SAFT锂电池在仪表中的应用
（香港生力集团）深圳捷顺公司
张翔
现代电子仪表需用电池：
— 作为主电源（气、水、热表 + 读数器）
— 作为记忆后备和实时时钟电源（电表）
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
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)
SAFT能提供其中的3项： Li-SOCl2， Li-SO2，Li-MnO2
— SAFT为多数仪表推荐使用Li-SOCl2电池
为什么是SAFT
Li-SOCl2电池？
一、高电压及稳定工作电压（开路电压 >3.6V ，负载电压 >3.0V）
二、脉冲放电优势（建议最大脉冲：1秒/分，4500mA）
三、更为宽阔的工作温度范围（储存：-60/100℃ ，工作：-60/85℃）
四、更高的容量优势（1/2AA≥1.0AH AA≥2.25AH）
五、更少的自放电，更长地贮存、使用寿命（小于1%，5~15年）
六、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，可以在爆炸性环境下使用）
七、良好的记录和口碑（超过10年以上应用历史）
仪表行业对锂电池应用的要求：
一、电池预期寿命
二、脉冲时电压响应
三、工作温度范围
四、安全性
五、环境
六、旧电池处理
七、电池制造商的技术支持
一、
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。
C寿命 = A标称容量 – B仪表消耗容量 – C自放电容量 – D遗留容量
A标称容量：取决于电池种类、尺寸……
电表常用： SAFT Li-SOCl2 1/2AA （1.0Ah、1.2Ah）
水表常用： SAFT Li-SOCl2 AA （2.25Ah、2.7Ah）
而： Li-MnO2 1/2AA （0.6~0.95Ah）
AA （1.6~2.0Ah）
B仪表消耗容量：取决于设计、放电电流、使用温度、终止电压……
图 1
图 2
C自放电容量：取决于电池种类、尺寸、结构、电解质、温度及放电状态……
SAFT Li-SOCl2 1/2AA 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
寿命终点评估：有利于仪表正常工作，数据保留，更换电池……
Li-SOCl2电池工作电压高且稳定，可保证多数仪表终身（使用）寿命，但有些仪表……
* 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。
图 3
二、
脉冲时电压响应
——取决于：①电池类型（化学性和尺寸）；
②脉冲电流大小、存放时间、温度…和必须对仪表最小可承受“终止电压”评估。
曲线A：小电流 曲线B：中电流 曲线C：大电流
图 4
锂电池的钝化：
——对于Li-SOCl2电池而言，存在锂电池钝化
优点：a) 它是锂金属的保护膜
b) 减少电池自放电——导致长寿命（>10年）
* 对电表不是一个问题（在适度的电流和温度条件下）
缺点：— 大电流条件下，电压滞后
消除钝化：a) 合适品牌、材料、添加剂……，以控制钝化形成；
b) 调节电流特性（小电流脉冲消除钝化）；
如：用小电流冲击电池，AA，6mA/5ms、/ 3s （相当于10μA电池放电）。
c) 并联电容；
d) 选择合适电池、大小或结构。
三、
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）
——取决于电解质电导的衰减
（SOCl2的凝固点为-104℃，因此在-60℃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）
——取决于电池内部压力
——取决于工作电流
（Li-SOCl2不超过85℃是合理的）
—> SAFT Li-SOCl2 储存：-60/+100℃ 工作：-60/+85℃
四、
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) SAFT Li-SOCl2电池不受运输限制，得到UL认证
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，具有和其它一次锂电池相同的安全性（短路时无泄漏、无爆炸，挤压时无爆炸、无起火）；
c） 符合EN50020“欧洲防爆电气标准”的要求（可以在爆炸性环境下使用）。
—— 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（i.e.12mA/350hrs）（UL：MH12609）
加热 → 在150℃以上泄漏
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。
图 5
五、
环境
——所有的锂电池都包含活性物质，溶剂，化学盐，它们都可能影响环境
→ 环境关注有关电池的尺寸和密封性是否在预期的目标内
——注意锂电池工厂的安全记录，以及产品的运输和使用记录
SAFT LS电池和环境：
— LS电池是小的和密封的
— LS电池不含重金属（汞、铅、镉）
— LS电池含有酸性的/腐蚀性的/非燃性的SOCl2和SO2，但不含可燃性的有机溶剂和高氯酸盐，以及在着火情况下不稳定的化学物质如MnO2
— 20多年来，已有数百万节LS电池存在我们日常生活环境里（住房、轿车、电脑），但没有任何记录记载健康/安全问题
六、
旧电池处理
— 对于不同化学类型电池处理的地区法规是不同的
— 亚硫酰氯SOCl2技术使回收容易
— 电池回收商惯于处理锂电池
七、
技术支持
— SAFT专攻专业用途，并惯于研究仪表项目
— SAFT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
SAFT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）。
如：
SAFT F
03 029 B
（电池成品日期为2003年第29日，成品批号为SAFT内部参考号B）
（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：
a） 用该电池前请勿除去原有包装；
b） 为避免短路，请勿散装电池；
c） 请勿加热超过85°C，或焚烧电池；
d） 请勿解剖电池；
e） 禁止给电池充电；
f） 请勿直接在电池体上焊锡（应使用带引出片电池焊锡）；
g） 请勿混用新旧电池，或产地不同的电池；
h） 请勿反极。
法国SAFT公司和香港生力集团将一如既往竭诚为广大的仪表用户服务！