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什么是鋰電池?鋰離子電池知識全面介紹

鉅大LARGE  |  點擊量:874次  |  2020年07月14日  

摘要
鋰電池是一類采用石墨或其他碳材料作為負極,以含鋰的化合物作正極的可充電電池,在充放電過程中,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子,所以鋰電池也叫做鋰離子電池。鋰電池目前有液態鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)兩類。其中,液態鋰離子電池是指 Li +嵌入化合物為正、負極的二次電池。正極采用鋰化合物-鈷酸鋰、錳酸鋰,負極采用鋰-碳層間化合物。鋰電池不含有金屬態的鋰,并且是可以充電的。

鋰電池是一類采用石墨或其他碳材料作為負極,以含鋰的化合物作正極的可充電電池。


一、鋰電池的發展


1981年發表了第一個鋰離子電池方面的專利。


1992年,SONY公司開始大規模生產民用鋰離子電池。


1998年方型鋰離子電池大量投放市場,占據了市場較大份額。


1999年中國鋰離子電池開始大批量生產。


二、鋰電池的分類


1.按外形分類


· 圓柱形鋰電池


圓柱形鋰離子電池,其型號命名一般為5位數字,前兩位數字為電池的直徑,中間兩位數字為電池的高度,最后一位數字0代表圓柱形,單位為毫米。


最常用的圓柱形鋰電池:


· 18650鋰電池

· 14500鋰電池

· 18500鋰電池

· 21700鋰電池

· 26650鋰電池

· 32650(32700)鋰電池


· 方形鋰電池


方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼方形鋰電池,廣泛應用于勘探測繪、醫療設備、便攜式檢測設備。


2.按外殼分類


· 鋼殼鋰電池


早期鋰離子電池大多為鋼殼。由于鋼殼重量大,安全性較差,但鋼的穩定性強,后期很多廠商通過安全閥、PTC等器件優化設計結構,大大增加了其安全性能。而有些則直接替換掉鋼殼,采用鋁殼和軟包,例如現在的手機電池。


· 鋁殼鋰電池


鋁殼鋰離子電池由于質量較輕且安全性稍優于鋼殼鋰離子電池。


· 軟包裝鋰電池


軟包裝鋰離子電池由于其質量輕,開模成本較低,安全性高等優點,逐步在擴大其市場份額。


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3.按正極材料分類


鋰離子電池所用正極材料目前有四種:


· 鈷酸鋰電池


鈷酸鋰,化學式為LiCoO2,是一種無機化合物,一般使用作鋰離子電池的正電極材料。


· 錳酸鋰電池


鈷酸鋰,化學式為LiCoO2,是一種無機化合物,一般使用作鋰離子電池的正電極材料。


· 磷酸鐵鋰電池


鈷酸鋰,化學式為LiCoO2,是一種無機化合物,一般使用作鋰離子電池的正電極材料。


· 鎳鈷錳(三元)鋰電池


鈷酸鋰,化學式為LiCoO2,是一種無機化合物,一般使用作鋰離子電池的正電極材料。


鋰離子電池正極材料特性對比如下:


項目

鈷酸鋰電池

鎳鈷錳(三元)

錳酸鋰

磷酸鐵鋰

振實密度(g/cm3

2.83.0

2.02.3

2.22.4

1.01.4

比表面積(m2/g

0.40.6

0.20.4

0.40.8

1220

克容量(mAh/g)

135140

140180

90100

130140

電壓平臺(V)

3.7

3.6

3.7

3.2

循環性能

≥500

≥500

≥300

≥2000

安全性能

較好

良好

優秀

適用領域

中小電池

小電池/小型動力電池

動力電池、低成本電池

動力電池/超大容量電源


4.按電解質分類


· 液態鋰離子電池


液態鋰離子電池使用的是液體電解質,電解質為有機溶劑+鋰鹽。


· 聚合物鋰離子電池


聚合物鋰離子電池以固體聚合物電解質來代替,這種聚合物可以是“干態”的,也可以是“膠態”的,目前大部分采用聚合物膠體電解質。聚合物的基體主要為HFP-PVDF、PEO、PAN和PMMA等。


· 全固態鋰離子電池


“全固態鋰電池”是一種在工作溫度區間內所使用的電極和電解質材料均呈固態、不含任何液態組份的鋰電池,所以全稱是“全固態電解質鋰電池”。


三、鋰電池的應用領域


1.消費品領域


主要應用在數碼產品、手機、移動電源、筆記本等電子設備中。常用的有18650鋰電池,鋰聚合物電池。


2.工業領域


主要應用在醫療電子、光伏儲能、鐵路基建、安防通訊、勘探測繪等領域。常用的有儲能/動力鋰電池,磷酸鐵鋰電池,聚合物鋰電池,18650鋰電池。


3.特種領域


主要應用在軍用警用、航空航天、艦艇船舶、衛星導航、武器裝備、高能物理等領域。常用的有超低溫鋰電池,高溫鋰電池,鈦酸鋰電池,防爆鋰電池等。


四、鋰電池推薦品牌


1.18650鋰電池推薦品牌


· 索尼

· 三洋

· 松下

· LG

· 三星

· 力神

· 比克

· 鉅大


2.動力鋰電池推薦品牌


· 寧德時代

· 松下電器

· 比亞迪

· 特斯拉

· LG

· 三星SDI

· 國軒高科

· 天津力神

· 比克動力

· 中航鋰電


3.特種鋰電池推薦品牌


· 鉅大


鉅大特種鋰電池核心技術


4高


· 高能量密度(三元、鈷酸鋰體系)


質量能量密度285瓦時/公斤,

體積能量密度700瓦時/升。


· 高倍率(三元、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰體系)


100C持續放電,

溫升控制在40℃以內。


· 高溫(三元、磷酸鐵鋰體系)


80℃高溫持續循環200周,

85℃儲存48小時。


· 高電壓(鈷酸鋰體系)


電池充電上限電壓最高可達4.45V,

平臺電壓可達3.85V。


2低


· 低溫充電(三元、磷酸鐵鋰體系)


支持-40℃低溫0.2C充電,且充放電循環300周以上。


· 低溫放電(三元、磷酸鐵鋰體系)


-50℃低溫放電,75%以上容量保持率;

-40℃高倍率5C持續放電,80%以上容量保持率。


1防爆(改性三元化學體系)


190~200Wh/kg的高能量密度,同時滿足Ex ia\ib IIA\IIB T1~T4防爆標準和針刺、重物沖擊等安全性測試。


五、鋰電池參數


1.電壓


· 標稱電壓


鋰電池正負極之間的電勢差稱為鋰電池的標稱電壓。標稱電壓由極板材料的電極電位和內部電解液的濃度決定。


· 開路電壓


鋰電池在開路狀態下的端電壓稱為開路電壓。鋰電池的開路電壓等于鋰電池的正極的還原電極電勢與負極電極電勢之差。


· 工作電壓


工作電壓指鋰電池接通負載后在放電過程中顯示的電壓,又稱放電電壓。在鋰電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓。


· 鋰電池常用電壓推薦:


12V鋰電池

24V鋰電池

36V鋰電池

48V鋰電池


2.容量


鋰電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為鋰電池的容量,以符號C表示。常用的單位為安培小時,簡稱安時(Ah)或毫安時(mAh)。


鋰電池的容量受其所用正極材料、電池的溫度、放電倍率、電壓等影響。


3.內阻


鋰電池的內阻是指電流通過鋰電池內部時受到阻力,內阻會影響鋰電池的電壓。


4.循環壽命


鋰電池的循環壽命一般用使用次數表示,一次循環表示鋰電池的一個完全充放電周期(即鋰電池電量由空充電到滿,再由滿放電到空)。


注:鋰電池的循環特性較好,一般500次循環以后還可以保持80%左右的容量。


5.放電倍率


放電倍率是指鋰電池在放電時電流的大小,一般用C表示,用公式表示為:

放電倍率=放電電流/額定容量


注:由于鋰電池用的是有機溶劑電解液,電導率一般只有鉛酸或堿性電池電解液的幾百分之一。因此,鋰離子電池在大電流放電時,來不及從電解液中補充Li+,會發生電壓下降。


6.工作溫度


鋰電池的工作溫度指鋰電池能夠保持正常充放電工作的情況下所能適應的環境和電池本身的溫度。


鋰電池在低溫時,放電平臺有一定的降低。高溫度時,會影響電池的循環性能,且會使電池有微量膨脹。因此,電池一般推薦在0-40℃范圍內工作。

鋰電池低溫放電特性曲線圖


鋰電池高溫放電特性曲線圖


六、鋰電池與鉛酸電池、鎳氫電池



項目

鋰電池

鉛酸電池

鎳氫電池

能量密度(wh/kg)

200~260wh/kg

50~70wh/kg

40~70wh/kg

開路電壓(v)

3.6V

2.0V

1.2V

循環壽命()

300-2500

400-600

300-350

充電速度

很慢

記憶效應

環保性能

污染較低

污染高

污染低



七、鋰電池PACK


鋰電池PACK主要指鋰電池的加工組裝,主要是將電芯、保護板、BMS、連接片、標簽紙等通過電池PACK工藝組合加工成客戶需要的產品。


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八、鋰電池安全測試


最好的鋰電池要符合UL2054安全標準(鋰電池),并且完成以下測試:


· 電性能測試


1.短路試驗


2.非正常充電測試


3.強制過充測試


4.強制放電測試


5.受限制電壓測試


· 機械測試


1.壓縮測試(Crush Test)


2.振動測試(Vibration Test)


· 外圍測試


1.鑄造壓力釋放測試


2.燃燒測試


3.噴射試驗


· 環境測試


1.加熱測試


2.熱循環測試


九、鋰電池運輸


鋰電池運輸方式包括空運、水運、陸運,最為常用的是航空運輸、海洋運輸。


由于鋰是一種特別容易發生化學反應的金屬,易延伸和燃燒,因此鋰電池包裝和運輸處理不當,易發生燃燒和爆炸。


· 鋰電池的包裝要求:


1. 必須依據適用的包裝說明指導裝在DGR 危險品規則所規定的UN規格包裝,并在包裝上完整的顯示對應編號。


2. 必須貼9類危險性標簽。


3. 必須填寫危險品申報單,提供相應的危包證。


column_lithium_guide_11.jpg


· 鋰電池的運輸要求:


1. 電池須通過UN 38.3測試要求, 及1.2米的跌落包裝試驗。


2. 提供的危險品申報文件, 標注UN編號。


3. 電池應被保護以防止短路,在同一包裝內須預防與可引發短路的導電物質接觸。


4. 避免搬運過程受到強烈振動,托盤的各垂直和水平邊使用護角保護。


十、鋰電池價格


單體電芯的鋰電池價格主要受品牌和質量影響,而鋰電池PACK的價格影響因素有很多:


· 電芯型號

· 電壓

· 容量

· PCM的需求和設計

· 外殼的需求與設計


十一、如何正確使用鋰電池


· 鋰電池儲存——鋰電池的存放條件最關鍵的是溫度和濕度,建議在溫度20℃的環境下保存,注意防潮防濕,不要讓鋰電池處于虧電狀態。不要擠壓、碰撞,不要存放在強靜電和強磁場的地方。


· 鋰電池充放電——不要過充,不要使用劣質充電器,切勿盲目使用高倍率充電器。放電量不要超過電池容量的80%。

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