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锂电池知识普及
发布者: 发布时间:2018/9/19 阅读:85

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        现已广泛被大家使用的锂离子电池是由锂电池发展而来的。所以在认识锂离子电池之前,我们先来介绍一下锂电池。

 

        举例来讲,以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的负极材料是锂金属,正极材料是碳材。按照大家习惯上的命名规律,我们称这种电池为锂电池。

 

        锂离子电池的正极材料是氧化钴锂,负极材料是碳材。电池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程,为了区别于传统意义上的锂电池,所以人们称之为锂离子电池。

 

锂离子电池的广泛用途

 

        发展高科技的目的是为了使其更好的服务于人类。锂离子电池自1990年问世以来,因其卓越的性能得到了迅猛的发展,并广泛地应用于社会。锂离子电池以其它电池所不可比拟的优势迅速占领了许多领域,象大家熟知的移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等等,且越来越多的国家将该电池应用于军事用途。应用表明,锂离子电池是一种理想的小型绿色电源。

 

锂离子电池的主要构成

 

        (1)电池盖

 

        (2)正极----活性物质为氧化钴锂

 

        (3)隔膜----一种特殊的复合膜

 

        (4)负极----活性物质为碳

 

        (5)有机电解液

 

        (6)电池壳

 

锂离子电池的优越性能

 

        我们经常说的锂离子电池的优越性是针对于传统的镍镉电池(Ni/Cd)和镍氢电池(Ni/MH)来讲的。那么,锂离子电池究竟好在哪里呢?

 

        (1)工作电压高

 

        (2)比能量大

 

        (3)循环寿命长

 

        (4)自放电率低

 

        (5)无记忆效应

 

        (6)无污染

 

        以下是镍镉、镍氢、锂离子电池性能的对比:

 

镍氢电池和锂电池的区别 镍镉电池和镍氢电池的区别


镍氢电池

        镍氢电池是有氢离子和金属镍合成,电量储备比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,使用寿命也更长,并且对环境无污染,无记忆效应。镍氢电池的缺点是价格镍镉电池要贵好多,性能比锂电池要差。

锂离子电池

        以锂离子电池为材料的一种高能量密度电池。锂离子电池还是一种智能电池,它可以与专用原装智能充电器配合,达到最短的充电时间、最大的寿命周期及最大的容量。锂离子电池是目前性能最好的电池。与同样大小的镍镉电池、镍氢电池相比,电量储备最大,重量最轻、寿命最长、充电时间最短,无记忆效应。

        可充电电池主要有铅酸蓄电池和碱性蓄电池两种。目前使用的镍镉(NiCd)、镍氢(NiMH)和锂离子(Li-Ion)电池都是碱性电池。

        镍氢电池NiMH电池正极板材料为NiOOH,负极板材料为吸氢合金。电解液通常用30%的KOH水溶液,并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。NiMH电池有圆柱形和方形两种。

        NiMH电池具有较好的低温放电特性,即使在-20℃环境温度下,采用大电流(以1C放电速率)放电,放出的电量也能达到标称容量的85%以上。但是,NiMH电池在高温( 40℃以上)时,蓄电容量将下降5~10%。这种由于自放电(温度越高,自放电率越大)而引起的容量损失是可逆的,几次充放电循环就能恢复到最大容量。NiMH电池的开路电压为1.2V,与NiCd电池相同。

        NiCd/NiMH电池的充电过程非常相似,都要求恒流充电。两者的差别主要在快速充电的终止检测方法上,以防止电池过充电。充电器对电池进行恒流充电,同时检测电池的电压和其它参数。当电池电压缓慢上升达到一个峰值,对NiMH电池快速充电终止,而NiCd电池则当电池电压第一次下降了一个-△V时终止快速充电。为避免损坏电池,电池温度过低时不能开始快速充电,电池温度Tmin低于10℃时,应转入涓流充电方式。而电池温度一旦达到规定数值后,必须立即停止充电。

镍镉电池

        镍镉电池NiCd电池正极板上的活性物质由氧化镍粉和石墨粉组成,石墨不参加化学反应,其主要作用是增强导电性。负极板上的活性物质由氧化镉粉和氧化铁粉组成,氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性,防止结块,并增加极板的容量。活性物质分别包在穿孔钢带中,加压成型后即成为电池的正负极板。极板间用耐碱的硬橡胶绝缘棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔开。电解液通常用氢氧化钾溶液。与其它电池相比,NiCd电池的自放电率(即电池不使用时失去电荷的速率)适中。NiCd电池在使用过程中,如果放电不完全就又充电,下次再放电时,就不能放出全部电量。比如,放出80%电量后再充足电,该电池只能放出80%的电量。这就是所谓的记忆效应。当然,几次完整的放电/充电循环将使NiCd电池恢复正常工作。由于NiCd电池的记忆效应,若未完全放电,应在充电前将每节电池放电至1V以下。

镍镉电池和镍氢电池的内在关系

        镍氢电池和镍镉电池外形上相似,而且镍氢电池的正极与镍镉电池也基本相同,都是以氢氧化镍为正极,主要区别在于镍镉电池负极板采用的是镉活性物质,而镍氢电池是以高能贮氢合金为负极,因此镍氢电池具有更大的能量。同时镍氢电池在电化学特性方面与镍镉电池亦基本相似,故镍氢电池在使用时可完全替代镍镉电池,而不需要对设备进行任何改造。

镍氢电池和锂电池的区别

1体积

        可充电锂电池由于它较普通镍镉/镍氢电池具有体积小(相对)、重量轻、自放电率低、无记忆效应的优点,广泛的被使用在很多新型移动设备中。我们平常使用的移动电话、笔记本电脑、PDA等移动设备的电池已逐步为锂电池所替代。镍氢电池的记忆效应不是很明显,有一点,要急用时,不一定要放光电后再充,平时使用是最好是放光后再充足。

2电量

        锂电池的比能量大,电池小巧;单个锂电池的电压是镍氢电池的3倍;没有记忆效应,可随用随充。但也不能用一下就充,这样充放电次数过多,就影响到电池的寿命。锂电池不宜长期贮存,时间久了会永久失去部分容量。最好是充电40%后,放在冰箱的冷藏箱内保存。

3充电方法

        锂电池的充电要求与镍镉/镍氢电池不同,可充电的锂电池单体电压为3.6V(有的电池块可能会标称3.7V)。随着电量的充满,锂电池电压会慢慢升高,这也是判断锂电池是否充满的标志,一般制造厂商推荐中止充电电压为4.2V(单节锂电电池的情况)。对锂电池的充电一般采用限压限流法,如果有朋友想要独立对锂电池充电,需要注意它的充电方法与镍镉/镍氢电池所采用的恒流充电法不同,不能使用普通充镍镉/镍氢电池的充电器。

 

锂离子电池的工作原理

 

        大家都已知道,锂离子电池的正极材料是氧化钴锂,负极是碳。

 

        锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。

 

        同样道理,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回到正极。回到正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。

 

        不难看出,在锂离子电池的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。如果我们把锂离子电池形象地比喻为一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就象优秀的运动健将,在摇椅的两端来回奔跑。所以,专家们又给了锂离子电池一个可爱的名字摇椅式电池。

 

锂离子电池的组装过程

 

        锂离子电池的工艺技术非常严格、复杂,这里只能简单介绍一下其中的几个主要工序。

 

        (1)制浆

 

        用专门的溶剂和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合,经高速搅拌均匀后,制成浆状的正负极物质。

 

        (2)涂膜

 

        将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面,烘干,分别制成正负极极片。

 

        (3)装配

 

        按正极片--隔膜--负极片--隔膜自上而下的顺序放好,经卷绕制成电池极芯,再经注入电解液、封口等工艺过程,即完成电池的装配过程,制成成品电池。

 

        (4)化成

 

        用专用的电池充放电设备对成品电池进行充放电测试,对每一只电池都进行检测,筛选出合格的成品电池,待出厂。

 

锂离子电池的安全特性

 

        锂离子电池已非常广泛的应用于人们的日常生活中,所以它的安全性能绝对应该是锂离子电池的第一项考核指标。对于锂离子电池安全性能的考核指标,国际上规定了非常严格的标准,一只合格的锂离子电池在安全性能上应该满足以下条件。

 

        (1)短路:不起火,不爆炸

 

        (2)过充电:不起火,不爆炸

 

        (3)热箱试验:不起火,不爆炸(150℃恒温10min)

 

        (4)针剌:不爆炸(用Ф3mm钉穿透电池)

 

        (5)平板冲击:不起火,不爆炸(10kg重物自1M高处砸向电池)

 

        (6)焚烧:不爆炸(煤气火焰烧烤电池)

 

锂离子电池安全特性是如何实现的?

 

        为了确保锂离子电池安全可靠的使用,专家们进行了非常严格、周密的电池安全设计,以达到电池安全考核指标。

 

        (1)隔膜135℃自动关断保护

 

        采用国际先进的Celgard2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120℃的情况下,复合膜两侧的PE膜孔闭合,电池内阻增大,电池内部升温减缓,电池升温达到135℃时,PP膜孔闭合,电池内部断路,电池不再升温,确保电池安全可靠。

 

        (2)向电液中加入添加剂

 

        在电池过充,电池电压高于4.2v的条件下,电液添加剂与电液中其他物质聚合,电池内阻大副增加,电池内部形成大面积断路,电池不再升温。

 

        (3)电池盖复合结构

 

        电池盖采用刻痕防爆结构,电池升温时,电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀,电池内压加大,压力达到一定程度刻痕破裂、放气。

 

        (4)各种环境滥用试验

 

        进行各项滥用试验,如外部短路、过充、针刺、平板冲击、焚烧等,考察电池的安全性能。同时对电池进行温度冲击试验和振动、跌落、冲击等力学性能试验,考察电池在实际使用环境下的性能情况。

 

锂离子电池是一种新型绿色环保电池

 

        “爱护环境,保护地球”是我们每一个人义不容辞的责任。如何把我们的环境理念在行动上反应出来呢?

 

        作为电池消费者,应该购买、使用新型绿色环保电池;作为电池制造商,应该生产新型绿色环保电池。只有经过大家的共同努力,才能创建、保护我们美丽和谐的自然环境。

 

        新型绿色环保电池是指近年来已投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染的电池。目前已经大量使用的锂离子电池、金属氢化物镍电池和正在推广使用的无汞碱性锌锰电池以及正在研制开发的锂或锂离子塑料电池、燃料电池、电化学贮能超级电容器都属于新型绿色环保电池的范畴。此外,目前已广泛应用的利用太阳能进行光电转换的太阳电池(又称光伏发电),也属于这一范畴。

 
 
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