锂离子动力电池 |
特点编辑本段回目录
(1) 单体电池工作电压高达3.7V,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。如果动力电池中单体电池数量越多,电池组中单体电池的一致性要求就越高,寿命就越不好做,在实际使用过程中电池组有问题分析后,一般是其中一、两个单体电池出问题然后导致整组电池出现问题,因此不难理解为什么48V的铅酸电池比36V的铅酸电池反馈要高,从这个角度上讲锂电更适合动力电池的使用。例如36V的锂电只需要10个单体,而36V铅酸电池需要18个单体电池,即3只12V的电池组,而每只12V的铅酸电池有六个单格即六个单体电池组成。
锂离子动力电池 |
(3)体积小,高达到400Wh/L,体积是铅酸电池的二分之一到三分之一。提供了更合理的结构和更美观的外形的设计条件、设计空间和可能性。现阶段由于铅酸电池体积、重量的限制,设计师们的设计思想受到极大约束,导致现阶段的电动自行车在结构和外观上“千车一面”、雷同相似、单调划一。而锂离子电池的使用,给设计师们提供了展示设计思想和设计风格的更大空间及条件。当然同时也导致电动自行车用锂离子动力电池尺寸多种多样,不利于锂动力电池行业的发展。锂动力电池行业也需要尽快制定电动自行车用锂离子电池国家标准,加速在电动自行车领域锂电对铅酸电池的替代。当然目前锂电池是在不断发展过程中的不同材料、不同工艺电池的体积有很大的差别,如何统一也是一个难点。
锂离子动力电池充电器 |
(5) 自放电率低,每月不到5%。
(6)允许工作温度范围宽,低温性能好,锂离子动力电池可在-20℃~+55℃之间工作,尤其适合低温使用,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。
(7)无记忆效应,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。
(8)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)。
锂离子动力电池用于手机充电器 |
(10)存在安全隐患;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,目前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。
(11)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。
结构编辑本段回目录
方型锂离子动力电池 |
电池内部采用螺旋绕制结构,用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件,以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。
单节锂电池的电压为3.6V,容量也不可能无限大,因此,常常将单节锂电池进行串、并联处理,以满足不同场合的要求。
应用编辑本段回目录
锂离子动力电池充电器 |
最早得以应用于心脏起搏器中。由于锂离子动力电池的自放电率极低,放电电压平缓。使得起搏器植入人体长期使用成为可能。
锂离子动力电池一般有高于3.0伏的标称电压,更适合作集成电路电源。二氧化锰电池,就广泛用于计算机,计算器,照相机、手表中。
现在,锂离子动力电池大量应用在手机上,可以说是最大的应用群体。
举例:
1、作电池组维修代换品有许多电池组:如笔记本电脑上用的那种,经维修发现,此电池组损坏时仅是个别电池有问题。可以选用合适的单节锂电池进行更换。
2、制作高亮微型电筒笔者曾用单节3.6V1.6AH锂电池配合一个白色超高亮度发光管做成一只微型电筒,使用方便,小巧美观。而且由于电池容量大,平均每晚使用半小时,至今已用两个多月仍无需充电。
3、代替3V电源。由于单节锂电池电压为3.6V。因此仅需一节锂电池便可代替两节普通电池,给收音机、随身听、照相机等小家电产品供电,不仅重量轻,而且连续使用时间长。
科学研究编辑本段回目录
为了开发出性能更优异的品种,人们对各种材料进行了研究。从而制造出前所未有的产品。比如,锂二氧化硫电池和锂亚硫酰氯电池就非常有特点。它们的正极活性物质同时也是电解液的溶剂。这种结构只有在非水溶液的电化学体系才会出现。所以,锂电池的研究,也促进了非水体系电化学理论的发展。除了使用各种非水溶剂外,人们还进行了聚合物薄膜电池的研究。
磷酸铁锂离子动力电池 |
1高效率输出:标准放电为2~5C、连续高电流放电可达10C,瞬间脉冲放电(10S)可达20C;2 高温时性能良好:外部温度65℃时内部温度则高达95℃,电池放电结束时温度可达160℃,电池的结构安全、完好;3 即使电池内部或外部受到伤害,电池不燃烧、不爆炸、安全性最好;4 极好的循环寿命,经500次循环,其放电容量仍大于95%;5 过放电到零伏也无损坏;6 可快速充电;7 低成本;8 对环境无污染。
由于磷酸铁锂动力电池具有上述特点,并且生产出各种不同容量的电池,很快得到广泛地应用。它主要应用领域有:1 大型电动车辆:公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等;2 轻型电动车:电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等;3 电动工具:电钻、电锯、割草机等;4 遥控汽车、船、飞机等玩具;5 太阳能及风力发电的储能设备;6 UPS及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好);7 替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池(尺寸完全相同);8 小型医疗仪器设备及便携式仪器等。
构件性能编辑本段回目录
各种锂离子动力电池主要构件 |
(2)电池的内阻
(3)电池的工作电压
(4)充电电压 充电电压是指二次电池在充电时,外电源加在电池两端的电压。充电的基本方法有恒电流充电和恒电压充电。一般采用恒电流充电,其特点时在充电过程中充电电流恒定不变。随着充电的进行,活性物质被恢复,电极反应面积不断缩小,电机的极化逐渐增高。
(5)电池容量 电池容量是指从电池获得电量的量,常用C表示,单位常用Ah或mAh表示。容量是电池电性能的重要指标。电池的容量通常分为理论容量、实际容量和额定容量。电池容量由电极的容量决定,若电极的容量不等,电池的容量取决于容量小的那个电极,但决不是正负极容量之和。
(6)电池的贮存性能和寿命 化学电源的主要特点之一是在使用时能够放出电能,不用时能贮存电能。所谓贮存性能对于二次电池来说为充电保持能力。对于二次电池,使用寿命时衡量电池性能好坏的一个重要参数。二次电池经过一次充电和放电,称为一个周期(或已此循环)。在一定的充放电制度下,电池容量达到某一规定值之前电池能经受的充放电次数称为二次电池的使用周期。锂离子动力电池具有优良的贮存性能和长的循环寿命。
各种小型锂离子动力电池 |
因为锂离子动力电池过充或过放可能会导致爆炸并造成人员伤害,所以使用这类电池时,安全是主要关心的问题。因此,商用锂离子电池组通常包括象DS2720这样的保护电路(图7)。DS2720提供了可充电锂离子动力电池
所需的所有保护功能,如:在充电时保护电池、防止电路过流、通过限制电池的放电电压延长电池寿命。
保存方法编辑本段回目录
正确保存 |
锂离子动力电池存在自放电现象,长时间保存会导致电池过放电而破坏电池内部结构,减少电池寿命。因此长期保存的锂离子动力电池应当每3~6个月补电一次,即充电到电压为3.8~3.9V(锂电池最佳储存电压为3.85V左右)为宜。
注意事项
锂离子电池的使用,注意三点:
1、如何为新电池充电?
在使用锂离子动力电池中应注意的是,电池放置一段时间后则进入休眠状态,此时容量低于正常值,使用时间亦随之缩短。但锂离子动力电池很容易激活,只要经过3—5次正常的充放电循环就可 激活 电池,恢复正常容量。由于锂电池本身的特性,决定了它几乎没有记忆效应 。因此用户新锂电池在激活过程中,是不需要特别的方法和设备的。不仅理论上是如此,从实践来看,从一开始就采用标准方法充电这种“自然激活”方式是最好的。
锂离子动力电池充电 |
此外,锂离子动力电池或充电器在电池充满后都会自动停充,并不存在镍电充电器所谓的持续10几小时的“涓流”充电。也就是说,如果你的锂离子动力电池在充满后,放在充电器上也是白充。而谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失,所以电池将长期处在危险的边缘徘徊。这也是反对长充电的另一个理由。
在对某些机器上,充电超过一定的时间后,如果不去取下充电器,这时系统不仅不停止充电,还将开始放电-充电循环。也许这种做法的厂商自有其目的,但显然对电池的寿命而言是不利的。同时,长充电需要很长的时间,往往需要在夜间进行,而以电网的情况看,许多地方夜间的电压都比较高,而且波动较大。前面已经说过,锂离子动力电池是很娇贵的,它比镍电在充放电方面耐波动的能力差得多,于是这又带来附加的危险。
此外,不可忽视的另外一个方面就是锂离子动力电池同样也不适合过放电,过放电对电池同样也很不利。这就引出下面的问题。
2、正常使用中应该何时开始充电?
显示电池充电中 |
循环寿命 (10%DOD):>1000次
循环寿命 (100%DOD):>200次
其中DOD是放电深度的英文缩写。从表中可见,可充电次数和放电深度有关,10%DOD时的循环寿命要比100%DOD的要长很多。当然如果折合到实际充电的相对总容量:10%*1000=100,100%*200=200,后者的完全充放电还是要比较好一些,在正常情况下,你应该有保留地按照电池剩余电量用完再充的原则充电,但假如预计第2天不可能坚持整个白天的时候,就应该及时开始充电,当然你如果愿意背着充电器到办公室又当别论。
而需要充电以应付预计即将到来的会导致通讯繁忙的重要事件的时候,即使在电池尚有很多余电时,那么也只管提前充电,因为并没有真正损失“1”次充电循环寿命,也就是“0.x”次而已,而且往往这个x会很小。
电池剩余电量用完再充的原则并不是走向极端。和长充电一样流传甚广的一个说法,就是“尽量把机器的电池的电量用完,最好用到自动关机”。这种做法其实只是镍电池上的做法,目的是避免记忆效应 发生,不幸的是它也在上锂离子动力电池流传之今。曾经有人因为机器电池电量过低的警告出现后,仍然不充电继续使用一直用到自动关机的例子。结果这个例子中的机器在后来的充电及开机中均无反应,不得不送客服检修。这其实就是由于电
电池充电 |
3、对锂电池的正确做法
归结起来,对锂离子动力电池在使用中的充放电问题最重要的提示是:
1、按照标准的时间和程序充电,即使是前三次也要如此进行; 2、当出现机器电量过低提示时,应该尽量及时开始充电; 3、锂电池的激活并不需要特别的方法,在机器正常使用中锂电池会自然激活 。如果你执意要用流传的“前三次2小时长充电 激活 ”方法,实际上也不会有效果。
因此,所有追求12小时超长充电和把锂离子动力电池用到自动关机的做法,都是错误的。
4、使用锂电池注意防火
有许多人或许是从手机才开始熟悉锂离子动力电池的。其实,它在许多家电中都有使用。毋庸置疑,锂离子动力电池高效、体轻等等优点正使其迅速地推广应用开来。
锂电池具有体轻、高效、耐低温(-40℃)等优点,0.3mm厚、邮票大小的锂电池可连续使用5年以上,广泛应用于许多高档家电和手机中。
锂离子动力电池不同于现用的锰电池和碱性干电池的氯化锌和氢氧化钾水溶电解液,它使用的是有机溶媒锂离子动力电池正极采用二氧化锰、氟化铅、氯化亚硫等材料。负极采用的锂金属箔同一般电池负极使用的氯化锌相比,离子化倾向强、正负极电压差大,这样提高了锂离子动力电池的工作效能。
但是,锂离子动力电池在使用过程中常常会出现发热、燃烧现象,轻者影响主机使用,重者还会烧毁主机引起火灾。日本已发生多起因锂离子动力电池发热燃烧引起的家庭火灾事故。
新型锂离子动力电池充电口 |
那么锂离子动力电池为什么会发热、燃烧呢?原来锂离子动力电池中的许多材料与水接触后,可发生剧烈的化学反应并释放出大量热能导致发热、燃烧现象。锂电池正极的二氧化锰,只沾一小滴水便可出现发热现象。锂电池中的氯化亚硫与水接触后,在生成盐酸和二氧化硫的同时释放热能,几种因素使锂电池成为生活中的“火种”,因此人们在使用锂电池时一定要注意防水、防潮湿。各种主机停用后,应取下锂电池置于干燥、低温处妥善保管,以预防和避免因锂电池使用不当而引起家庭火灾事故的发生。