锂电及18650

http://www.shoudian.org/thread-273441-1-4.html

 

（部分图片引用坛友的工作，先行致谢）
18650电池是最常见的手电电池之一，三洋和松下18650作为大容量电池的杰出代表在论坛中享有崇高的地位。随着电池正极材料从上一代钴酸锂向下一代演进，电池的容量、充电电压、放电平台等参数都发生变化，将对未来的手电和充电器的设计产生重要影响。

首先介绍两个使用钴酸锂（LiCoO2）作为正极材料的上一代产品：

 

1）三洋2600mAh，官方代号UR18650F，俗称大红袍、三洋浅蓝头，这个大家已经非常熟悉，就不多说了。
2）松下2550mAh，官方代号CGR18650E。

 

 

 

图一 松下2550mAh

这两款电池的共同点是充电电压4.2V，标称电压3.7V，放电曲线拐点出现在3.5V左右，它们已把钴酸锂材料运用到了极致。

 

图二 松下2550mAh的官方放电曲线

从这图可以看出，松下的钴酸锂电池有着和三洋浅蓝头类似的放电曲线。可见材料决定性能，所谓松下放电平台不如三洋只是一种片面的说法。

由于钴的价格较高，因此电池厂家一直在努力寻找新材料，以实现更低成本、更大容量和更多的循环次数。和上一代技术不同的是，三洋和松下选择了不同的路线： 三洋使用了镍锰钴三元材料Li(Ni-Mg-Co) O2和钴酸锂的混合物作为正极，由于这一改变，电池的充电电压从4.2V增加到了4.35V，但放电曲线拐点仍维持在3.5V左右。相应的产品有2800mAh（UR18650ZT）和3000mAh（UR18650ZTA）。

图三 三洋2800mAh

 

 

图四 三洋3000mAh

松下的正极使用了镍基材料（LiNiCoAlO2），该技术称作Nickeloxide based New Platform ，简称NNP。其特点在于充电电压仍维持在4.2V，但标称电压降低到3.6V，即放电平台变低了。镍基材料相对于钴酸锂的最大优势是循环次数大大增加，松下声称1500次循环后还能剩下70%的容量。相应的产品有2900mAh（NCR18650）、3100mAh（NCR18650A）和3400mAh（NCR18650B）。在改进正极的基础上，松下还把负极材料从石墨改为硅混合材料，进一步把容量提高到4000mAh，并打算于明年量产这种下下代电池。使用新负极的代价是平均放电电压又降低了少许，另一个缺点是相比3400mAh的46克质量，重达54克的4000mAh产品的容积能量密度虽然提高了，但质量能量密度却没有增加。

图五 松下3100mAh、3400mAh （by aku1979）

 

 

图六 松下4000mAh

松下4000mAh的包装相当漂亮。
 

图七 松下定义的三代产品

 

至此，三洋和松下两代18650电池可大致划分3个阵营：钴酸锂、松下NNP（含下下代4000mAh）和三洋钴混合。下面几张图是3个阵营代表作之间的PK：

首先是三洋2600 PK 松下2900

 

 

 

图八 钴酸锂中的大哥——三洋2600mAh

 

 

图九 松下NNP中的小弟——松下2900mAh

关于两者哪个好，论坛里争论已久。容量和充放次数松下占优、价格和放电平台三洋更强，萝卜青菜，各有所爱吧。1 e0 d: N5 j- V/ J, X3 l6 _
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接下来是钴酸锂 PK 松下NNP：

 

图十 三代松下电池的放电性能曲线

如果把钴酸锂中的小弟2200mAh和NNP平台的大哥放在一起比较，那新材料在容量上的优势就可以完全抵销掉放电平台的劣势了。从这张图还可以看出，即使到了2.5V，松下4000mAh的曲线还没有变垂直，这就意味着还能放出少许电力。

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至于松下NNP和三洋钴混合最高容量产品松下3400mAh和三洋3000mAh之间的巅峰对决，附上几位坛友的交叉验证评测数据：8 O2 y! G. G( H) S. _( V

 

 

 

图11 三洋3000mAh在充到4.2V和4.35V时的容量差别，by 胡来

相差将近400mAh和近900mWh，充分说明了充到4.35V的必要性。但松下3400mAh从4.2V增加到4.35V后只增加了不到100mAh和500多mWh。 , i: U1 z; y& q9 w5 w

 

 

 

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图12 三洋3000和松下3400充到4.35V后的巅峰对决， by aku1979

这节三洋3000mAh性能不咋地，只达到了2800mAh的水准，因此容量上明显逊于过充后的松下3400。

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近一段时间电池区的一个热门话题就是这些新电池充电电压到底是4.2V还是4.35V，还有一些实验将原本4.2V的电池充电到4.35V进行测试。根据上面的介绍，我们知道每种材料都有自身对应的充电电压，无法随意变更。鉴于钴酸锂电池过充会缩短寿命甚至带来爆炸危险，而下一代锂电的耐过充过放性能尚未明确，因此在公布此类实验结果的同时最好能给出危险警示。

 

 

再附上两篇参考资料：
http://wenku.baidu.com/view/12b4bf1cb7360b4c2e3f6441.html 0 Z3 Z  V# O' x  N8 L, O8 Z
http://powerelectronics.com/mag/601PET06.pdf

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电池是手电的能量来源，锂电池参数的重大变化必然会给使用18650电池的led手电的设计带来重要影响。新一代电池至少会带来下面三个问题：

 

首先，桐油们目前手中的筒子是否能充分地发挥新一代电池的性能？有相当数量的现有18650手电设了3V左右的低电压保护，这将导致松下电池，特别是4000mAh的小部分电力无法释放，大容量优势被抑制了，这将影响到部分桐油对松下NNP平台的选择

其次，新型保护电路设计将变得更加复杂。很多传统的防过放电路只是针对钴酸锂平台设计的，很难做到同时兼容新旧两代平台。相信优秀的厂家能够应对此挑战，但完美的设计什么时候能出现还是个未知数。

再次，Cree XR-E之后的led的Vf都不高，因此7135这样的简单的降压限流电路完全可以榨干钴酸锂电池的能量，而部分更复杂的电路在设计时也只考虑了电路在降压时的效率。如果搭配松下4000mAh这种3V以下还能放出不少能量的电池，就很容易出现放电困难，余电不尽的症状（肿么这么像前列腺炎？）。因此，新的手电电路设计不仅需要考虑降压效率，也要兼顾升压效率，否则难称完美。

除了led手电电路，充电器的设计也会受到很大影响——4.35V和4.2V这两种不同的充电器和电池必然会在消费者中引发混乱和误搭配，轻者欠充，重者过充造成安全隐患，因此充电器也是个非常值得重视的问题。带保护的18650电池或内置充电功能的手电是否会因此而流行呢？劣币驱除良币的市场将具有重要发言权。

18650电池技术的更新换代已在如火如荼地进行了，可以预见在不久的将来，必然会有诸如“完美支持三洋3000mAh和松下4000mAh”，或“榨干松下4000mAh”（秘密就是不设低电压保护）这样的广告出现。有多少能做到名副其实呢？让我们拭目以待。

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补充说明：市面上的电池，有的标4.35V，有的标4.3V，就我目前能查证的数据，3000mAh是4.35V，2800mAh是4.3V，三星例外，都是4.3V。  i+ z. t, X- w, ]4 e) C3 t" h

4.35V:
三洋3000mAh: http://www.panasonic.com/industr ... E305-UR18650ZTA.pdf/ i+ K6 p" P' G$ # " L
LG 18650 D1 3000mAh：http://budgetlightforum.com/node/97270 d7 W( 2 L% |3 h: Q0 O1 B1 V/ N
) h" }* H% L2 Q7 H
4.3V
三洋2800mAh：http://www.panasonic.com/industr ... CE303-UR18650ZT.pdf
LG 18650 C2 2800mAh：http://budgetlightforum.com/node/10435& s- Q$ U  r5 Z3 h& t" ' F
Samsung ICR18650-28A 2800mAh： http://budgetlightforum.com/node/13448$ R8 j+ _) ~0 Z2 e+ " E  B
Samsung ICR18650-30A 3000mAh： http://www.meircell.co.il/files/Samsung%20ICR18650-30A.pdf