锂电池和铅酸电池的性能及寿命的比较，提升锂离子电池过充安全的小技巧！
来源：宝鄂实业
2019-04-14 13:16
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自从上世纪 60 年代爆发全球石油危机以来 ,人们开始积极地寻找新能源来缓解传统化石能源枯竭带来的巨大压力 。锂电池由于其显著的优点 , 如能量密度高 、 电压高 、 工作温度范围宽 、 寿命长等 ,受到越来越多科研工作者的关注与重视 。 在过去的十几年中 ,锂电池已经在一次和二次电池市场中占据了主导地位 ,被广泛应用于便携式电子设备 ,特别是移动电话 、 笔记本电脑以及数码相机等 。 此外 ,锂电池还是电动汽车最有吸引力的高能动力来源之一 。
锂电池将在 21 世纪的能源领域扮演更加重要的角色 。在锂电池的开发与研究中 ,锂电池的电极材料 ,特别是正极材料 , 成为研究中最重要的组成部分之一 ,因为锂电池的特性从本质上来说是由电池采用的电极材料决定的。
高性能的锂电池正极材料应当满足以下要求
(1) 很高的理论能量密度 ;
( 2) 良好的电解液相容性 ;
( 3) 廉价 , 适用于大规模生产 ;
(4) 无毒 ,对环境友好 ;
( 5) 优良的物理性质 , 如不易燃烧 。
现在市场上普遍使用的锂电池正极材料 ( 如LiCoO2) 的工作电压平台主要在 3 — 4V ,无法应用于为传统的 115V 电池 ( 如 Zn P HgO 、 Zn P Ag2 O 、 Zn P MnO2)操作设计的设备上 。
因此 , 科研工作者不断寻找和开发工作电压为 115V 的正极材料 , 包括 CuO 、 FeS 、FeS 2 、 Pb3 O4 、 Bi2 O3 和 Bi2 Pb2 O5 。 其中 ,FeS 2 作为锂电池的正极材料 ,展现出许多显著的特性 ,如很高的理论一次放电比容量 ( 超过 890mAh P g) 、 对环境友好( FeS 2 中的 Fe 元素和 S 元素均无毒性) 以及价格低廉 ( 天然 FeS 2 矿石非常丰富) 。 此外 ,Li P FeS 2 电池的工作电压平台为 115V , 能够方便地替代传统电池 ,广泛应用于便携式电子设备中 。
一般用的电池有3种，铅蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。铅蓄电池是电动车常用的电池，缺点是重量较大、寿命断、有记忆效应，优点是价格低。
锂离子电池是一般手机常用的电池，优点是重量轻、容量大、寿命长、无记忆效应，缺点是稳定性差(就是安全问题了)。镍氢电池应该界与两者之间。由于电动车用的电压和电流都很高，本来锂离子电池是最好的选择，但由于安全问题，一直很难运用成功，只有一些国外大厂，通过改变内部成分、增加保护电路的方法，较好的解决了问题。所以如果你要购买锂电池的电动车，一定要看看电池的生产商。
平时所说的锂电池实际是锂离子电池，常见的简单说分钴锂、锰锂和铁锂，以前说锂电池的安全问题是指钴锂，但是经过技术不断进步，目前的锰锂和铁锂完全能保证安全问题，否则我们身边的电动工具、IT产品等使用锂电的商品大部分不都成了定时炸弹了么?尤其是铁锂电池将是未来几年电动汽车最可能使用的高效电池，比如比亚迪推出的电动汽车用的“铁电池”其实就是铁锂电池。铅酸电池的循环寿命在300次左右，锰锂电池循环寿命达到500-800次，铁锂电池循环寿命达到2000次,东芝新出的锂电能达到5000次以上。
铅酸电池的充电时间一般为6-8小时以上，锂电池使用专用充电器，充电时间只需2-3小时，东芝新锂电充电几分钟就能恢复90%的电量。
48V10Ah铅酸电池约有17公斤重，而相同容量锂电池仅为3-5公斤。
铅酸电池在冬季容量会下降40%以上，锂电池的具有良好的温度适用性，即使在-20℃的冬季，其容量下降不超过15%。
铅的的危害就不多说了，锂电池在生产及使用中，不会对环境构成污染。
最重要的成本问题，实际上锂电成本不比铅酸成本贵很多，在小型储能电池使用情况下，锂电比铅酸更具竞争力。目前锂电昂贵的原因是因为其技术还在不断进步，旧的生产工艺淘汰迅速，厂家为在短时间收回成本，必定有比其它行业更高的利润率，当技术发展成熟，产业规模形成，锂电的价格一定会比铅酸还便宜。
当然技术在不断进步，铅酸于锂电的取代问题并不是未来电池的方向，锂电并不是革命性的技术进步，科学界更倾向于燃料电池的方向，在可预见的未来，燃料电池可能将是人类储能方式最理想的解决方案。
锂离子电池是一种高容量，循环寿命长的新型能源，它有着广泛的使用范围。但锂离子电池在 过充时存在爆炸、燃烧等不安全隐患，同时，处于过充状态的炭负极表面也会因金属锂的沉积而降 低其安全性[1]，甚至最终导致电池的爆炸。因此如何提高锂离子电池的过充安全性一直是研究的重 点。深圳蒲迅电池分析锂离子电池内部各个部分的过充安全性的提高方法。
1、电极
对锂离子电池的正负极而言，开发出耐过充的正负极是提高安全性的一个重要方面。仇卫华 等采用固相法合成一系列的LiCoxNii,发现当Ni/Co比为8: 2时，具有良好的耐过充性能。万新华等锂钴氧包埋镍酸锂组装AA型锂离子电池发现其耐过充性远高于钴酸锂。
另一种针对电极的过充保护方法是在集流体和活性物质之间涂布一层PTC涂层，当电池内部温 度过高时，PTC层受热解离，活性物质从机片上脱离从而防止电池的进一步过充。
2、电活性聚合物膜过充保护机制
电活性聚合物过充保护机制是利用某些聚合物再掺杂和脱掺杂过程中电导率的显著变化来实现 的。它能够在不影响其它电池正常运行的前提下，对处于过充状态的某个电池起到过充保护的作用； 而在整体正常工作的时候，受到保护的电池又能够恢复正常运行。Karen E. Thomas-Alyea的研究 表明，采用丁基噻吩（poly (3 — butylthiophene) P3BT)制成的电活性聚合物膜能在不影响电池性能的前提下，为锂离子电池提供跃4.2v左右的可逆过充保护。
3、针对电解液的过充保护
在锂离子电池电解中加入适当适量的添加剂，就能对锂离子电池起到过充保护的作用。目前研 究比较多的是氧化还原电对添加剂和电聚合物添加剂。二茂铁及其衍生物[，Dihydrophenazine衍 生物，咪唑钠、二甲基溴代苯都属于氧化还原电对。联苯、环己苯、噻吩，呋喃，二氯苯甲醚和三 氟甲氧基苯都能够在一定电压下聚合，为锂离子电池提供保护。
上海宝鄂实业有限公司拥有一支从事锂电池多年、经验丰富的研发团队，我们时刻关注着锂电池在各领域的最新发展和应用，并不断为客户研发出“先进、安全、稳定”的锂电池方案，提供包括18650锂电池、26650锂电池和铁锂电池等多种锂电池服务。
