回升。因为这种电池能充电，可以反复使用，所以称它为“蓄电池”。

1860年，法国的雷克兰士（GeorgeLeclanche ）还发明了世界广受使用的电池（碳锌电池）的前身。它的负极是锌和汞的

合金棒，而它的正极是以一个多孔的杯子盛装着

碾碎的二氧化锰和碳的混合物。在此混合物中插

有一根碳棒作为电流收集器。负极棒和正极杯都

被浸在作为电解液的氯化铵溶液中。此系统被称

为“湿电池”。雷克兰士制造的电池虽然简陋但却便宜，所以一直到1880年才被改进的“干电池”取代。负极被改进成锌罐（即电池的外壳），电解液变为糊状而非液体，基本上这就是现在我们所熟知的碳锌电池。

1887年，英国人赫勒森发明了最早的干电池。干电池的电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，因此获得了广泛应用。

1890年爱迪生（Thomas Edison）发明可充电铁镍电池。

二、充电电池的种类

1、根据所用材料不同，充电电池可分为四种：镍镉、镍氢、锂离子、铅蓄、铁锂。

镍镉电池：正极板上的活性物为氧化镍粉，负极板上的活性物质为氧化镉粉，电解液通常用氢氧化钾溶液。

镍金属氢电池：正极板材料为氧化镍粉，负极板材料为吸氢合金，电解液氢氧化钾溶液。

锂离子电池：LiCoO2复合金属氧化物在铝板上形成阳极，用锂碳化合物在铜板形成阴极，极板间有亚微米级微孔的聚烯烃薄膜隔板，电解液为有机溶剂。

铅酸蓄电池：正极板上的活性物质是二氧化铅，极板上的活性物质为海绵状纯铅，电解液为一定浓度的硫酸溶液。

（1）镉是有毒的，因而镍镉电池不利于生态环境的保护。众多的缺点使得镍镉电池已基本被淘汰出数码设备电池的应用范围。

（2）镍氢电池目前国产5号电池最高容量是3000mAh左右。

（3）锂离子电池重量比镍氢电池轻30%～40%，容量高出镍氢电池60%以上。但是不耐过充，如果过充会造成温度过高而破坏结构，引起爆炸。

（4）锂聚合物电池，锂电的改良型，没有电池液，而改用聚合物电解质，可以做成各种形状，比锂电池稳定。

（5）铅酸电池，就是一般车用电瓶（它是以6个2V串联成12V的），免加水的电池使用寿命长达10年，但体积和容量是最大的。

2、根据体积大小，电池型号分类如下：

三、充电电池的性能参数

1、电动势和内阻

电池不放电时，电池两极之间的电位差被称为开路电压，也称为电池的电动势。电池的开路电压，会依电池正、负极与电解液的材料而异，如果电池正、负极的材料完全一样，那么不管电池的体积有多大，几何结构如何变化，其开

路电压都一样的。电池包装铭牌上的电压指的是电池的电动势，及开路电压。

终止电压：指电池放电时，电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。根据不同的电池类型及不同的放电条件，电池放电的终止电压也不相同。规定终止电压放一般都要随放电电流的增大而减少。

电池的内阻是指电流通过电池内部时受到的阻力。它直接影响电池的工作电压，工作电流，输出的能量和功率，对于电池来说，其内阻越小越好。

【探究】充电电池包装上电压是 1.2V，指的是电池的电动势。测量一节刚充好电的电池和一节“没电”的充电电池，电池两端电压分别是多少？

【结论】充好电的电池两端电压为_____v；“没电”的电池两端电压为_____v。

【原因分析】由于内阻的存在，电池的工作电压总是小于电池的电动势或开路电压。电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间不断变化（逐渐变大），这是因为活性物质的组成，电解液的浓度和温度都在不断的改变。

2、容量

电池容量是衡量电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量，即电池的容量，通常以安培·小时为单位（简称，以A·H表示，1A·h=3600C）。

电池容量=放电电流I（恒流）×放电时间T 。

例如：充电电池的额定容量为1000mAh时，即表示以1000mA放电时间可持续1小时，如以200mA放电时间可持续5小时。

以1.2V、800 mA·h镍氢电池为例，采取40mA（20小时）的放电电流它的放电终止电压一般设定在1.15v；采取80 mA（10小时）的放电电流则它的放电终止电压就要设定在1.10v了。

【探究】一节充电电池充好电后，多长时间放完电？