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电池知识

铅酸电池和锂电池的本质区别是什么你知道吗?铅酸电池和锂电池哪个更好呢?

来源:宝鄂实业    2019-04-14 15:00    点击量:
      说起铅酸电池,我们第一能想到的应用就是电动自行车。其实,根据其结构与用途,业内将铅酸电池分为四大类:1、启动用2、动力用3、固定性阀控密封式4、小型阀控密封式。这种方法主要从结构方面分类,又想兼顾用途,对于非电池从业人员来说理解上还是有一定困难的,如果从纯市场应用的角度来分类则比较好理解,按这个标准,铅酸电池分为两类:

1、主电源,包括:通讯设备、工业仪器设备、电力控制机床,便携设备;

2、备用电源,包括:应急设备、通讯基站、电子开关系统、太阳能系统。这种应用分类,与锂离子电池的应用有许多交集,就市场容量而言,这种交集主要集中于动力电池上,如电动自行车和小型乘用车。在动力电池领域里,主要的也是这两种技术之争,因此我们在这一领域来比较铅酸电池和锂电池的区别具有代表性,否则,参照物不确定,比较起来就是漫无边际的。

两者的一切区别,其源头是基于材料的性能之别,铅酸电池的正负极材料为氧化铅、金属铅、浓硫酸;锂离子电池则有四个构件:正极(钴酸锂/锰酸锂/磷酸铁锂/三元)、负极石墨、隔膜和电解质,由此导致的不同主要有:

1、标称电压不同:单体铅酸电池2.0V,单体锂电池3.6V;

2、能量密度不同:铅酸电池30WH/KG,锂电池110WH/KG;

3、循环寿命不一样,铅酸电池平均300-500次,锂电池多达千次以上,从锂电自行车的两个主流技术路线来看,三元锂电池磷酸铁锂电池区别也比较大,三元锂电池放电寿命1000次,磷酸铁锂电池的寿命则可达到2000次;

4、充电方式:锂电池采用限压限流法,即对电流和电压均给定一个限制的阈值,而铅酸电池的充电方法就比较多,择其要者有:恒流充电法、恒压充电法、阶段等流充电法和浮充,不能一一尽述。

以上是基于工作原理的不同而表现出来的二者电性能特点区别,此外,影响二者推广的还有其他两个因素:安全与成本,可称之为市场因素。与电性能特征锂电池占优不同,在市场因素上则是铅酸电池占优。

1、安全:铅酸电池大电流放电不易发生意外,因为它有较高的密封性,即使有所意外(比如泄漏),其正负极和铅酸电解液也不是易燃物。而锂离子电池的电解液是酯类溶液,易燃且有挥发性。锂电池工作原理是锂离子在正极和负极之间经过隔膜嵌入/嵌出,大电流经过会形成锂枝晶,这两个因素都是锂电池燃烧与爆炸的根源。

2、成本:铅酸电池所用材料及工作要求都低得多,就电动自行车来看,锂电车光是电池就可能是用铅酸电池装配的整个电动车的价值。

在电动自行车和小型家用车市场上,铅酸电池和锂电池都在应用,因为互有比较优势,锂电池有电性能和便利优势,而铅酸电池有安全和成本优势。这两类电池在其他应用上的表现也大抵如此。

三元锂电池寿命

 

所谓锂电池寿命是指电池在使用过一段时间后,容量衰减为标称容量(室温25℃,标准大气压,且以0.2C放电的电池容量)的70%,即可认为寿命终止。行业内一般以锂电池满充满放的循环次数来计算循环寿命。在使用的过程中,锂电池内部会发生不可逆的电化学反应导致容量下降,比如电解液的分解,活性材料的失活,正负极结构的坍塌导致锂离子嵌入和脱嵌的数量减少等等。实验标明,更高倍率的放电会导致容量更快的衰减,如果放电电流较低,电池电压会接近平衡电压,能释放出更多的能量。

 

三元锂电池的理论寿命约为800次循环,在商业化的可充电锂电池中属于中等。磷酸铁锂约为2000次,而钛酸锂据说可以达到1万次循环。目前主流的电池厂家在其生产的三元电芯规格书中承诺大于500次(标准条件下充放电),但是电芯在配组做成电池包后,由于一致性问题,主要是电压和内阻不可能完全一样,其循环寿命大约为400次。厂家推荐SOC使用窗口为10%~90%,不建议进行深度充放电,不然会对电池的正负极结构造成不可逆的损伤,若是以浅充浅放来计算的话,循环寿命至少有1000次。另外,锂电池若是经常在高倍率和高温环境下放电,电池寿命会大幅下降到不足200次。

 

三元锂电池优缺点

 

三元锂电池在容量与安全性方面比较均衡,是一款综合性能优异的电池。三种金属元素的主要作用和优缺点如下:

 

Co3+:减少阳离子混合占位,稳定材料的层状结构,降低阻抗值,提高电导率,提高循环和倍率性能。

 

Ni2+:可提高材料的容量(提高材料的体积能量密度),而由于Li和Ni相似的半径,过多的Ni也会因为与Li发生位错现象导致锂镍混排,锂层中镍离子浓度越大,锂在层状结构中的脱嵌越难,导致电化学性能变差。

 

Mn4+:不仅可以降低材料成本,而且还可以提高材料的安全性和稳定性。但过高的Mn含量会容易出现尖晶石相而破坏层状结构,使容量降低,循环衰减。

 

能量密度高是三元锂电池的最大优势,而电压平台是电池能量密度的重要指标,决定着电池的基本效能和成本,电压平台越高,比容量越大,所以同样体积、重量,甚至同样安时的电池,电压平台比较高的三元材料锂电池续航时间更长。单体三元锂电池放电电压平台高达3.7V,磷酸铁锂为3.2V,而钛酸锂仅为2.3V,因此从能量密度角度来说,三元锂电池比磷酸铁锂,锰酸锂或者钛酸锂具有绝对优势。

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。