鋰電池是20世紀(jì)開(kāi)發(fā)成功的新型高能電池,可以理解為含有鋰元素(包括金屬鋰、鋰合金、鋰離子、鋰聚合物)的電池,可分為鋰金屬電池(極少的生產(chǎn)和使用)和鋰離子電池(現(xiàn)今大量使用)。因其具有比能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于軍事和民用小型電器中,如移動(dòng)電話(huà)、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等,部分代替了傳統(tǒng)電池。
鋰離子電池的由來(lái)及發(fā)展
1970年代??松腗.S.Whittingham采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料,金屬鋰作為負(fù)極材料,制成首個(gè)鋰電池。
1980年,J. Goodenough 發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料。
982年伊利諾伊理工大學(xué)(the Illinois InsTItute of Technology)的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性,此過(guò)程是快速的,并且可逆。與此同時(shí),采用金屬鋰制成的鋰電池,其安全隱患備受關(guān)注,因此人們嘗試?yán)娩囯x子嵌入石墨的特性制作充電電池。首個(gè)可用的鋰離子石墨電極由貝爾實(shí)驗(yàn)室試制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料,具有低價(jià)、穩(wěn)定和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)鋰性能。其分解溫度高,且氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰,即使出現(xiàn)短路、過(guò)充電,也能夠避免了燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。
1989年,A.Manthiram和J.Goodenough發(fā)現(xiàn)采用聚合陰離子的正極將產(chǎn)生更高的電壓。
1991年索尼公司發(fā)布首個(gè)商用鋰離子電池。隨后,鋰離子電池革新了消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌。
1996年P(guān)adhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽,如磷酸鋰鐵(LiFePO4),比傳統(tǒng)的正極材料更具優(yōu)越性,因此已成為當(dāng)前主流的正極材料。
鋰離子電池(Li-ion Batteries)是鋰電池發(fā)展而來(lái)。所以在介紹Li-ion之前,先介紹鋰電池。舉例來(lái)講,紐扣式電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯,負(fù)極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不需充電。這種電池也可以充電,但循環(huán)性能不好,在充放電循環(huán)過(guò)程中,容易形成鋰枝晶,造成電池內(nèi)部短路,所以一般情況下這種電池是禁止充電的。
后來(lái),日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極,以含鋰的化合物作正極的鋰電池,在充放電過(guò)程中,沒(méi)有金屬鋰存在,只有鋰離子,這就是鋰離子電池。
20世紀(jì)90年代初,日本Sony能源開(kāi)發(fā)公司和加拿大Moli能源公司分別研制成功了新型的鋰離子蓄電池,不僅性能良好,而且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。隨著信息技術(shù)、手持式機(jī)械和電動(dòng)汽車(chē)的迅猛發(fā)展,對(duì)高效能電源的需求急劇增長(zhǎng),鋰電池已成為目前發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一。
鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及原理
鋰離子電池的主要組成:
- (1)正極——活性物質(zhì)主要指鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等,導(dǎo)電集流體一般使用厚度在10--20微米的鋁箔;
- (2)隔膜——一種特殊的塑料膜,可以讓鋰離子通過(guò),但卻是電子的絕緣體,目前主要有PE和PP兩種及其組合。還有一類(lèi)無(wú)機(jī)固體隔膜,如氧化鋁隔膜涂層就是一種無(wú)機(jī)固體隔膜,;
- (3)負(fù)極——活性物質(zhì)主要指石墨、鈦酸鋰、或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳材料,導(dǎo)電集流體一般使用厚度在7-15微米的銅箔;
- (4)電解液——一般為有機(jī)體系,如溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類(lèi)溶劑,另有些聚合物電池使用凝膠狀電解液;
- (5)電池外殼——主要分為硬殼(鋼殼、鋁殼、鍍鎳鐵殼等)和軟包(鋁塑膜)兩種 。
當(dāng)電池充電時(shí),鋰離子從正極中脫嵌,在負(fù)極中嵌入,放電時(shí)反之。這就需要一個(gè)電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài),一般選擇相對(duì)鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過(guò)渡金屬氧化物做正極,如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。
做為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物,如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物,包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz(x=0.4~0.6,y=0.6~0.4,z=(2 +3x+5y)/2)等。
電解質(zhì)采用LiPF6的乙烯碳酸脂(EC)、丙烯碳酸脂(PC)和低粘度二乙基碳酸脂(DEC)等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。
隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜,尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點(diǎn)較低,而且具有較高的抗穿刺強(qiáng)度,起到了熱保險(xiǎn)作用。
外殼采用鋼或鋁材料,蓋體組件具有防爆斷電的功能。
基本工作原理
當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí),正極的含鋰化合物有鋰離子脫出,鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。負(fù)極的炭材料呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,到達(dá)負(fù)極的鋰離子嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。
當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)(即我們使用電池的過(guò)程),嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出, 又運(yùn)動(dòng)回正極?;卣龢O的鋰離子越多,放電容量越高。我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。
在鋰離子電池的充放電過(guò)程中,鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這就像一把搖椅,搖椅的兩端為電池的兩極,而鋰離子就在搖椅兩端來(lái)回運(yùn)動(dòng)。所以鋰離子電池又叫搖椅式電池。
充放電機(jī)理
鋰離子電池的充電過(guò)程分為兩個(gè)階段:恒流充電階段和恒壓電流遞減充電階段。
鋰離子電池過(guò)度充放電會(huì)對(duì)正負(fù)極造成永久性損壞。過(guò)度放電導(dǎo)致負(fù)極碳片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷,而塌陷會(huì)造成充電過(guò)程中鋰離子無(wú)法插入;過(guò)度充電使過(guò)多的鋰離子嵌入負(fù)極碳結(jié)構(gòu),而造成其中部分鋰離子再也無(wú)法釋放出來(lái)。
鋰離子電池保持性能最佳的充放電方式為淺充淺放。一般60%DOD是100%DOD條件下循環(huán)壽命的2~4倍。
鋰離子電池主要性能指標(biāo)
電池的容量
電池的容量有額定容量和實(shí)際容量之分。電池的額定容量是指電池在環(huán)境溫度為20℃±5℃條件下,以5h率放電至終止電壓時(shí)所應(yīng)提供的電量,用C5表示。電池的實(shí)際容量是指電池在一定的放電條件下所放出的實(shí)際電量,主要受放電倍率和溫度的影響(故嚴(yán)格來(lái)講,電池容量應(yīng)指明充放電條件)。
容量單位:mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。
電池內(nèi)阻
電池內(nèi)阻是指電池在工作時(shí),電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力。有歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻兩部分組成。電池內(nèi)阻值大,會(huì)導(dǎo)致電池放電工作電壓降低,放電時(shí)間縮短。內(nèi)阻大小主要受電池的材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等因素的影響。電池內(nèi)阻是衡量電池性能的一個(gè)重要參數(shù)。
電壓
開(kāi)路電壓是指電池在非工作狀態(tài)下即電路中無(wú)電流流過(guò)時(shí),電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。一般情況下,鋰離子電池充滿(mǎn)電后開(kāi)路電壓為4.1—4.2V左右,放電后開(kāi)路電壓為3.0V左右。通過(guò)對(duì)電池的開(kāi)路電壓的檢測(cè),可以判斷電池的荷電狀態(tài)。
工作電壓又稱(chēng)端電壓,是指電池在工作狀態(tài)下即電路中有電流流過(guò)時(shí)電池正負(fù)極之間的電勢(shì)差。在電池放電工作狀態(tài)下,當(dāng)電流流過(guò)電池內(nèi)部時(shí),不需克服電池的內(nèi)阻所造成阻力,故工作電壓總是低于開(kāi)路電壓,充電時(shí)則與之相反。鋰離子電池的放電工作電壓在3.6V左右。
放電平臺(tái)時(shí)間
放電平臺(tái)時(shí)間是指在電池滿(mǎn)電情況下放電至某電壓的放電時(shí)間。例對(duì)某三元電池測(cè)量其3.6V的放電平臺(tái)時(shí)間,以恒壓充到電壓為4.2V,并且充電電流小于0.02C時(shí)停止充電即充滿(mǎn)電后,然后擱置10分鐘,在任何倍率的放電電流下放電至3.6V時(shí)的放電時(shí)間即為該電流下的放電平臺(tái)時(shí)間。
因某些使用鋰離子電池的用電器的工作電壓都有電壓要求,如果低于要求值,則會(huì)出現(xiàn)無(wú)法工作的情況。所以放電平臺(tái)是衡量電池性能好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。
充放電倍率
充放電倍率是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量時(shí)所需要的電流值,1C在數(shù)值上等于電池額定容量,通常以字母C表示。如電池的標(biāo)稱(chēng)額定容量為10Ah,則10A為1C(1倍率),5A則為0.5C,100A為10C,以此類(lèi)推。
自放電率
自放電率又稱(chēng)荷電保持能力,是指電池在開(kāi)路狀態(tài)下,電池所儲(chǔ)存的電量在一定條件下的保持能力。主要受電池的制造工藝、材料、儲(chǔ)存條件等因素的影響。是衡量電池性能的重要參數(shù)。
效率
充電效率是指電池在充電過(guò)程中所消耗的電能轉(zhuǎn)化成電池所能儲(chǔ)存的化學(xué)能程度的量度。主要受電池工藝,配方及電池的工作環(huán)境溫度影響,一般環(huán)境溫度越高,則充電效率要低。
放電效率是指在一定的放電條件下放電至終點(diǎn)電壓所放出的實(shí)際電量與電池的額定容量之比,主要受放電倍率,環(huán)境溫度,內(nèi)阻等因素影響,一般情況下,放電倍率越高,則放電效率越低。溫度越低,放電效率越低。
循環(huán)壽命
電池循環(huán)壽命是指電池容量下降到某一規(guī)定的值時(shí),電池在某一充放電制度下所經(jīng)歷的充放電次數(shù)。鋰離子電池GB規(guī)定,1C條件下電池循環(huán)500次后容量保持率在60%以上。
鋰離子電池的主要分類(lèi)
- (一)、根據(jù)鋰電池所用電解質(zhì)材料不同,鋰電池可以分為液態(tài)鋰電池(lithium ion battery, 簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)IB)和聚合物鋰電池(polymer lithium ion battery, 簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)IP)兩大類(lèi)。
- (二)、按充電方式可分為:不可充電的及可充電的兩類(lèi)。
- (三)、鋰電池外型分:有方型鋰電(如常用的手機(jī)電池)和柱形(如18650、18500);
- (四)、鋰電池外包材料分:鋁殼鋰電池,鋼殼鋰電池,軟包電池;
- (五)、鋰電池從正負(fù)極材料(添加劑)分:鈷酸鋰(LiCoO2)電池、錳酸鋰(LiMn2O4),磷酸鐵鋰電池,一次性二氧化錳鋰電池
更多分類(lèi)見(jiàn)下表所列:
分類(lèi)方式 | 類(lèi)別 | 特點(diǎn)/說(shuō)明 |
---|---|---|
按照電池外形 | 圓柱形鋰離子電池 | 目前主要為18650(直徑18mm,長(zhǎng)度65mm)和26650(直徑26mm,長(zhǎng)度65mm)兩種型號(hào),主要應(yīng)用于筆記本和電動(dòng)工具領(lǐng)域 |
方形鋰離子電池 | 種類(lèi)較多,主要應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域 | |
扣式鋰離子電池 | 可滿(mǎn)足計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)等對(duì)高比容量和薄型化的要求 | |
按使用溫度 | 高溫鋰離子電池 | 主要應(yīng)用于軍工、航天等領(lǐng)域,民用領(lǐng)域主要是汽車(chē)的GPS領(lǐng)域 |
常溫鋰離子電池 | 目前商業(yè)化的鋰離子電池基本丟只能在-20~45℃范圍內(nèi)工作 | |
按電解質(zhì)的狀態(tài) | 液態(tài)鋰離子電池 | 電解質(zhì)為有機(jī)溶劑+鋰鹽 |
聚合物鋰離子電池 | 聚合物的基體主要為HFP-PVDF、PEO、PAN和PMMA等 | |
全固態(tài)鋰離子電池 | 還處在實(shí)驗(yàn)階段 | |
按外殼材質(zhì) | 鋼殼鋰離子電池 | 密封性較好 |
鋁殼鋰離子電池 | 質(zhì)量輕 | |
鋁塑膜鋰離子電池 | 電池生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,電池的質(zhì)量比能量高 | |
按使用領(lǐng)域 | 手機(jī)鋰離子電池 | 目前市場(chǎng)容量大 |
數(shù)碼相機(jī)鋰離子電池 | 對(duì)電池低溫性能要求較高 | |
筆記本電腦鋰離子電池 | 目前以圓柱形為主,隨著電腦薄型化的發(fā)展,近年來(lái)方形電池有取代圓柱形電池的趨勢(shì) | |
電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池 | 對(duì)電池的各型特性要求最高,目前比較熱 | |
按正極材料分類(lèi) | 鈷酸鋰電池 | 應(yīng)用最廣,振實(shí)密度高,比能量高,電壓平臺(tái)穩(wěn),但是原來(lái)貴,對(duì)環(huán)境有污染,安全性差 |
錳酸鋰 | 三維隧道的結(jié)構(gòu),鋰離子可以可逆地從尖晶石晶格中脫嵌,不會(huì)引起結(jié)構(gòu)的塌陷,因而具有優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定性。環(huán)境友好,但能量密度低、高溫性能大 | |
磷酸鐵鋰電池 | 比表面積大,能量密度高,循環(huán)性能好,材料批量化生產(chǎn)很難達(dá)到較高的一致性,低溫放電性能不好 | |
按負(fù)極材料分類(lèi) | 石墨 | 電導(dǎo)性好,結(jié)晶度高,具有良好的層狀結(jié)構(gòu)適合Li的脫嵌,容量在300mAh/g以上,充放電效率90%以上,良好的充放電平臺(tái) |
軟碳 | 結(jié)晶度低,晶粒尺寸小,與電解液相容性好,輸出電壓低,無(wú)明顯充放電平臺(tái),不可逆容量較高,基本沒(méi)商業(yè)化 | |
硬碳 | Li嵌入不會(huì)引起膨脹,又良好的充放電循環(huán)性能,較高的比容量,可達(dá)到400mAh/g以上,并且低溫性能好,是理想的電動(dòng)汽車(chē)電池負(fù)極材料,日本已經(jīng)商業(yè)化 | |
鈦酸鋰 | “零應(yīng)變”材料,電位較高不會(huì)形成鋰枝晶,目前研究較熱,但由于脹氣問(wèn)題至今未得到大規(guī)模應(yīng)用 | |
硅基 | 超高的比容量,但由于粉化問(wèn)題,無(wú)法真正使用,仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段 |
聚合物鋰電池
聚合物鋰電池所用的正負(fù)極材料與液態(tài)鋰都是相同的,電池的工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同, 鋰電池使用的是液體電解質(zhì), 而聚合物鋰電池則以固體聚合物電解質(zhì)來(lái)代替, 這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質(zhì)。
聚合物鋰電池可分為三類(lèi):
1、固體聚合物電解質(zhì)鋰電池。電解質(zhì)為聚合物與鹽的混合物,這種電池在常溫下的離子電導(dǎo)率低,適于高溫使用。
2、 凝膠聚合物電解質(zhì)鋰電池。即在固體聚合物電解質(zhì)中加入增塑劑等添加劑,從而提高離子電導(dǎo)率,使電池可在常溫下使用。
3、 聚合物正極材料的鋰電池。采用導(dǎo)電聚合物作為正極材料,其能量是現(xiàn)有鋰電池的3倍,是最新一代的鋰電池。由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì),與液態(tài)鋰電池相比,聚合物鋰電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點(diǎn),也不會(huì)產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問(wèn)題,因此可以用鋁塑復(fù)合薄膜制造電池外殼,從而可以提高整個(gè)電池的容量;聚合物鋰電池還可以采用高分子作正極材料,其質(zhì)量比能量將會(huì)比目前的液態(tài)鋰電池提高50%以上。此外,聚合物鋰電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比鋰電池有所提高。
鋰聚合物電池優(yōu)點(diǎn):
1、安全性能好
聚合物鋰電池在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑軟包裝,有別于液態(tài)電芯的金屬外殼,一旦發(fā)生安全隱患,液態(tài)電芯容易爆炸,而聚合物電芯最多只會(huì)氣鼓。
2、厚度小,能做得更薄
普通液態(tài)鋰電采用先定制外殼,后塞正負(fù)極村料的方法,厚度做到3.6mm以下存在技術(shù)瓶頸,聚合物電芯則不存在這一問(wèn)題,厚度可做到1mm以下,符合時(shí)下手機(jī)需求方向。
3、重量輕
聚合物電池重量較同等容量規(guī)格的鋼殼鋰電輕40%,較鋁殼電池輕20%。
4、容量大
聚合物電池較同等尺寸規(guī)格的鋼殼電池容量高10~15%,較鋁殼電池高5~10%,成為彩屏手機(jī)及彩信手機(jī)的首選,現(xiàn)在市面上新出的彩屏和彩信手機(jī)也大多采用聚合物電芯。
5、內(nèi)阻小
聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小,目前國(guó)產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻甚至可以做到35mΩ以下,極大的減低了電池的自耗電,延長(zhǎng)手機(jī)的待機(jī)時(shí)間,完全可以達(dá)到與國(guó)際接軌的水平。這種支持大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的理想選擇,成為最有希望替代鎳氫電池的產(chǎn)品。
6、形狀可定制
聚合物電池可根據(jù)客戶(hù)的需求增加或減少電芯厚度,開(kāi)發(fā)新的電芯型號(hào),價(jià)格便宜,開(kāi)模周期短,有的甚至可以根據(jù)手機(jī)形狀量身定做,以充分利用電池外殼空間,提升電池容量。
7、放電特性佳
聚合物電池采用膠體電解質(zhì),相比液態(tài)電解質(zhì),膠體電解質(zhì)具有平穩(wěn)的放電特性和更高的放電平臺(tái)。
8、保護(hù)板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單
由于采用聚合物材料,電芯不起火、不爆炸,電芯本身具有足夠的安全性,因此聚合物電池的保護(hù)線路設(shè)計(jì)可考慮省略PTC和保險(xiǎn)絲,從而節(jié)約電池成本。聚合物鋰電池在安全性、體積、重量、容量、放電性能方面均具有極大優(yōu)勢(shì)。
磷酸鐵鋰電池
從正負(fù)極材料鋰電池還分為:鈷酸鋰(LiCoO2)電池、錳酸鋰(LiMn2O4),磷酸鐵鋰電池
Sony公司推出的第一塊鋰電池中,正極材料是鈷酸鋰,負(fù)極材料為碳。其中,決定電池的可充電最大容量及開(kāi)路電壓的主要是正極材料。
磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰電池。鋰電池的正極材料有很多種,主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數(shù)鋰電池使用的正極材料,而其它正極材料由于多種原因,目前在市場(chǎng)上還沒(méi)有大量生產(chǎn)。磷酸鐵鋰也是其中一種鋰電池。從材料的原理上講,磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過(guò)程,這一原理與鈷酸鋰,錳酸鋰完全相同。磷酸鐵鋰電池是用來(lái)做鋰二次電池的, 現(xiàn)在主要方向是動(dòng)力電池,相對(duì)NI-MH,Ni-Cd電池有很大優(yōu)勢(shì)。
磷酸鐵鋰電池的特性
1、超長(zhǎng)壽命
長(zhǎng)壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右,最高也就500次,而磷酸鐵鋰動(dòng)力電池,循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上,標(biāo)準(zhǔn)充電(5小時(shí)率)使用,可達(dá)到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護(hù)維護(hù)又半年”,最多也就1—1.5年時(shí)間,而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用,將達(dá)到7-8年。綜合考慮,性能價(jià)格比將為鉛酸電池的4倍以上。
2、使用安全
磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問(wèn)題,鈷酸鋰和錳酸鋰在強(qiáng)烈的碰撞下會(huì)產(chǎn)生爆炸對(duì)消費(fèi)者的生命安全構(gòu)成威脅,而磷酸鐵鋰以經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全測(cè)試即使在最?lèi)毫拥慕煌ㄊ鹿手幸膊粫?huì)產(chǎn)生爆炸。
可大電流2C快速充放電,在專(zhuān)用充電器下,1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿(mǎn),起動(dòng)電流可達(dá)2C,而鉛酸電池現(xiàn)在無(wú)此性能。
3、耐高溫
磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃—500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣(-20C--+75C),有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃—500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。
4、容量
具有比普通電池(鉛酸等)更大的容量??沙潆姵卦诮?jīng)常處于充滿(mǎn)不放完的條件下工作,容量會(huì)迅速低于額定容量值,這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性,而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象,電池?zé)o論處于什么狀態(tài),可隨充隨用,無(wú)須先放完再充電。
同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3重量是鉛酸電池的1/3。該電池不含任何重金屬與稀有金屬(鎳氫電池需稀有金屬),無(wú)毒(SGS認(rèn)證通過(guò)),無(wú)污染,符合歐洲RoHS規(guī)定,為絕對(duì)的綠色環(huán)保電池證。
5、無(wú)記憶效應(yīng)
鋰動(dòng)力電池的性能主要取決于正負(fù)極材料,磷酸鐵鋰作為鋰電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事,國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無(wú)法相比的,這些也正是動(dòng)力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000次。單節(jié)電池過(guò)充電壓30V不燃燒,穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰電池更易串聯(lián)使用。以滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)頻繁充放電的需要。具有無(wú)毒、無(wú)污染、安全性能好、原材料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜,壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),是新一代鋰電池的理想正極材料。
鋰電池的正極為磷酸鐵鋰材料。這種新材料不是以往的鋰電池正極材LiCoO2;LiMn2O4;LiNiMO2。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無(wú)法相比的,這些也正是動(dòng)力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000次。單節(jié)電池過(guò)充電壓30V不燃燒,不爆炸。穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰電池更易并串聯(lián)使用。
磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn):例如磷酸鐵鋰正極材料的振實(shí)密度較小,等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰電池,因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢(shì)。
在后工業(yè)時(shí)代,汽車(chē)普及的速度大大超過(guò)了我們的想象,在帶來(lái)高效方便的同時(shí),大量尾氣的排放,也給環(huán)境增添了很大壓力,而隨著石油價(jià)格飛漲、二氧化碳排放帶來(lái)溫室效應(yīng)等問(wèn)題的凸顯,更是迫切需要尋找替代傳統(tǒng)能源的新型能源。液態(tài)氫、燃料電池等都是好的選擇,但是存在價(jià)格高、技術(shù)不成熟等問(wèn)題,普通鉛酸電池使用成本相對(duì)較低,但重量重,能量密度低,使用壽命短,還存在潛在的重金屬污染等問(wèn)題。
采新一代電動(dòng)車(chē)用了新型的磷酸鐵鋰電池作為其動(dòng)力核心,這種綠色環(huán)保動(dòng)力具有很多特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì):
1、安全性相當(dāng)高
要作為汽車(chē)動(dòng)力,安全性是壓倒一切的首要考慮因素。普通鋰電池的安全性盡管能得到基本保證,但是在極端條件下存在起火、爆炸的可能性。磷酸鐵鋰電池作為鋰電池的二代產(chǎn)品,本身物理性能穩(wěn)定,再配合電池組內(nèi)置的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)充等保護(hù)功能,不爆炸不起火,是目前全球唯一絕對(duì)安全的鋰離子電池。由于采用高熱穩(wěn)定性材料和縝密工藝設(shè)計(jì),電池安全和可靠性大為增強(qiáng)。與鋰電池不當(dāng)使用中可能出現(xiàn)的爆炸現(xiàn)象相比,磷酸鐵鋰電池即使扔在火中也不會(huì)發(fā)生爆炸。高溫穩(wěn)定性可達(dá)400—500°C, 保證了電池內(nèi)在的高安全性;不會(huì)因過(guò)充、溫度過(guò)高、短路、撞擊而產(chǎn)生爆炸或燃燒。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的安全測(cè)試,即使在最?lèi)毫拥慕煌ㄊ鹿手幸膊粫?huì)發(fā)生爆炸。
2、壽命長(zhǎng)成本低
作為動(dòng)力電池,使用壽命(循環(huán)性能)與總體使用成本密切相關(guān), 和普通鋰電池500次左右的循環(huán)使用壽命相比,磷酸鐵鋰電池在室溫下可充放電循環(huán)1500 次,容量保持率 95 %以上,而50%容量的循環(huán)壽命更是達(dá)到了2000次以上,電池的持續(xù)里程壽命大于50萬(wàn)公里,可以使用五年左右,是鉛酸電池的8倍,鎳氫電池的3倍,是鈷酸鋰電池的4倍左右。再加上其生產(chǎn)制造成本本身就低于普通鋰電池,無(wú)疑能大大降低電動(dòng)車(chē)的使用和維護(hù)成本。
同時(shí)磷酸鐵鋰電池放電性能也十分優(yōu)異,功率曲線平穩(wěn),抗過(guò)放能力強(qiáng),普通鋰電電芯在低于3.2V后,再放電就是過(guò)放,可能會(huì)導(dǎo)致報(bào)廢。但是磷酸鐵鋰電池在2.8V的時(shí)候還有能量釋放,低于2.5V都不存在報(bào)廢的問(wèn)題。
3、使用處理方便
我們知道,鎳氫、鎳鎘電池存在較強(qiáng)的記憶效應(yīng),普通鋰電池也有一定的記憶效應(yīng)問(wèn)題,需要盡量“滿(mǎn)充滿(mǎn)放”,會(huì)給電動(dòng)車(chē)日常使用帶來(lái)不便,而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象,自放電小;無(wú)記憶效應(yīng),電池?zé)o論處于什么狀態(tài),可隨充隨用,無(wú)須先放完再充電,同時(shí)該電池快速充電特性?xún)?yōu)異,用專(zhuān)用充電器快充,半小時(shí)能充足95%左右。電池壽命終結(jié)后的處理問(wèn)題,也值得我們關(guān)注,磷酸鐵鋰電池不含任何重金屬與稀有金屬,無(wú)毒,無(wú)污染,符合規(guī)定,為絕對(duì)的綠色環(huán)保電池,鉛酸電池中存在著大量的鉛,在其廢棄后若處理不當(dāng),將對(duì)環(huán)境構(gòu)成二次污染,而磷酸鐵鋰材料無(wú)論在生產(chǎn)及使用中,均無(wú)污染。
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