“充電幾分鐘，續(xù)航翻幾番”的小型鋰離子二次電池是如何煉成的？

不管是智能手機，還是兒童玩具，以及各種小型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，最讓用戶頭疼的就電池續(xù)航。手機沒電了還可以用移動電源一邊充電一邊使用；但是玩具如果沒電了，小朋友一般不會有耐心等待充電，大哭大鬧會給家長造成巨大的心理陰影；像運動手環(huán)這樣的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備如果在使用時沒電了，也會讓用戶十分崩潰。為了解決續(xù)航問題，我們看到大多數(shù)解決方案都在提倡降低能耗，而對增加電池容量卻顯得無能為力。

最近在尼吉康的新品發(fā)布會上，筆者看到了一個令人驚喜的演示，尼吉康帶來的小型鋰離子二次電池和 EDLC，在電壓相同的情況下，前者續(xù)航能力增加了幾倍。
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左側(cè)：小型鋰離子二次電池驅(qū)動
右側(cè)：EDLC

如上圖所示，左右兩個電機驅(qū)動系統(tǒng)，分別可以驅(qū)動左右兩個風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動的力量可以托起小球，讓其飄在上面。

如上圖所示，大約幾十秒后，右側(cè) EDLC 的系統(tǒng)中電量已經(jīng)耗盡，小球已經(jīng)落下，左側(cè)的系統(tǒng)還在轉(zhuǎn)動，大約又持續(xù)了數(shù)分鐘。由此可見，小型鋰離子二次電池存儲的電量比右側(cè) EDLC 有了大幅提高。

可能大多數(shù)用戶更好奇的是，這款小型鋰離子二次電池如何做到了這樣的續(xù)航能力？帶著問題，與非網(wǎng)記者采訪了尼吉康電子貿(mào)易（上海）有限公司董事兼副總經(jīng)理毛繼東先生。他介紹，“如下圖所示，電池對能量密度要求比較高，小型鋰離子二次電池處于功率密度和能量密度的交差點（圖中的紅色部分），它的能量密度沒有鋰電池的能量密度高，接近鎳氫電池，但是它的功率密度接近 EDLC（電氣二重層），能夠以大功率進(jìn)行快速充放電。”
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各種蓄電裝置的差異

從上圖的對比中可以看出，小型鋰離子二次電池的能量密度優(yōu)于 EDLC，功率密度、溫度范圍和 Cycle 壽命、安全性都優(yōu)于電池。

SCiB 技術(shù)讓產(chǎn)品實現(xiàn)長壽命和急速充放電
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對于充電電池，壽命、急速充放電是其重要指標(biāo)。一般充電電池充放電 2 千到 3 千次之后容量便會降至 80%以下，但是尼吉康的這款產(chǎn)品充放電次數(shù)達(dá)到 18000 次后依然能維持 80%以上的容量，適合用于一天中需要多次進(jìn)行充放電循環(huán)的機器；極速充放電具有和 EDLC 同等的出入力密度。毛繼東解釋，“這是因為我們采用了 SCiB 技術(shù)，需要緊急充電時，在 20C 充電的條件下，可以實現(xiàn) 3 分鐘內(nèi)充滿 80%的超急速充電；需要用于大功率應(yīng)用時，20C 放電的條件下，可以在 3 分鐘內(nèi)完成全容量放。相對于一般鋰離子二次電池，-20℃下容量降至 50%以下而言，該產(chǎn)品在 -30℃的低溫下依然維持 50%的容量?！?/p>

短路不燃燒，高安全性讓客戶更放心
如果鋰電池受到嚴(yán)重擠壓變形，或者針刺，內(nèi)部會造成能量短路，發(fā)生燃燒。然而，經(jīng)過壓壞、針刺、Bluntnail 試驗，外短，過充電，過放電等一系列實驗，這款小型鋰離子二次電池都沒有發(fā)生著火破壞現(xiàn)象，可見安全性很高，這對于醫(yī)療電源、汽車電源至關(guān)重要。這樣的安全性如何實現(xiàn)實現(xiàn)的？毛繼東道出了其關(guān)鍵技術(shù)點，那就是尼吉康通過使用特殊負(fù)極材料（LTO）實現(xiàn)高安全性。
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小型鋰離子二次電池和鋰電池的對比

Li 金屬析出與短路現(xiàn)象

如上圖對比所示，鋰電池采用的負(fù)極材料是碳素材料，小型鋰離子二次電池采用的是 LTO，LTO 是一種阻燃產(chǎn)品，內(nèi)部的短路電流很小，而鋰離子電池的內(nèi)部短路電流很大。鋰電池充電時，隨著充電、放電特別負(fù)極上快速的充放電，放電時低于安全電壓，鋰金屬會被析出，當(dāng)負(fù)極碰到了正極就發(fā)生了短路，鋰電池就壞了。但是小型鋰離子二次電池負(fù)極上采用的是 LTO，充放電時不會達(dá)到 Li 析出的電壓，所以不存在衰減。

長壽命、高安全性、急速充放電，這幾個特征使得該產(chǎn)品可以在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備、智能電表、筆記本電腦和遙控器等上面發(fā)揮更大的作用。

沒有停止電容器研發(fā)的腳步，再推混合鋁電解電容
尼吉康是一家專注于電容器研發(fā)的公司，而且隨著市場的需求變大，這幾年營收在持續(xù)增長，那么傳統(tǒng)的電容器是不是就不用再創(chuàng)新了？答案是否定的，除了以上的小型鋰離子二次電池，尼吉康在電容器產(chǎn)品上并沒有停下研發(fā)的腳步，而是持續(xù)進(jìn)步。本次發(fā)布會就帶來了混合鋁電解電容器，毛繼東解釋，“這款產(chǎn)品既不是鋁電解電容，也不是高分子電容，而是兩個產(chǎn)品的結(jié)合，我們稱為混合鋁電解電容器，它既有鋁電解電容器的特性，也有高分子電容器的優(yōu)勢，在高頻領(lǐng)域的 ESR 性能優(yōu)異，對于溫度變化具有穩(wěn)定的 ESR 性能。因為內(nèi)部含有電解液，具有氧化膜修復(fù)功能，能維持穩(wěn)定的電器性能?！?/p>

這款產(chǎn)品分為兩個系列：GYA、GYB 系列，其中 GYA 系列的耐久性是 125℃，4000 小時，GYB 系列的耐久性是 105℃，10000 小時。兩者的應(yīng)用有哪些不同？毛繼東以汽車應(yīng)用為例，在發(fā)動機艙里面，因為有水箱、油泵、發(fā)動機、內(nèi)燃機，耐久性需要達(dá)到 125℃，需要選用 GYA 系列；在乘坐艙里面，車身控制的單元耐久性只要 105 ℃，選用 GYB 系列即可。在相同容許紋波電流的情況下（以 1600mArms 為例），一個混合電容器可以替代原來 6 個鋁電解電容的應(yīng)用，最大可以消減 85%的物料面積，電容器數(shù)量減少，電路板設(shè)計的故障風(fēng)險隨之下降，在提倡小型化的汽車應(yīng)用中很有優(yōu)勢。

除了混合電容器，尼吉康還推出了電氣雙層電容器，具有低抵抗高輸出功率的優(yōu)勢；車載音響用芯片型鋁電解電容，可以實現(xiàn)高音質(zhì)化；大型鋁電解電容器，通過采用新規(guī)電解質(zhì)實現(xiàn)了 105 800V 高耐電壓電解液的開發(fā)；引線型鋁電解電容器，具有業(yè)界最高 40G 的耐振動性等多種電容器。

在線技術(shù)支援工具，讓工程師的設(shè)計更簡單
工程師在進(jìn)行設(shè)計的時候，往往需要通過模擬工具預(yù)先衡量自己的設(shè)計是否達(dá)到設(shè)定的性能指標(biāo)？成本是否在預(yù)算之內(nèi)？設(shè)計需要多長時間？因此，尼吉康推出了三款在線技術(shù)支援工具，其中 3DCAD 模型可以進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計、放熱散熱預(yù)測和振動應(yīng)力解析，已經(jīng)應(yīng)用于機械設(shè)計、建筑設(shè)計、機電行業(yè)和汽車領(lǐng)域；SPICE 模型，幫助用戶設(shè)計電路，選定電子部件，進(jìn)行故障分析；電容壽命計算器，當(dāng)用戶輸入適用時的周邊溫度和紋波電流，便可以計算出電容器推測壽命，從而避免設(shè)計不合理帶來的成本浪費。

毛繼東強調(diào)，“3DCAD 的模型與其他產(chǎn)品的不同之處是，真正的物體不是 90 度直角，存在一個物理角度，我們做得更加逼真，這樣可以更加逼真地反映出熱效的擴散或轉(zhuǎn)移，我們對貼片、插件、牛角、螺栓都做了解析?！?/p>

另外，通過和客戶接觸，尼吉康發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的年輕工程師比較關(guān)注主動元器件和熱門被動元器件，關(guān)于非熱門元器件會提出一些比較基礎(chǔ)的問題，由于這種原因，會造成設(shè)計上的漏洞，公司采購部門和設(shè)計部門也會溝通不暢，增加溝通成本。因此，尼吉康拍攝了六集關(guān)于電容器的小視頻，幫助工程師夯實基礎(chǔ)知識。視頻內(nèi)容非常通俗易懂，目前已經(jīng)翻譯成了中文，放在了國內(nèi)的網(wǎng)站上。

寫完這篇文章，筆者比較感慨，最近流行一句話，叫做“世界上最可怕的事情是比你優(yōu)秀的人比你還努力”，這同樣適用于企業(yè)之間，世界上最優(yōu)秀的企業(yè)還在不斷創(chuàng)新，不斷精進(jìn)，成立 68 年以來，尼吉康不管在技術(shù)上還是在產(chǎn)品上，都在努力引領(lǐng)行業(yè)，而且對于成熟的產(chǎn)品也保持了創(chuàng)新的步伐，這兩點值得我們認(rèn)真學(xué)習(xí)。

與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)允許，不得轉(zhuǎn)載！