智能水表儀表3.6V鋰亞硫酰氯電池基礎知識

1、什么是鋰亞硫酰氯電池

標稱電壓為3.6V，以金屬鋰為負極，以亞硫酰氯為正極，采用無機電解液的鋰原電池稱為鋰-亞硫酰氯電池。

2、產品分類

2.1  按電池工作特性分為

容量型（后綴符號缺?。?/span>

功率型（后綴符號為M）

高溫型（后綴符號為S）

2.2  型號說明

2.3標注示例

ER14505M 表示為電池高度為50.5mm、直徑為14mm的功率型圓柱形鋰-亞硫酰氯電池。

2.4  主要規格型號

    容量型：ER13150、ER13170、ER10280、ER10450、ER14250、ER14335、ER14505、ER17505、ER18505、ER26500、ER34615、ER341245；

    功率型：ER14250M、ER14335M、ER17505M、ER18505M、ER26500M、ER34615M

    高溫型：ER13150S、ER14250S、ER14505S、ER26500S、ER34615S

3、電池結構

3.1  功率型電池的結構及材料：電池的正極材料是碳，負極材料是金屬鋰，電解液是亞硫酰氯，用玻璃纖維隔膜將正負極隔開，電池的結構為卷繞式。結構簡圖如下。

3.2容量型電池的結構及材料：電池的正極材料是碳，負極材料是金屬鋰，電解液是亞硫酰氯，用玻璃纖維隔膜將正負極隔開，電池的結構為碳包式。結構簡圖如下。

4、 電池特性: 

4.1 電池的比能量高達430Wh/kg(1000Wh/dm3)，在各種鋰電池中是最高的。

4.2 開路電壓高，單粒電池高達3.6伏（V）；工作電壓高，工作電壓隨負荷變化，通常在3.2~3.6伏（V）之間。

4.3 自放電率低，年自放電率在2%以下；儲存壽命長，室溫下可儲存10~15年。

4.4 使用溫度范圍寬廣，一般使用溫度在-55℃~+85℃之間。

4.5工作電壓平穩。90%以上的電池容量是在電壓幾乎不變的高電壓平臺上輸出的。

4.6 一般以微電流連續長時間工作，并能提供中等電流脈沖，工作時間可長達8年。

4.7 電池本身有PTC保護片，電池短路在5S內電流降到＜600mA，PTC通過400mA時壓降小于0.04V。

5、 電池使用注意事項：

5.1 嚴禁短路，嚴禁充電。

5.2 嚴禁用戶自行組合電池。

5.3 嚴禁過放電、擠壓、焚燒或拆卸。

5.4 嚴禁在允許的溫度范圍之外使用或加熱。

5.5 電池使用至終止電壓時，應及時從儀器中取出。

5.6 不得直接在電池表面焊接，應使用預先裝有導耳或引線的電池。

5.7 使用過的電池應按照當地環保規定處理，深埋于地下或投入深水中。

以上注意事項應嚴格遵守，以免電池操作、使用不當，導致電池鼓脹、泄露甚至起火或發生爆炸。

6、 安全警示：

6.1 使用前嚴格檢查外包裝，出現包裝破損，要查清原因，不得輕易使用。

6.2 電池裝機前，檢查電池的開路電壓、負荷電壓以及有效期。

6.3 嚴禁將不同系列的電池、不同規格的電池混合串聯使用。

6.4 不能隨意在電池正負極端進行錫焊，在引出片上的錫焊要在幾秒鐘內完成。

6.5 電池放電至截止電壓后，嚴禁繼續使用。

6.6 報廢電池的處理：將電池及時放入5%食鹽水溶液中浸泡，將剩余電壓放至0V，然后集中在指定地點深埋于1米左右的地底下。

7、保護電路：

8、為什么鋰電池是智能水表專用電池？

8 應用說明

8.1電子儀表中用電池作為主電源（IC卡氣、水、熱表 + 讀數器）和作為記憶后備和實時時鐘電源（復費率電表）。

8.2 電子儀表為何使用鋰電池？

?工作電壓超過2V；

?工作溫度范圍寬廣；

?脈沖放電能力強；

?數年的工作壽命內可靠性高；

?安全性好；

8.3 當前市場上有4種鋰電化學體系：

Li-SOCl2 (LS) , Li-SO2 (LO) , Li-MnO2 (CR) , Li-CFX (BR)；

    能提供其中的3項： Li-SOCl2， Li-SO2，Li-MnO2；

    為多數儀表推薦使用Li-SOCl2電池；

8.4 為什么是Li-SOCl2電池？ 

?高電壓及穩定工作電壓（開路電壓 ≥3.66V ，負載電壓≥ 3.2V）；

?功率型電池具備較大電流脈沖放電優勢；

?更為寬闊的工作溫度范圍（-55/85℃）；

?更高的容量（ER14250≥1.2AH  ER14505≥2.4AH）；

?更小的自放電，更長的貯存、使用壽命（小于2%，5~15年）；

?更突出的安全性能（無運輸限制，UL認證，符合EN50020“歐洲防爆電氣標準”要求）；

?良好的記錄和口碑；

8.5 儀表行業對鋰電池應用的要求： 

?電池預期壽命；

?脈沖時電壓響應；

?工作溫度范圍；

?安全性；

?環境；

?舊電池處理；

?電池制造商的技術支持；

8.5.1電池預期壽命取決于：

①單體電池中的鋰金屬數量；

②儀表消耗的電流；

③在儲存和使用時“自放電”消耗的容量。

電表常用： Li-SOCl2 14250 （1.1Ah、1.2Ah）

水表常用： Li-SOCl2 14505 （2.0Ah、2.4Ah）

Li-SOCl2 14250 在20℃儲存時，年自放電率 < 1%

在45℃儲存時自放電率是20℃時的2倍。

8.5.2脈沖時電壓響應

Li-SOCl2電池的壽命終點來得十分突然（其內阻的急劇增加），用純電壓讀數展望早于5%的早期警告信號是困難的。在有更多鑒別力的電流脈沖條件下，作出電壓讀數時，10%超前的信號是可能的

8.5.3工作溫度范圍 

鋰電池（一次性）能在寬廣的溫度范圍內貯存和工作，特別是具有玻璃-金屬的密封的Li-SOCl2電池，是唯一保證完美密封性和防止電解液損失的方法。

    低溫下：

取決于密封結構

（Li-SOCl2的氣密密封無限制，而Li-MnO2的塑料密封易變脆，造成電液泄漏）

（SOCl2的凝固點為-104℃，因此在-55℃仍然可以工作；而Li-MnO2的有機電解質易凝固，不適合在-20℃以下工作

高溫下：

取決于密封結構

（Li-SOCl2電池在120℃保持氣密密封，而Li-MnO2的塑料/樹脂密封易軟化、開裂等）

Li-SOCl2 儲存：-55/+60℃ 工作：-55/+85℃

8.5.4安全性 

安全性意味著在運輸、貯存、操作、使用和處理過程中無電解液泄漏，電池泄放、解體（爆炸）或火焰之類不受歡迎的事件出現的能力。 

在運輸、貯存中：

a)Li-SOCl2電池不受運輸限制；

b)以往無生產和運輸過程中的不良記錄；

在正常使用中：

a) 氣密性封裝結構保證電池無泄漏；

b)常用的Li-SOCl2電池是碳包式結構，屬“低功率”型。萬一誤操作時，具有很好的安全性（短路時無泄漏、無爆炸，擠壓時無爆炸、無起火）；

c)符合50020“歐洲防爆電氣標準”的要求。

在濫用條件下：

沖擊、跌落、振動、撞擊 → 無泄漏

擠壓、針刺 → 無爆炸、無起火

在20℃下短路 → I max 0.8A T max 85℃ 無泄漏，無爆炸

充電 → OK，如果充分小的/充分短的（UL：MH12609）

加熱 → 在85℃以下無泄漏

安全性指南：

a)了解并掌握鋰電池的特性，正確使用；

b)不要擠壓、充電、拆卸、加熱、焚燒或短路；

c)對鋰電池的合理保護。

8.6技術支持 

專攻專業用途，并慣于研究儀表項目

的經驗

儀表項目需要長時間的預備討論

在項目啟動后，最好盡早考慮電池的選擇

經常評估儀表電路特性和工作溫度條件

儀表行業在設計和使用電池中應注意的事項： 

（1）設計研發或設計人員選擇電池應考慮：

a) 工作電流

b) 環境溫度

c) 終止電壓

d) 預期壽命

（2）檢驗

檢驗程序可根據用戶而變化，但一般包括：

a) 外觀檢驗

b) 尺寸檢驗

c) 開路電壓檢驗（檢出異常：①零電壓 ②低電壓 ③高電壓；電壓表：阻抗≥100kΩ/V，精度≥0.5級）

d) 負載電壓檢驗（檢查電池的良好工作和鈍化狀態）

e) 放電檢驗（評價電池的容量：C = I×t （mAh） 

（3）貯存

鋰原電池的重要建議是簡單的：陰涼、通風良好的條件和期限最好不超過3年。在貯存的范圍內，應用先進先出的原則（根據打印在外套管上的電池日期碼）。

對于鋰電池來說，在低溫下貯存有助于延長電池的貯存壽命，低溫下電池的自放電率大大下降，如-20℃時自放電率低于0.3%, 而高溫下貯存電池的自放電率將大大上升，如60℃時將達到7%左右。而且高溫下電池的電壓滯后現象將會非常嚴重，而低溫下貯存電壓滯后現象將會很輕微。

（4）操作

鋰電池的操作是安全的，只要注意防止機械損壞和偶發性的短路。

在使用中，請注意以下事項：

用該電池前請勿除去原有包裝；

a)為避免短路，請勿散裝電池；

b)請勿加熱超過85°C，或焚燒電池；

c)請勿解剖電池；

d)禁止給電池充電；

e)請勿直接在電池體上焊錫（應使用帶引出片電池焊錫）；

f)請勿混用新舊電池，或產地不同的電池；

g)請勿反極。

8.7 常見問題(FAQ)

在與大量客戶進行溝通后，我們總結出如下一些常見的問題：

a)開路電壓不足：

電池開路電壓低于3.6V，這種情況表明電池容量已基本放完，產生這種情況的原因主要有三種：一是電池自身內部微短路導致電池自放電大；二是用戶電路板功耗過大，電池容量消耗完；三是由于某些錯誤原因使電池一直處于大電流放電狀態（如閥門開或關的動作不能停止），在短時間內電池容量就會消耗完。

b)電池開路電壓正常、負載電壓低并有上升：

此種情況是由于電池的電壓滯后所引起的，在8.8中將詳細說明如何消除電壓滯后的影響。

c）報警電壓設定:

  在水表、氣表電路中，由于帶動閥門所需要的電流較大，此時電池電壓也較低，而鋰亞硫酰氯電池具有電壓平臺非常平穩的特點，前期電池電壓不會有明顯的變化，在電池放電末期時電池電壓下降迅速，所以當在小電流（如微安級）工作時檢測到電池電壓下降到很低（3V以下）時，此時電池以大電流（如100mA）脈沖，電壓可能已經低于2V，在關閉或打開閥門時，就會由于電壓過低而無法正常動作。因此，我們建議在消除了電壓滯后的前提下，電路對電池電壓的檢測以大電流脈沖時進行最準確。但報警電壓應跟據電路能正常工作的最低電壓來的設定，設定值應比最低值高約0.1～0.2V。

下圖給出了ER14505M型電池以100mA電流10秒種脈沖時，電池負載電壓與放電容量的關系：

8.8如何消除電壓滯后

電壓滯后是鋰亞硫酰氯電池的一大特性，也是該種電池存在的基礎，其原理如下：組成電池的亞硫酰氯電解液是一種強氧化性的化學物質，它同時起了電解液和電池正極活性物質的作用，亞硫酰氯與電池的負極活性物質金屬鋰接觸后，在金屬鋰表面上立即形成一層致密的鈍化膜，這一層鈍化膜是一種離子導體，鋰離子能在鈍化膜中進行遷移，但由于其遷移的速率很小，因此會阻擋電池進行反應，當電池中流過的電流不大于1μA/cm2（金屬鋰表面積）時，鈍化膜中鋰離子的遷移速率能夠滿足要求，當電流較大時，鈍化膜中鋰離子的遷移速率的限制產生嚴重影響，鈍化膜兩端產生很大的電壓降，此時具體表現就是電池負載電壓低；隨著電流的不斷流過，鈍化膜逐漸破裂，兩端的壓降逐漸下降，電池的負載電壓就逐漸上升直至正常。鈍化膜的逐漸破裂過程就是電池電壓滯后的消除過程。當電池長期處于微小電流放電或貯存情況下，電池的鈍化膜會逐漸加厚，電池的電壓滯后也會加重，嚴重時最低電壓會降到2V甚至更低，此時就會影響用戶的使用，如果在電路上未采取措施，就會由于瞬間電壓太低，使儀器不能正常使用。

以下幾種方法可以消除電壓滯后的影響：

（1）定時放電法：

在上面已經講過電壓滯后的形成原理，可知電壓滯后是由于鈍化膜形成而產生的，由于鈍化膜是隨時間增加而逐漸加厚，電池電壓滯后也隨著加重，如果使鈍化膜保持一定的厚度，就能使電池電壓滯后的程度保持在可接受的范圍內。因此我們進行了相應的實驗確認，電池每隔五天左右進行一次5～10秒鐘的大電流（2～3mA/cm2）脈沖放電,能使電池滯后的最低電壓控制在3V以上。

（2）電容貯能法（一）

以一個足夠大容量的電容作為主電路的電源，電池通過一個二極管給電容充電，平時電池給電容充電，閥門動作時，電路由電容供電，閥門的電流由電池直接提供，要求電容的電能應能使電路正常工作數分鐘以上，這樣就是電池有幾分鐘的電壓滯后，也不會影響電路的正常工作，只是閥門的動作時間加長。

（3）電容貯能法（二）

以一個較大電容作為主電路的電源，電池通過一個二極管給電容充電，平時電池給電容充電，閥門動作時，電路由電容供電，閥門的電流由電池直接提供，電路檢測電容的電壓，當電容電壓低于設定值時，停止閥門動作，此時電池開始給電容充電，當電壓達到設定值時，再進行閥門動作，如此循環操作直至閥門動作完成為止。

（4）電容貯能法（三）

以一個足夠大容量和電流的電容作為閥門動作時的電源，電池通過一個二極管對電容進行充電，當閥門動作時，以電池對主電路供電，用電容對閥門供電，電容所貯能量應能使閥門正常工作。

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