锂电池的介绍

钻石92A5
2021-03-21
分类: 新能源汽车
标签: 锂电池 电池技术
老顽童孙宗炎
2021-03-22

答:最早的锂电池发明在上世纪七十年代,但锂是非常活泼的金属,因而安全性差,很容易起火或爆炸而搁置,无法推出产品。直到1991年日本索尼公司搞了锂离子电池才使锂电池逐步走上商用化之路。
锂离子电池是用一些不太活泼的金属来中和金属锂的活性,不使用金属锂而使用钴酸锂(LiCoO2),解决了金属锂太活泼的问题。锂离子电池具有容量大(200Wh/Kg,铅酸电池才40Wh/Kg),自放电小(0.1%/天,而铅酸电池1%/天),单格电势高(3.6V,铅酸电池2.0V),寿命较长(800次充放电循环)等优点,很受小型移动设备,如照相机、摄像机、手机、笔记本电脑的欢迎。但由于安全性差,不能制成大型,不能用于电动汽车上。
锂离子电池还有锂聚化物电池,就是电池的正极、负极或隔膜中其一或其二使用高分子聚化物制成,这种电池可以软包装(使用铝塑复合材料做外壳),因此避免了爆炸,可以做成任意形状,最薄可实现0.5mm,但聚化物电池和锂离子电池的工作原理是一样的,都是不依靠分解金属来产生电能,充电时,锂离子从正极通过电解液和多孔隔膜跑到负极去,放电时再回来。
为解决安全性问题和降低成本,1996年日本研制成功锰酸锂(LiMn2O4)电池,相对于锂离子的钴酸锂(LiCoO2)电池,安全性好很多,由于不再使用价格昂贵的“钴”,成本也下降不少。但缺点是容量和寿命均下降了四分之一,只有150Wh/Kg,600次循环。
人们发现使用镍代替钴不但可以降低成本,还可以提高容量,但寿命会下降很多,人们实验着用镍、钴、锰三种金属按不同比例,经过多次实验,于2008年制成了镍钴锰酸锂(LiNiMnCoO2)电池,这就是大名鼎鼎的“三元锂电池”。
三元聚化物锂电池的优点是:容量大(220Wh/Kg),单格电压也是3.6V,寿命比钴酸锂电池长一倍,可达1500次循环。安全性较好,低温下仍能输出电能(-5°C,可输出90%的电量,-15°还有75%的电量);成本也较低。具有综合性价比最高,目前,绝大部分电动轿车都是使用的这种锂电池。
还有另外一种三元锂电池是镍钴铝酸锂(LiNiCoAlO2)电池,这种电池具有最大的比容量(260 Wh/Kg),但寿命只有500次循环,安全性也不大好。
以上四种锂电池(钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂)的安全性都不是非常好,在高温、大负荷、短路、碰撞、过充电这些极端的情况下,容易发生起火或爆炸等事故。为了避免以上事故的发生,人们研制了两种安全性很好的锂电池:
磷酸铁锂(LiFePO4)电池,这种电池的优势是:成本低,它既不用钴,又不用镍。除了必须的锂之外,只是用了很便宜的铁和磷,这就大大降低了成本。另一个优点是:寿命长,一般可达2000次循环,最重要的优点是:安全性很好,在极端情况下也不会自燃和爆炸。被广泛使用在大型客车和公交车上。
但磷酸铁锂电池也有弱点:单格电压低,只有3.2V;容量只有150Wh/Kg;低温性能很差,在摄氏零下10度的环境中,经过100次充放电,容量会降低到初始值的七分之一,基本就报废了。所以不能在我国东北地区使用,只能用在我国南方。另外,制造的工艺学也不好,使电池的一致性差,制成电池组后循环寿命只有700次左右(容量不相同的电池串联或并联,容量小的最先损坏)。
钛酸锂(Li4Ti5O12)电池,这种电池是比较安全的锂电池,寿命也最高,可达5000次循环充放电。但缺点是:单格电压最低,只有2.4V,容量也最小,容量70Wh/Kg,只是比酸铅电池大一点点而已。
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