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锂离子动力电池的工作原理和特点详解

2021-06-30 14:09
【新能源汽车网】

锂离子动力电池是20世纪开发成功的新型高能电池。锂离子动力电池的负极是石墨等材料,正极用磷酸铁锂、钴酸锂、钛酸锂等,因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点,已广泛应用于军事和民用小型电器中。

目前锂离子动力电池在移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等部分代替了传统电池。大容量锂离子电池已在电动汽车中试用,将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一,已经在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。

锂离子电池的工作原理

锂离子电池的工作原理是电池充电时,正极材料中的锂脱出来,穿过隔膜进入到负极石墨中;电池放电时,锂离子又从负极石墨中脱出来,穿过隔膜回到正极材料中。随充放电的进行锂离子不断的从正极和负极中嵌入和脱出。

锂离子动力电池的特点

电压高

锂离子动力电池的电压是镍镉电池,镍氢电池的3倍,铅酸电池的近2倍,这也是锂离子动力电池比能量高的一个重要原因。因此组成相同电压的动力电池组时,锂离子动力电池使用的串联数目会大大少于铅酸电池和镍氢电池。

重量轻

比能量大,高达150Wh/Kg,是镍氢电池的2倍,铅酸电池的4倍, 因此重量是相同能量的铅酸电池的三分之一到四分之一,从这个角度讲锂电消耗的资源就少,而且由于锰酸锂电池中所用元素的储量比较多,因此相对铅酸、镍氢电池可能会进一步涨价,锂电池成本反而是进一步降低的。

寿命长

循环次数可达1000~3000次。以容量保持70%计,电池组100%充放电循环次数可以达到200次以上,使用年限可达5~8年,寿命约为铅酸电池的两到三倍。随着技术的革新,设备的提高,电池的寿命会越来越长,性价比会越来越高。

自放电率低:每月不到5%。

范围宽

低温性能好,锂离子动力电池可在-40℃~ 55℃之间工作,而水溶液电池(比如铅酸电池、镍氢电池)在低温时,由于电解液流动性变差会导致性能大大降低。

无记忆

所以每次充电前不必像镍镉电池、镍氢电池一样需要放电,可以随时随地的进行充电。电池充放电深度,对电池的寿命影响不大,可以全充全放,我们循环测试就是全充全放的。

特别适合用于动力电池

除了锂离子电池电压高之外,由于锂离子动力电池组的保护板能够对每一个单体电池进行高精度监测,低功耗智能管理,具有完善的过充电、过放电、温度、过流、短路保护、锁定自恢复功能以及可靠的均衡充电功能,大大的延长了电池的使用寿命。而其他类型电池(比如铅酸电池)在使用过程中由于电池一致性、充电器等问题,易产生电池过充、过放等问题(由于成本等各方面的原因,铅酸电池组内不能对每一个单体电池进行监测和保护)。

无污染

锂离子动力电池中不存在有毒物质,因此被称为“绿色电池”,国家重点扶持。而铅酸电池和镉镍电池由于存在有害物质铅和镉,国家必然会加强监管和治理(铅酸电池出口退税的取消,铅资源税的增加,铅酸电动自行车出口的受限),相应企业的成本也会增加。虽然锂电池没有污染,但从资源节约的角度考虑。锂离子动力电池的回收,回收中的安全性,回收的成本也都需要考虑。

安全隐患

由于锂离子动力电池能量高,材料稳定性差,锂电容易出现安全问题,2013年世界上知名的手机和笔记本电脑电池(正极材料为钴酸锂和三元材料)生产企业,日本三洋、索尼等公司要求电池的爆喷率控制在40个ppb(十亿分之一)以下,国内公司能达到ppm(百万分之一)级的就已经不错了,而动力电池的容量是手机电池容量的上百倍以上,因此对锂电的安全性要求极高。虽然钴酸锂电池和三元材料的电池具有重量更轻,体积更小等优点,但它们是不适合作动力电池应用于电动车的。混晶锰酸锂和磷酸亚铁锂的锂离子电池是最有前景的锂离子动力电池。

价格高

相同电压和相同容量的锂离子动力电池价格是铅酸的3-4倍。随着锂离子动力电池市场的扩大,成本的降低,性能的提高,以及铅酸电池价格的提高,锂离子动力电池的性价比是有可能超过铅酸电池的。

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