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电池知识

电池是否可以按被再次利用可分为一次电池和二次电池呢?

来源:宝鄂实业    2019-05-05 17:47    点击量:
锂离子电池在各个领域被广泛使用要归功于自身众多的优良性能。

锂离子电池优点如下:

(1)锂电池电压平台高 。单体电池的平均电压为3.7V 或3.2V,约等于3 只镍镉电池或镍氢电池的串联电压,便于组成电池组。
(2)具有高储存能量密度。相对其他电池而言锂电池能量密度很高,目前已达到460-600Wh/kg,约为铅酸电池的6-7 倍。这就意味着在相同电荷容量下,锂电池重量更轻。据计算相同体积下重量约为铅酸产品的1/5-1/6。
(3)使用寿命相对较长。锂电池的使用寿命可达到6 年以上。以磷酸亚铁锂为正极的锂电池为例,在1C 充放电倍率下,循环周期的最高纪录可达1000 次。
(4)具备高功率承受力。电动汽车用的磷酸亚铁锂离子电池最高充放电倍率可以达到15C-30C,这非常适合动力汽车高强度的启动和加速。
(5)自放电率很低。自放电率是锂离子电池最突出的优越性之一,室温下满电存储1 个月的自放电率约10%左右,而同等条件下镍镉为25~30%、镍氢为30~35%。
(6)无记忆效应。这意味着锂离子电池可以随时充放电,而不必像镍氢、镍锡电池一样,必须要等到电量耗尽。
(7)高低温适应性强。锂电池可在-20℃--60℃的环境下使用,经过工艺上的处理,可以在-45℃环境下使用。
(8)绿色环保。不论生产、使用和报废都不含有也不产生铅、汞、镉等有毒重金属物质。
(9)锂离子电池的主要原材料锂、锰、铁、钒等在我国都是富产资源;生产基本不消耗水,对水之源稀缺的国家十分有利。

但锂电池也具有自身不可克服的缺陷,总结如下:

(1)低温下电池性能明显恶化,放电平台下降、输出功率减小、可用电量衰减等。
(2)错误使用存在安全隐患。由于锂离子电池组成物质非常活跃,若使用错误将会出现电解液分解、燃烧甚至爆炸的重大事故。
(3)不同放电倍率对电池的可用容量影响较大。
(4)过充电和过放电均会对电池造成不可恢复的损害。针对以上的缺点,一般大容量的锂电池组均采用了保护装置来监视电池的使用过程。

表1 给出了锂离子电池和其他电池性能的对照关系。
表1 各种电池性能对比
二次电池分类 锂离子电池 镍氢电池 镍镉电池 铅酸电池
正极体系 锂过渡金属氧化物 氢氧化亚镍 氢氧化亚镍 二氧化铅
负极体系 石墨等层状物 储氢合金 氧化镉 海绵铅
隔膜体系 PP/PEPP或PE PP 尼龙 玻璃纤维棉
电解液体系 有机锂盐电解液 KOH水溶液 KOH水溶液 稀硫酸
标称电压 3.0~3.7 1.2 1.2 2.0
体积能量密度 350~400wh/l 320~350wh/l 160~180wh/l 65~wh/l
重量能量密度 180~200wh/kg 60~65wh/kg 40~45wh/kg 25~30wh/kg
电池原理 离子迁移 氧化还原 氧化还原 氧化还原
充放电方法 恒流恒压充电 恒流充电 恒流充电 恒流充电
充电终点控制 恒流/限压 恒流限时 恒流限时 恒流稳压
安全性 有一定隐患 安全 安全 安全
环保 环保 环保 镉污染 铅污染
最佳工作温度 0℃~45℃ -20℃~45℃ -20℃~60℃ -40℃~70℃
价格(元/wh) 2.2~2.8/wh 3.5~4.0/wh 2.2~2.8/wh 0.7~1.0/wh
充电器成本 高(恒流恒压) 一般(控制恒流源) 一般(控制恒流源) 低(稳压源)
 

具有放电过流、短路保护功能,过流电流3A,延时0.2S。

(1)判定过流及解除条件
在智能电池处于充电或者放电状态下,当检测到电流超过3A,0.2S 延时后再次检测若依然大于3A,判定为过流。此时保护执行电路切断放电保护开关。解除保护条件为连接充电器,当检测到连接充电器之后解除过流保护,否则智能电池一直处于保护状态。

(2)判定过充电及解除条件
充电过程中若有电芯电压超过4.2V 或总电压超过16.8V,则判定电池处于过充电状态。此时保护执行电路切断充电保护开关。过充电解除状态为所有电芯电压小于4V。

(3)判定过充电保护失效
充电过程中,若有电芯电压超过4.4V,判定为充电保护功能出现异常,启动二级保护电路,熔断三端保险丝。

(4)判定过放电欠压及解除条件
放电过程中,当某节电芯电压低于2.5V 判定电池处于过放电状态,此时保护执行电路切断放电开关停止放电。解除条件为所有电芯电压大于3V。

(5)判定过温保护及解除条件
当电池电压温度超过55℃,判定电池处于过温状态。此时保护执行电路切断充电和放电保护开关。解除条件为电池温度低于50℃。
从能量角度来说将其它形式能量直接转换为直流电能的装置俗称为电池。电池按是否可以被再次利用可分为一次电池和二次电池。不可充电电池称为一次电池;可充电电池称为二次电池。二次电池的确切定义:利用化学反应的可逆性,可以组建成一个新电池,即当一个化学反应转化为电能之后,还可以用电能使化学体系修复,然后再利用化学反应转化为电能,具有上述特性的电池称为二次电池。概括地说二次电池是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。

    锂电池(Lithium Cell)是指电化学体系中含有锂(金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的最基本电化学单位。锂电池大致可分为三类:锂金属电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池

(1)锂电池(Lithium battery):严格意义的锂电池是锂原电池(锂金属电池),内含纯态的锂金属。锂原电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。一次性使用,为一次电池。

(2)锂离子电池(Li-ion Batteries)是一种二次电池,不含有金属态的锂。锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来传递电荷,从而形成电流。

(3)锂离子聚合物电池(Lithium-ion polymer batteries):是一种用胶态或固态聚合物取代液态有机溶剂的二次锂离子电池,具有较好的安全性。也称之为“锂聚合物电池”。

习惯上把二次锂离子电池简称为锂离子电池,而锂离子电池又被简称为锂电池。