电动汽车用锂电池在容量和功率上的要求有哪些?
锂电池目前的主要市场在于便携式终端设备的应用,譬如手机,笔记本电脑,这使得高容量一度成为锂电池开发的主攻方向,但在电动汽车和大型储电设备充分发展的背景下,锂离子电池研发的主要方向也呈现出多样化的趋势。
传统的移动终端市场,例如手机和笔记本电脑之所以要求电池高容量,是因为它们往往需要充电一次即可使用很长时间,使用起来更加方便。风靡全球的苹果iphone和ipad等就曾一度因一次充电后使用时间不长而遭到消费者批评,因此,在新款的the new ipad发布时,原有的6500mAh容量锂电池就改为使用14000mAh大容量锂电池。这件事情可以看作便携式终端用充电电池的研发以高容量为方向的证明,为此,甚至不惜牺牲寿命也要实现高容量,而对寿命的要求一般就是2年左右即可。
但是,在电动汽车时代到来后,锂离子电池研发的方向就就不再只是一味高容量的发展方向,现在的电动汽车主要包括混合动力车、插电式混合动力车和纯电动汽车三种类型。对于混合动力车而言,在加速和减速时需要大电力交换,因此,高功率型的电池较为理想。反之,纯电动汽车因为只靠动力锂电池提供电能,因此更需要大容量的支持,插电式混合动力车则介于二者之间。
由此可以得知:在高功率锂电池要求上,混合动力车>插电式混合动力车>纯电动汽车;而在大容量锂电池要求上恰好相反,纯电动汽车>插电式混合动力车>混合动力车。当然,这是在不同电动汽车内部的比较,从整体上来说,电动汽车用锂电池在容量和功率上的要求比便携终端高出若干倍,同时也要求更高的寿命和安全性,如果不这样则无法进入产业化阶段。
固定装置用途的大型储能设施对比电动汽车的性能要求也是提高了若干倍,单从安全性来说,对于大楼蓄电系统及家用蓄电系统而言,必须具备发生火灾时不会燃烧的“高”安全性能,而电动汽车和便携终端用锂电池显然不具备这种要求。固定装置用途的储能设施内部也可以划分出不同的主要诉求。对用于夜间储电白天放电的高峰期转换为代表的电网电力而言,要求电池具备大容量,如楼宇系统用储能设施锂电池。而对于光伏发电和风力发电来说,就必须使用对输出功率变化具有较高耐性的高功率电池,因为受自然因素影响极大,这两种发电装置输出功率变化较大。
随着锂电池向大型机器应用的过渡和转变,使得锂电池自身要解决根本问题日渐多起来,因而出现了结合锂离子电池与传统双层电容器优点的锂离子电容器,也有开发新型氧化还原液流电池的新技术处于同步研发阶段,未来锂电池的道路还很远。
锂电池和锂离子电池是普及速度很快的电池品种,在文献和现实生活中,人们发现锂电池和锂离子电池在使用当中时而相仿,时而互换,个中原因在于,锂电池和锂离子电池是互相区别而又有继承和发展关系的一对概念,难怪人们会将二者混淆。
所谓锂电池,是以金属锂做负极活性物质的电池总称,而锂离子电池是指以两种不同的能够可逆的嵌入和脱嵌锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系,锂电池和锂离子电池的相同点是在正极和电解质上,两种电池都采用金属氧化物和硫化物作为正极,而以有机溶剂-无机盐体系作为电解质。
锂电池和锂离子电池之间是一个发展的过程,锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料的物质,化学反应为氧化还原反应,以后,索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作为正极的锂电池,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。
严格意义上的锂电池和锂离子电池的工作机理是不一样的,锂电池是一次电池,又称为锂原电池,可以连续放电,也可以间歇放电,一部分锂电池可以作储备设施用电池,如在水力、风力、太阳能电站等方面的应用。而锂离子电池是二次电池,可以反复使用。现在,很多人习惯上把“锂离子电池”也叫做“锂电池”,这是一种方便的叫法。
从使用角度来看,严格意义上的锂电池和锂离子电池也是不同的。锂电池的负极用金属锂,正极用MnO2、SOCl2等,20世纪70年代进入实用化后,主要在一些军事和民用小型电器中使用。锂离子电池应用范围更加广泛,如:移动电话、摄像机、照相机、手提电脑等,大容量锂离子电池在电动汽车上的应用也已经进入产业化过程中。从锂电池和锂离子电池的发展趋势来看,锂离子电池的应用领域不断扩大,而锂原电池的应用领域不断缩小。
锂电池和锂离子电池可能会在实用中被人们混淆,但它们间有一个根本区别就是:锂离子电池反应时没有锂金属,只有锂离子在正负极间的运动,因此,又被称为“摇椅式电池”,生活中可以尊重人们对锂电池和锂离子电池的习惯叫法,但这不妨碍人们理解二者的理论区别。