问题提出
车模换几代了，电池什么时候换？
可能前十年前镍镉电池相对锂电池更还有那么点儿价格优势，但现在看来镍镉电池和锂电池相比完全没什么优点。平常调车时用过四节18650两串两并代替标配镍镉电池。镍镉电池？这辈子都不可能再用镍镉电池了，自己又买不起。
18650封装的锂电池 | 网络插图
只有锂电池这种东西，拆个旧充电宝就能做出来一块的样子。用锂电池的感觉就像飞了一样，我一年调车，比赛前一晚上我都不用镍镉电池，也就比赛当天，才用用镍镉电池的样子。
用锂电池的感觉，比用镍镉电池爽多了。用镍镉电池充电特别慢，快没电时车跟爬的一样，用了锂电池车一个个跑的我追都追不上，还特别耐用，超喜欢用锂电池。
锂电池 | 网络插图
那么请问卓大大，官方什么时候推出锂电池啊？
基本原理
“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，因而得到了普遍应用。
手工拆卸18650封装的锂电池
1970年，埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电。锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池发展而来。
锂电池内部的石墨和金属锂薄膜
锂电池的基本化学原理，可以很方便在网络上找到，在这里就不累述了。
根据放电性能锂电池分普通倍率和高倍率两种。普通倍率的锂电池放电电流不超过其容量的3两倍，也就是2C。假设你的电池容量是2200mA.其最大放电电流不能超过4400mA。
高倍率电池看其电池上是标的多少C，此类电池主要是靠牺牲容量来提高放电电流。如果是10C，其容量1300MAH,那最大放电电流就是13A.
普通的18650封装的锂电池
常见的锂电池的封装为18650，即直径18毫米，长65毫米。这比普通5号电池大一些。普通倍率的锂电池的容量大，可以在3000~4000mAH，价格较便宜。高倍率的锂电池容量较小，相对较高。用于智能车模竞赛的锂电池则需要高倍率的锂电池。
不同放电倍率、不同容量的18650锂电池
分析问题
前面同学提出未来的智能车竞赛是否可以使用锂电池替代之前的镍镉电池。普通的单节锂电池电压为3.7V，使用两节串联则可以达到之前竞赛所使用的镍镉电池端口电压。如果采用高倍率放电的锂电池，其放电速率也可以接近镍镉电池放电大小。再随着环保要求，镍镉电池禁止生产，因此将锂电池用于智能车比赛应该成为趋势。
相比于镍镉电池，在使用锂电池方面需要注意一下几个问题：
1、安全问题
由于锂电池的能量密度大，锂元素比较活泼。因此如果使用不当，锂电池会产生爆燃或者爆炸，对于设备和人身产生危害。
电脑中的锂电池爆炸
锂电池爆炸的原因主要包括以下几种：
(1) 内部短路。这种情况往往是电池受到挤压，或者尖锐物体刺穿封装造成内部叠层结构短路引起内部短路放电，引起电池温度急剧上升。
锂电池穿刺实验
(2) 过充电。如果电池在充电过程中没有进行保护，当充电电压超过了最高限制（单节电池最高充电电压为4.2V）时，电能就会转换成热能，从而引起电池内部温度过高。
单节锂电池在12V充电电压下的爆炸
(3) 外部短路。由于电池本身的内阻，使得电池中的电能转换成内部的热能，从而引起内部高温。超过一定温度后，也同时引起内部短路，造成电池的爆燃。
外部短路的锂电池爆炸
如果使用正当的充电区，或者带有保护电路的锂电池，则可以有效避免上述的危险。
2. 电池真伪
在网络上销售的各种18650电池中，质量良莠不齐。从而使得电池的容量、安全性、寿命都会受到影响。除了注意到不同的厂家品牌之外，还可以通过测量来检查电池的好坏。
(1) 电池的容量主要是由其内部锂（或者锂离子）物质决定，这部分也是电池的主要成本。同样的封装，实际容量大的电池，重量往往比较大，比如大于45克，而一些假冒电池，则为了节省材料成本，则相应的电池重量轻。
不同品牌锂电池的重量相差很大
(2) 电池内阻和放电速率。好的电池内阻比较小，在相同的放电电流下，端口电压降低小。反之，质量不好的电池，则内阻增加，充电寿命减少。
不同锂电池的端口电压不同
这一点也可以通过电池在大流量放电下，其温度的升高程度来感知。
3. 电池成本
在相同的容量下，锂电池的价格比起之前的镍镉电池还是要高一些。特别是对于放电倍率高的动力锂电池，更是如此。如果再加上一些保护板，往往锂电池的价格比起原来的镍镉电池高2~4倍。
可以通过自制保护板，节省电池中的保护电路的成本。也可以通过废物循环利用，将一些别的电器中废旧的锂电池通过重新组装形成可用的动力电池。
验证实验
实验1：测量电池的内阻
电池的内阻不仅表征了电池放电能量，同时也显示了电池的质量和健康状况。电池的内阻可以通过测量其端口开路时的输出电压U0，在额定负载电流I0下的输出电压U1，然后通过 R=(U0-U1)/I0计算电池的内阻。
锂电池放电是的端口电压与放电电流
如下是三块锂电池。具有不同的容量。其中两块3.7V的电池是低倍率放电普通电池，7.4V的电池是高倍率放电锂电池。
这些电池内部都带有保护电路板，对于过冲以及外部短路都能够很好的保护电池，防止电池损毁。
三种不同容量的锂电池
使用电子负载以及联网的万用表，测量上述三块电池在不同的输出电流下的端口电压，具体数据如下图所示：
锂电池放电电压与电流曲线
按照前面公式可以分别计算出三种电池的内阻。它们分别是：
Rsmall = 0.22 欧姆
Rmedium = 0.15 欧姆
Rlarge = 0.12 欧姆
其中对应高倍率放电的锂电池的内阻最小。
实验2：电池短路实验
锂电池输出短路可能会引起电池爆炸。普通的18650锂电池内部不带有保护电路，所以在使用过程中需要尽可能避免其输出短路。
现在电池的封装设计中，为了避免电池短路爆炸，专门设置量破裂口，使得电池在过热的情况下不会爆炸。下面实验结果显示，直接使用导线将电池输出短路，也仅仅引起电池过热，以及释放气体，并不出现带有火光的爆炸现象。
18650锂电池外部短路实验
现在的锂电池相对比较安全一些了。
拓展讨论
虽说现在的锂电池相对安全了，但还是需要在使用过程中注意规范，防止危险发生，或者降低电池使用寿命。下面动图显示了一些网络上别人做的锂电池破坏性实验场景。看过这些场面，也许会提醒锂电池的使用者时时刻刻注意安全。
场景1：一个大熊孩子使用射钉枪在锂电池组上打孔。大家千万别做这样的啥事。
场景2：这是另外一个认真的熊孩子在18650锂电池上使用木螺丝钉钻孔。
场景3： 使用红外摄像机拍摄锂电池在大电流放电情况下的温度变化。
场景4：使用火焰枪燃烧锂电池。这应该是电子实验中最壮丽的场面了。
场景5：这是我唯一喜欢看的一个实验。直接将锂电池内部金属锂薄膜放在水碗里。金属锂瞬间与水发生化学反应，燃烧起来。
在从另外一个角度看一下这个过程。