鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2476次 | 2019年04月27日
低于終止放電電壓繼續(xù)放電稱為過放,過放對(duì)電池會(huì)有損害的你還不知道?
鋰離子電池具有以下優(yōu)點(diǎn):
1)電壓高,單體電池的工作電壓高達(dá)3.6-3.9V,是Ni-Cd、Ni-H電池的3倍
2)比能量大,目前能達(dá)到的實(shí)際比能量為100-125Wh/kg和240-300Wh/L(2倍于Ni-Cd,1.5倍于Ni-MH),未來隨著技術(shù)發(fā)展,比能量可高達(dá)150Wh/kg和400Wh/L
3)循環(huán)壽命長,一般均可達(dá)到500次以上,甚至1000次以上.對(duì)于小電流放電的電器,電池的使用期限將倍增電器的競(jìng)爭力.
4)安全性能好,無公害,無記憶效應(yīng).作為Li-ion前身的鋰電池,因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路,縮減了其應(yīng)用領(lǐng)域:Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對(duì)環(huán)境有污染的元素:部分工藝(如燒結(jié)式)的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應(yīng)”,嚴(yán)重束縛電池的使用,但Li-ion根本不存在這方面的問題。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
5)自放電小,室溫下充滿電的Li-ion儲(chǔ)存1個(gè)月后的自放電率為10%左右,大大低于Ni-Cd的25-30%,Ni、MH的30-35%。
6)可快速充放電,1C充電是容量可以達(dá)到標(biāo)稱容量的80%以上。
7)工作溫度范圍高,工作溫度為-25~45°C,隨著電解質(zhì)和正極的改進(jìn),期望能擴(kuò)寬到-40~70°C。
不可充電的鋰電池有多種,目前常用的有鋰-二氧化錳電池、鋰—亞硫酰氯電池及鋰和其它化合物電池。
鋰-二氧化錳電池(LiMnO2)
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
鋰-二氧化錳電池是一種以鋰為陽極、以二氧化錳為陰極,并采用有機(jī)電解液的一次性電池。該電池的主要特點(diǎn)是電池電壓高,額定電壓為3V(是一般堿性電池的2倍);終止放電電壓為2V;比能量大(見上面舉的例子);放電電壓穩(wěn)定可靠;有較好的儲(chǔ)存性能(儲(chǔ)存時(shí)間3年以上)、自放電率低(年自放電率≤2%);工作溫度范圍-20℃~+60℃。
該電池可以做成不同的外形以滿足不同要求,它有長方形、圓柱形及紐扣形(扣式)。
可充電鋰離子電池
可充電鋰離子電池是目前手機(jī)中應(yīng)用最廣泛的電池,但它較為“嬌氣”,在使用中不可過充、過放(會(huì)損壞電池或使之報(bào)廢)。因此,在電池上有保護(hù)元器件或保護(hù)電路以防止昂貴的電池?fù)p壞。鋰離子電池充電要求很高,要保證終止電壓精度在1%之內(nèi),目前各大半導(dǎo)體器件廠已開發(fā)出多種鋰離子電池充電的IC,以保證安全、可靠、快速地充電。
現(xiàn)在手機(jī)已十分普遍,手機(jī)中一部分是鎳氫電池,但靈巧型的手機(jī)則是鋰離子電池。正確地使用鋰離子電池對(duì)延長電池壽命是十分重要的。鋰離子電池是目前應(yīng)用最為廣泛的鋰電池,它根據(jù)不同的電子產(chǎn)品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形、長方形及扣式,并且有由幾個(gè)電池串聯(lián)在一起組成的電池組。鋰離子電池的額定電壓為3.6V(有的產(chǎn)品為3.7V)。充滿電時(shí)的終止充電電壓與電池陽極材料有關(guān):陽極材料為石墨的4.2V;陽極材料為焦炭的4.1V。不同陽極材料的內(nèi)阻也不同,焦炭陽極的內(nèi)阻略大,其放電曲線也略有差別,如圖1所示。一般稱為4.1V鋰離子電池及4.2V鋰離子電池。現(xiàn)在使用的大部分是4.2V的,鋰離子電池的終止放電電壓為2.5V~2.75V(電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓,各參數(shù)略有不同)。低于終止放電電壓繼續(xù)放電稱為過放,過放對(duì)電池會(huì)有損害。
鋰離子電池不適合用作大電流放電,過大電流放電時(shí)會(huì)降低放電時(shí)間(內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較高的溫度而損耗能量)。因此電池生產(chǎn)工廠給出最大放電電流,在使用中應(yīng)小于最大放電電流。鋰離子電池對(duì)溫度有一定要求,工廠給出了充電溫度范圍、放電溫度范圍及保存溫度范圍。鋰離子電池對(duì)充電的要求是很高的,它要求精密的充電電路以保證充電的安全。終止充電電壓精度允差為額定值的±1%(例如:充4.2V的鋰離子電池,其允差為±0.042V),過壓充電會(huì)造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池充電電流應(yīng)根據(jù)電池生產(chǎn)廠的建議,并要求有限流電路以免發(fā)生過流(過熱)。一般常用的充電率為0.25C~1C(C是電池的容量,如C=800mAh,1C充電率即充電電流為800mA)。在大電流充電時(shí)往往要檢測(cè)電池溫度,以防止過熱損壞電池或產(chǎn)生爆炸。
鋰離子電池充電分為兩個(gè)階段:先恒流充電,到接近終止電壓時(shí)改為恒壓充電,其充電特性如圖2所示。這是一種800mAh容量的電池,其終止充電電壓為4.2V。電池以800mA(充電率為1C)恒流充電,開始時(shí)電池電壓以較大的斜率升壓,當(dāng)電池電壓接近4.2V時(shí),改成4.2V恒壓充電,電流漸降,電壓變化不大,到充電電流降為1/10C(約80mA)時(shí),認(rèn)為接近充滿,可以終止充電(有的充電器到1/10C后啟動(dòng)定時(shí)器,過一定時(shí)間后結(jié)束充電)。鋰離子電池在充電或放電過程中若發(fā)生過充、過放或過流時(shí),會(huì)造成電池的損壞或降低使用壽命。
鋰離子電池也存在著一定的缺點(diǎn),如:
1)電池成本較高。主要表現(xiàn)在正極材料LiCoO2的價(jià)格高(Co的資源較少),電解質(zhì)體系提純困難。
2)不能大電流放電。由于有機(jī)電解質(zhì)體系等原因,電池內(nèi)阻相對(duì)其他類電池大。故要求較小的放電電流密度,一般放電電流在0.5C以下,只適合于中小電流的電器使用。
3)需要保護(hù)線路控制。
A、過充保護(hù):電池過充將破壞正極結(jié)構(gòu)而影響性能和壽命;同時(shí)過充電使電解液分解,內(nèi)部壓力過高而導(dǎo)致漏液等問題;故必須在4.1V-4.2V的恒壓下充電;
B、過放保護(hù):過放會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)的恢復(fù)困難,故也需要有保護(hù)線路控制。
摘要:綜述了鋰離子電池的發(fā)展趨勢(shì),簡述了鋰離子電池的充放電機(jī)理理論研究狀況,總結(jié)歸納了作為核心技術(shù)的鋰電池正負(fù)電極材料的現(xiàn)有的制備理論和近來發(fā)展動(dòng)態(tài),評(píng)述了正極材料和負(fù)極材料的各種制備方法和發(fā)展前景,重點(diǎn)介紹了目前該領(lǐng)域的問題和改進(jìn)發(fā)展情況。