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电池知识

锂离子和锂聚合物电池同为锂电池到底都有哪些区别呢?锂聚合物电池是否真的要优于锂离子电池呢?

来源:宝鄂实业    2019-04-24 17:23    点击量:

在我们挑选移动电源时,经常会在产品的外包装或者宣传手册上看到锂离子和锂聚合物两种不同的电芯类型,那么同为锂电池的它们,到底都有哪些区别呢?对于一些消费者来说,锂聚合物电池是否真的要优于锂离子电池呢?

首先,从结构上来说,锂聚合物电池的全称应为锂离子聚合物电池,这样看来,锂聚合物电池其实也是锂离子电池的一种。只是两者最大的区别就是其内部所使用的电解质不同,锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是固态的,也可以是半固态(胶状)的。

其次,从外观上来说,目前市面上所售的多数移动电源都是使用圆柱形(即18650)的锂离子电池或者块状的锂聚合物两种电池。所以在我们挑选移动电源时,如果产品外包装没有特别注明所使用的电芯类型,那么就可以简单的通过产品本身的厚度来对其内部所使用电池的类型进行一个大致的了解。

性价比出色的锂离子电芯

锂电池的改进型产品,由于锂金属的化学特性非常活泼,所以早期的锂电池在使用时经常会出现燃烧等情况。为了抑制锂金属活泼的化学特性,人们通过在锂电池的正极材料中加入钴、锰等其他金属材料,极大的增强了早期锂电池的安全系数。

锂离子电池的充电和放电可以通过嵌入和脱嵌两个过程来完成,在放电时,锂离子从正极材料中移出至电解液,再像水进入海绵一样的进入到负极材料,这个过程被称为脱嵌。而在充电状态下这个过程则相反,称之为入嵌。上图中左为锂电池的入嵌过程,右为脱嵌过程。

可以说经过多年的发展,锂离子电池的技术相对来说已经非常成熟,大批量的生产已经让其制造成本非常低廉。所以锂离子电池在价格上要比锂聚合物电池更具优势。这也就是为什么目前多数笔记本电脑等设备中都会采用这种电芯。

由于使用液态电解质的锂离子在过充(过度充电)的情况下,会使其内部压力骤增,所以为了避免密封的金属外壳发生爆炸的情况,通常这种18650电池都会在顶部配有一个安全阀,当电池内部压力过大时,其顶部安全阀会自动弹出,以起到减压的作用。但是,当安全阀弹出之后,电池内部泄露出的锂离子由于和空气中的氧气所接触,仍然会出现起火的情况。

所以,对于使用这种锂离子电芯的电子产品来说,在其内部充、放电保护IC上有着非常高的要求。不过凭借锂离子电池的多年发展来看,无论是电池本身的设计还是各种保护IC的技术水平都已经非常成熟,只要在日常使用时我们能够做到正确的使用以及避免电池被硬物刺穿的现象,18650电芯还是非常安全的,否则市面上绝大多数笔记本也不会使用这种电池的。

能量密度更高的锂聚合物电芯

相比使用液态电解质的锂离子电池来说,使用固体聚合物电解质的锂聚合物电池在形状上具有超薄化的特点,理论最小厚度可达0.5mm,以及任意形状化和任意面积化等特点。大大提高了电池造型灵活性的特点,从而可以更好的做成任何形状和容量的新一代锂电池。

另外,使用固体聚合物电解质的锂聚合物电池相比普通的锂离子电池来说,有着更高的能量密度,也就是说在相同体积的前提下,锂聚合物电池有着更轻的重量和更高的容量等优点。

如果从严格意义上来说,锂聚合物电池由于在正极、负极和电解质以及工作原理都和使用液态电解质的锂离子电池相同,唯一的区别只是隔膜和包装材料上的不同,因此,从根本上来说,锂聚合物电池也是锂离子电池的一种。

所以,对于各种封装形式不同的锂离子电池,具有以下的特征:

★钢壳锂离子电池:

常见的为使用钢壳的18650电池,具有较高的安全系数,生产技术已经非常成熟,并且价格相比聚合物电池来说更加便宜,占有大部分锂电池市场份额,在笔记本电脑电池中最为常见。

★软包锂离子电池(聚合物电池):

具有更高的能量密度、更好的安全性能表现以及任意形状等特点,成为目前多数主流数码产品的首选电芯,不过相对于钢壳锂离子电池来说,价格仍然偏高。

总结:其实无论是钢壳锂离子电池还是软包锂离子电池,在安全性能上的表现都是非常出色的,毕竟目前锂离子电池的生产技术已经非常成熟,只要在日常使用时避免高温、短路、过充、刺穿等情况的出现,都能够避免我们所说的“爆炸”、起火等意外情况的出现。而对于我们常说的锂离子电池和锂聚合物电池来说,两者都有着其各自的优缺点,如果你更加偏向于产品的性价比,就选择18650电池,如果更加偏向于移动电源的外观和体积,那么价格稍贵的锂聚合物电芯才是首选。

镍氢电池

镍氢电池是有氢离子和金属镍合成,电量储备比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,使用寿命也更长,并且对环境无污染,无记忆效应。镍氢电池的缺点是价格镍镉电池要贵好多,性能比锂电池要差。

锂离子电池

以锂离子电池为材料的一种高能量密度电池。锂离子电池还是一种智能电池,它可以与专用原装智能充电器配合,达到最短的充电时间、最大的寿命周期及最大的容量。锂离子电池是目前性能最好的电池。与同样大小的镍镉电池、镍氢电池相比,电量储备最大,重量最轻、寿命最长、充电时间最短,无记忆效应。

可充电电池主要有铅酸蓄电池和碱性蓄电池两种。目前使用的镍镉(NiCd)、镍氢(NiMH)和锂离子(Li-Ion)电池都是碱性电池。

镍氢电池NiMH电池正极板材料为NiOOH,负极板材料为吸氢合金。电解液通常用30%的KOH水溶液,并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。NiMH电池有圆柱形和方形两种。

NiMH电池具有较好的低温放电特性,即使在-20℃环境温度下,采用大电流(以1C放电速率)放电,放出的电量也能达到标称容量的85%以上。但是,NiMH电池在高温(+40℃以上)时,蓄电容量将下降5~10%。这种由于自放电(温度越高,自放电率越大)而引起的容量损失是可逆的,几次充放电循环就能恢复到最大容量。NiMH电池的开路电压为1.2V,与NiCd电池相同。

NiCd/NiMH电池的充电过程非常相似,都要求恒流充电。两者的差别主要在快速充电的终止检测方法上,以防止电池过充电。充电器对电池进行恒流充电,同时检测电池的电压和其它参数。当电池电压缓慢上升达到一个峰值,对NiMH电池快速充电终止,而NiCd电池则当电池电压第一次下降了一个-△V时终止快速充电。为避免损坏电池,电池温度过低时不能开始快速充电,电池温度Tmin低于10℃时,应转入涓流充电方式。而电池温度一旦达到规定数值后,必须立即停止充电。

镍镉电池

镍镉电池NiCd电池正极板上的活性物质由氧化镍粉和石墨粉组成,石墨不参加化学反应,其主要作用是增强导电性。负极板上的活性物质由氧化镉粉和氧化铁粉组成,氧化铁粉的作用是使氧化镉粉有较高的扩散性,防止结块,并增加极板的容量。活性物质分别包在穿孔钢带中,加压成型后即成为电池的正负极板。极板间用耐碱的硬橡胶绝缘棍或有孔的聚氯乙烯瓦楞板隔开。电解液通常用氢氧化钾溶液。与其它电池相比,NiCd电池的自放电率(即电池不使用时失去电荷的速率)适中。NiCd电池在使用过程中,如果放电不完全就又充电,下次再放电时,就不能放出全部电量。比如,放出80%电量后再充足电,该电池只能放出80%的电量。这就是所谓的记忆效应。当然,几次完整的放电/充电循环将使NiCd电池恢复正常工作。由于NiCd电池的记忆效应,若未完全放电,应在充电前将每节电池放电至1V以下。