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鋰電池原理及特點

鉅大LARGE  |  點擊量:594次  |  2019年04月12日  

摘要
“鋰電池”,是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀70年代時,M.S.Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非?;顫?,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對環境要求非常高。所以,鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發展,現在鋰電池已經成為了主流。

鋰電池”,是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀70年代時,M.S.Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非?;顫?,使得鋰金屬的加工、保存、使用,對環境要求非常高。所以,鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發展,現在鋰電池已經成為了主流。


鋰電池原理


鋰金屬電池:


鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。


放電反應:Li+MnO2=LiMnO2


鋰離子電池:


鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。


充電正極上發生的反應為


LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(電子)


充電負極上發生的反應為


6C+XLi++Xe-=LixC6


充電電池總反應:LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6


鋰電池分類


鋰電池通常分兩大類:


鋰金屬電池:鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。


鋰離子電池:鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。


雖然鋰金屬電池的能量密度高,理論上能達到3860瓦/公斤。但是由于其性質不夠穩定而且不能充電,所以無法作為反復使用的動力電池。而鋰離子電池由于具有反復充電的能力,被作為主要的動力電池發展。但因為其配合不同的元素,組成的正極材料在各方面性能差異很大,導致業內對正極材料路線的紛爭加大。


鋰電池優缺點


鋰電池優點


1、鋰電池電壓平臺高:單體電池的平均電壓為3.7V或3.2V,約等于3只鎳鎘電池或鎳氫電池的串聯電壓,便于組成電池電源組;


2、相對電池而言鋰電池能量密度高。具有高儲存能量密度,目前已達到460-600Wh/kg,是鉛酸電池的約6-7倍;


3、相對鉛酸電池而言鋰電池重量輕,相同體積下重量約為鉛酸產品的1/5-6;


4、鋰電池使用壽命相對較長,使用壽命可達到6年以上,磷酸亞鐵鋰為正極的電池用1CDOD充放,有可以使用1000次的記錄;


5、具備高功率承受力,其中電動汽車用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力,便于高強度的啟動加速;


6、自放電率低,無記憶效應;


7、鋰電池高低溫適應性強,可以在-20℃--60℃的環境下使用,經過工藝上的處理,可以在-45℃環境下使用;


8、綠色環保,不論生產、使用和報廢,都不含有、也不產生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質。


鋰電池的缺點


1、鋰電池均存在安全性差,有發生爆炸的危險。


2、鈷酸鋰材料的鋰電池不能大電流放電,安全性較差。


3、鋰電池均需保護線路,防止電池被過充過放電。


4、生產要求條件高,成本高。


科普:鋰電池基礎知識


鋰電池壽命


鋰離子電池只能充放電500次?


相信絕大部分消費者都聽說過,鋰電池的壽命是“500次”,500次充放電,超過這個次數,電池就“壽終正寢”了,許多朋友為了能夠延長電池的壽命,每次都在電池電量完全耗盡時才進行充電,這樣對電池的壽命真的有延長作用嗎?答案是否定的。鋰電池的壽命是“500次”,指的不是充電的次數,而是一個充放電的周期。


一個充電周期意味著電池的所有電量由滿用到空,再由空充到滿的過程,這并不等同于充一次電。比如說,一塊鋰電在第一天只用了一半的電量,然后又為它充滿電。如果第二天還如此,即用一半就充,總共兩次充電下來,這只能算作一個充電周期,而不是兩個。因此,通??赡芤涍^好幾次充電才完成一個周期。每完成一個充電周期,電池容量就會減少一點。不過,這個電量減少幅度非常小,高品質的電池充過多次周期后,仍然會保留原始容量的80%,很多鋰電供電產品在經過兩三年后仍然照常使用。當然,鋰電壽命到了最終后仍是需要更換的。


而所謂500次,是指廠商在恒定的放電深度(如80%)實現了625次左右的可充次數,達到了500個充電周期。


(80%*625=500)(忽略鋰電池容量減少等因素)


而由于實際生活的各種影響,特別是充電時的放電深度不是恒定的,所以"500個充電周期"只能作為參考電池壽命。


鋰電池選購


1、有沒有標示明確容量。無明確標示容量(如1000mAh或1000毫安培小時)的電池很有可能就是使用劣質電池或回收電池。市場上充斥的許多廉價的電池,就是使用回收電池心做的,價格雖然便宜,但是壽命短、品質不穩定,使用不慎可能會損壞手機。


2、有沒有保證待機時間。待機時間即電池裝入手機后到下一次充電的連續使用時間。一般市場上銷售的電池都無法對顧客保證待機時間,這是因為電池品質不穩定的關系,許多廉價的電池因為是使用品質不良的電池心,所以待機時間很短。


3、是否加裝安全保護電路板。無保護電路板,則鋰電池就有變形、漏液、爆炸的危險。在惡性削價競爭下,各家尋求更低價位的保護電路板,或者根本省略了這個裝置,使得市面上充斥著有爆炸危險的鋰電池。消費者無法從外觀分辨出來是否有保護電路板,因此最好選擇有信譽的商家購買。


鋰電池的正確使用方法


1、一般鋰電池出廠前,廠家進行激活處理,并進行預充電,因此電池均有余電,新買的電池是鋰離子電池,那么前3~5次充電稱為調整期,應充14小時以上,保證充分激活鋰離子的活性。鋰離子電池沒有記憶效應,但有很強的隋性,應給予充分激活后,才能保證以后的使用能達到最佳效能。鋰電池在出廠前就已經做了充分的激活處理,不用再用長時間充電的方法來激活鋰離子的活性,第一次充電只要把電池里的余電用完后充滿即可。


2、有些自動化的智能型快速充電器當指示信號燈轉變時,實際上只表示充滿了90%。充電器會自動改變用慢速充電將電池充滿。不要當即就把充電器的電源切斷,最好還要給電池一段補電的時間,將電池充滿后再使用,否則會縮短使用時間。


3、充電前,鋰電池不需要放電,也不可以放電,當前生產的鋰電池的充電器都是沒有放電功能的,如果可以調節充電的速度的話,建議大家充電時盡量以慢充充電,減少快充方式;無論慢充還是快充的時間都不要超過24小時。否則電池很可能會因為長時間的供電產生巨大的電子流而燒壞電芯。


鋰電池保養方法


1、新購買的鋰電池因為多少都會有一點電量,因此,用戶拿到電池時可以直接使用,將剩余的電量用完再充電,經過這樣2~3次的正常使用就可以完全激活鋰電池活性。這里特別提醒一點:不要誤信銷售員或網絡上的傳言,新鋰電池首次使用時要進行長達12小時的激活。


2、鋰電池不存在記憶效應,可以隨用隨充,但要注意的是鋰電池不能過度放電,過度放電會造成非常大的容量損失。當機器提醒電量低的時候就要馬上開始充電了。


3、在日常使用中,剛充好的鋰電池要擱置半個鐘,帶電性能穩定后再使用,否則會影響電池性能。


4、不使用儀器時,務必將電池取出保存在干燥陰涼處。


5、注意鋰電池的使用環境:鋰電池充電溫度為0℃~45℃,鋰電池放電溫度為-20℃~60℃。


6、不要將電池與金屬物體混放,以免金屬物體觸碰到電池正負極,造成短路,損害電池甚至造成危險。


7、不要敲擊、針刺、踩踏、改裝、日曬電池,不要將電池放置在微波、高壓等環境下。


8、使用正規的匹配的鋰電池充電器給電池充電,不要使用劣質的或其他類型電池充電器給鋰電池充電。


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