藉由適當的鋰電池化學成分，延長電池續航力

在物聯網 (IoT)、無線感測器節點 (WSN)、智慧儀表、電動工具、可攜式醫療裝置和手持式 LED 照明等應用領域，持久的電池續航力很重要。鋰 (Li) 電池化學成分逐漸成為電池長效續航力的重要關鍵，但應該選擇哪一種？鋰／二硫化鐵 (Li/FeS₂)、鋰-二氧化錳 (LiMnO₂) 和鋰亞硫醯氯 (Li-SOCl₂₎ 等化學成分能讓電池使用許多年，但適合的應用領域各有不同。而且，電池續航力不光取決於化學成分，還涉及電池的構造、能源消耗模式等等。

最佳選擇需視相關的應用而定：應用是否需要較長的貨架存放壽命？長期維持低放電率？閒置許久後達到高放電率？回答了這些問題，就能確定要挑選何種電池，達到長效電池續航力。

讓我們以 Energizer、Zeus Battery Products、Jauch Quartz 及 Tadiran 實際出品的電池為例，考量脈衝、連續放電率、能量密度、工作溫度和構造細節之間的取捨。

Li/FeS₂ 能提供高放電率和較長的貨架存放壽命

Energizer Ultimate Lithium 電池的化學成分和構造，與該公司的鹼性電池不同。Li/FeS₂ 化學成分提供良好的蓄電量，並採用螺旋構造，使表面積比傳統鹼性電池多 20 倍，因此這些電池蓄電量更高，並能支援高放電率 (圖 1)。

圖 1：左邊為 L92 Li/FeS2 AAA 三種放電率下的放電曲線圖，右邊為 L92 與傳統鹼性電池的蓄電量-電流損耗比較圖。(圖片來源：Energizer)

例如，1.5 V L92 AAA 電池的標稱蓄電量為 1.2 Ah，支援 1.5 A 最大連續放電率，脈衝最高可達 2.0 A (2 秒)。L92 在 21°C 下的貨架存放壽命為 20 年，工作溫度範圍介於 -40 至 +60°C。這種規格組合，使得這些電池在高耗電應用中很有用，例如遊戲控制器、全球定位系統 (GPS) 單元、LED 手電筒、電動與遙控玩具，以及雷射水平儀。

LiMnO₂ 能讓電池達到低度至中度功率

如果您的設計需要在閒置許久後取得適量高電流，LiMnO₂ 電池或許是您的最佳選擇。這種應用包括存取控制、緊急位置發射機、聲納浮標、危險環境監視器，以及射頻識別 (RFID) 追蹤裝置。即使長時間閒置，這種產品也能提供瞬時電流脈衝，因為這些電池裡的電極不會形成鈍化層。

LiMnO₂ 電池能提供 3.0 V 電壓，放電曲線相當平緩，並能支援中度電流脈衝 (圖 2)。例如，Zeus CR-2 LiMnO₂ 電池的蓄電量為 800 mA，自放電率每年 20°C 下低於 3%，並能支援 900 mA 脈衝負載達 3 秒。如同 Energizer 的 Ultimate Lithium Li/FeS₂ 電池，這些 LiMnO₂ 電池的工作溫度範圍介於 -40 至 +60°C。

圖 2：LiMnO2 電池的放電曲線比 Li/FeS2 電池更平緩，並能長時間提供低至中度電流。(圖片來源：Zeus Battery Products)

Li-SOCl₂ 能提供高能量密度與長效電力／低功率

與 LiMnO₂ 電池不同的是，Li/SOCl₂ 電池會形成鈍化層，因此自放電率非常低。這樣就能在長時間處於閒置狀態時，將電池蓄電量損耗降到最低。但是，鈍化也會在電池初次放電時阻礙電流流動，限制立即提供峰值功率的能力。鈍化層會在持續放電下逐漸消失，但如果電池再次閒置，便又會形成鈍化層。

對設計來說，言下之意就是 Li/SOCl₂ 電池特別適合連續運作的低功率應用，例如無線 IoT 感測器、公用事業儀表、無線安全裝置，和追蹤系統。

Li-SOCl₂ 電池為螺旋繞線構造或線軸構造。線軸型提供的能量密度高出許多，有時稱為「能量電池」。螺旋繞線型則提供較高的連續與峰值電流額定值，稱為「動力電池」。這兩種類型的標稱輸出電壓為 3.6 V，並具有平緩的放電曲線 (圖 3)。

圖 3：Li/SOCl2 電池的放電曲線比 LiMnO2 和 Li-SOCl2 更平緩，因此特別適合持續運作的低功率應用。(圖片來源：Jauch)

線軸電池提供的能量密度可高達 710 Wh/kg。線軸 Li-SOCI₂ 電池的例子包括 Jauch 的 ER14250J-S 1/2AA (蓄電量 1.2 Ah，工作溫度範圍介於 -60 和 +85°C)，和 Tadiran 的 TL-5903/T AA (蓄電量 2.4 Ah，工作溫度介於 -55 和 +85°C)。

結論

本文探討了三種化學成分，其中 Li/FeS₂ 能支援最高的放電率和脈衝電流，但工作電壓為 1.5 V，能量密度較低。與此相對的，Li/SOCl₂ 適合長期提供低功率，且能提供最高的能量密度。LiMnO₂ 電池在能量密度方面位居第二，適合長期需要低度至中度功率、需立即迸發電力的應用。

要在應用中實現持久電池續航力固然還有許多因素要考慮，但稍微認識常見的熱門鋰電池，並瞭解其化學成分有哪些關鍵的差異，是個很好的起點。