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电池知识

18650锂电池与聚合物电池的性能比较!

来源:宝鄂实业    2019-06-28 17:29    点击量:

所谓聚合物锂电池是指使用了聚合物作为电解质的锂离子电池,具体来分又分为“半聚合物”与“全聚合物”两种。“半聚合物”是指在隔离膜上涂一层聚合物(一般是PVDF),使电芯的粘合力更强,电池可以做得更硬,其电解质仍然是液态电解液。

而“全聚合物”是指使用聚合物在电芯内部形成凝胶网络,然后再注入电解液形成电解质。虽然“全聚合物”电池仍然要使用液态电解液,但用量要少很多,这对锂离子电池的安全性能有极大的提高。据笔者所知,现在只有SONY在量产“全聚合物”锂离子电池。

从另一个方面来说,聚合物电池是指使用铝塑包装膜作为外包装的锂离子电池,也就是俗称的软包电池。这种包装膜由三层构成,分别是PP层、Al层与尼龙层,由于PP与尼龙是聚合物,所以这种电芯被称为聚合物电池。

1、价格更低

18650的国际价格大约在1USD/pcs,按照2Ah来计算的话大约合3RMB/Ah。而聚合物锂电的价格,低端的山寨厂在4RMB/Ah,中端的在5~7RMB/Ah,中高端的在7RMB/Ah以上。像ATL、力神这种的,一般都能卖到10RMB/Ah左右,而且你单小了人家还不愿意接。

2、不可定做

SONY一直想把锂离子电池做成像碱性电池一样,有一定的工业标准,就像5号电池、7号电池,全世界基本上都一样。但由于锂离子电池的一大优点就是可以根据客户的需求进行外形设计,不可能有一个统一的标准,所以到现在锂离子电池工业界基本上只有18650这一个标准型号,其他的都是根据客户需求进行设计的。

3、安全性差

我们知道锂离子电池在极端情况下(如过充、高温等),内部会发生剧烈的化学反应,产生大量的气体。18650电池使用的是金属外壳,有一定的强度,当内部气压达到一定的时候钢壳会破裂爆炸,发生极恐怖的安全事故。

这也是为什么测试18650电池的房间一般都必须用层层保护,而且测试时绝对不能进人。聚合物电池就不存在这个问题,即使同样在极端情况下,由于包装膜强度较低,只要气压稍高就会破裂,不会产生爆炸,最最恶劣的情况就是燃烧。所以从安全性上来说聚合物电池要优于18650电池。

就种类而言锂电池有锂离子电池,磷酸铁锂电池,三元锂电池,聚合物锂电池,镍钴锂等等多个种类。除了聚合物锂电池外,三元锂和磷酸铁锂在市面上应用较为广泛的。就锂电池来说,动力型领域和储能型领域(消费型领域是聚合物锂电池),电芯为18650电池,直径18mm,高65mm。

锂离子电池开路电压与电池容量的对应关系分析,先给出一个表格:如下,百分比是电池的剩余容量,右侧是对应的电池的开路电压(OCV)。

100%----4.20V

90%-----4.06V

80%-----3.98V

70%-----3.92V

60%-----3.87V

50%-----3.82V

40%-----3.79V

30%-----3.77V

20%-----3.74V

10%-----3.68V

5%------3.45V

0%------3.00V

但是锂离子电池有一个对电量计量很有用的特性,就是在放电的时候,电池电压随电量的流逝会逐渐降低,并且有相当大的斜率。这就提供给我们另外一种近似 的电量计量途径。取电池电压的方法。就好像测量水箱里面的水面高度可以大概估计剩余的水量这个道理一样。但是实际上电池的电压比水箱里面的平静的水面高度 测量要复杂的多。

常见的18650电池分为锂离子电池、磷酸铁锂电池。锂离子电池电压为标称电压为3.7v,充电截止电压为4.2v,磷酸铁锂电池标称电压为3.2V,充电截止电压为3.6v,容量通常为1200mAh-3350mAh,常见容量是2200mAh-2600mAh。

18650型电芯是目前移动电源、笔记本电池等最常用的电芯之一,常见形态是直径18mm,长度65mm的圆柱型电芯。市面上的锂 电池最为常见的是Cylindrical(圆柱)封装方式,此类在笔记本、强光手电筒领域应用最广,如此封装的好处是规格统一,方便自动化、规模化生产; 此外还有Prismatic(方形)软包封装,常见于手机和平板电脑,这类封装最直接的好处是轻薄,便于控制产品的厚度。

安全阀是每一颗18650电芯的标配,也是最重要的一道防爆屏障,没有之一。安全阀的工作原理:当电池内部温度异常,气压升高到1.0-1.2Mpa时,安全阀开启排除内部气体,避免压力过高造成爆炸。而Prismatic方形软包封装的电芯,内部气压升高时,最常见的是“怀孕”鼓包现象。

 

这里科普一下电芯内部的正极。现在市面上常见的2000-3000mAh容量的三星、松下、三洋、LG等电芯,内部正极材料已经从第一代LiCoO2钴酸锂,全面升级为三元材料,化学名为LiNi-Co-MnO2镍钴锰。带来的直接好处:使用寿命更长、更安全、性能更好。说到这,Prismatic方形软包封装的手机平板电芯,用的也是LiNi-Co-MnO2镍钴锰材料,只是跟18650的Cylindrical封装方式不同而已。