物联网长寿命锂亚电池电压滞后现象及解决方案

锂亚电池在经过长期微小电流或者长期静置储存后再大电流放电时会出现电压滞后的现象。

2SOCl2 +4Li → 4LiCl+SO2+ S

锂亚电池是不可充电的锂金属电池，其电解液及正极材料均为亚硫酰氯。当金属锂与亚硫酰氯化学反应时，会生成氯化锂氧化产物，该氧化产物会附在金属锂的表面，我们称之为氧化膜(也叫钝化膜)，这层氧化膜可以阻止反应的持续快速进行，换句话说，这层氧化膜对负极金属锂起到了保护作用，这也是该电池具有长时间储存特性的原因。

锂亚电池ER34615H结构

氯化锂保护膜生成后，内部停止反应只是相对的，并非绝对，不管是适合大电流放电的功率型电池，还是适合小电流放电的能量型电池，只要电池这么一直静置着，内部极缓慢的化学反应就会让钝化膜逐渐变厚。钝化膜的出现让锂亚电池的内阻也随时间不断发生变化。

孚安特功率型锂亚电池ER26500M结构

也正是钝化膜的生成，使得锂亚电池在常温下的年自放电率非常小(能量型低于1%，功率型低于2%)。加上锂亚电池高达700wh/kg的能量密度，锂亚硫酰氯电池成为了目前物联网低功耗长寿命应用领域的绝对明星产品。锂亚电池滞后现象目前阶段暂时还无法完全通过内部配方解决，但是实际应用中可以通过一些方法消除滞后。以ER14505M为例，如果贮存了半年后才开始使用，可以在使用前用15Ω电阻放电10-20分钟进行激活。其他型号锂亚电池长时间贮放不用，消除滞后对应的安全电阻大小及放电时间请向孚安特详询。

为避免电池装机后出现滞后现象对终端用电设备造成影响，孚安特推荐使用如下两种电路方案。

1,使用激活电路消除滞后的影响在电路中加入一个脉冲放电的程序，用适当的电流对电池予以冲击，脉冲放电的电流和频率根据仪表的工作所要求的最大电流和最低工作电压而定。a.可用电路工作时的最大峰值电流对应的电阻对电池放电5~10秒的方法激活(如：电路的最大峰值电流为50mA，则对应的电阻为62欧姆)，激活频率为10~15天一次。b.或者在电路中设计一个小电流高频次的激活程序，如5mA脉冲放电，1s一次，每次持续1ms。

2.电路中使用锂离子电容器SLC或SPC，SLC负责大电流负载，或用作维持CPU工作的小电流负载。

图1

图2

SLC I和SLCII均为锂离子电容器，其中I为层叠式，II为卷绕式。

上述两种方法中，第一种方法可靠性不如第二种高，使用SLC/SPC的方法不仅可靠性高，还不会出现掉电现象，特别是按图2 的工作电路，只要电池的容量足够就行。

孚安特比较推荐配合SLC/SPC使用的方案，这种长寿命电源方案中,电池主要负责保证足额的容量供应，SLC/SPC负责提供满足脉冲需求的大电流。在此类电源方案中，SLC/SPC体积小，可循环充放电次数极高，当设备对电源方案的空间体积有限制时，电池的性能优异程度往往决定了整个方案的可靠性及持久性。如果产品开发者确认使用锂亚能量型电池+SLC/SPC的电源方案，在批量试产前，孚安特公司建议除了对电池进行竖立姿态下的容量测试外，还应模拟设备正常工作时电池所处的姿态对电池进行容量测试，可输出容量越高性能越好。此种方案比较适合用于目前需要工作3-10年的智慧城市物联网电源方案中。

武汉孚安特可提供四种最高充电电压3.95V的卷绕式SLC供使用，SLC1016，SLC1025，SPC1520，SPC1550。以SLC1016为例，10代表直径为10mm，16代表高度为25mm。

后语：

对于不需要长期休眠的应用场景(每次休眠2个月以下)，锂亚电池滞后问题可以不用考虑。很多有大脉冲的应用场景基于成本及设备内部空间考虑，会单纯选择大容量的功率型锂亚电池，该类型电池无需配合SPC即可提供大电流。以孚安特ER34615M为例，单只电池体积与ER34615H相当，最大可持续放电电流1.8A，最大脉冲电流可达3.5A;单体电池在常温下以15mA电流放电至2.0V截止时亦能放出13Ah的容量。因此电源方案其外形结构规则，更易于产品开发者灵活布置设备空间，加上成本相对低些，目前被大量应用在需要持续工作1-6年的应用场景中。