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鋰離子電池

來(lái)源:藍(lán)泰陽(yáng)作者:admin瀏覽次數(shù):2515發(fā)布時(shí)間:2023-02-21 20:19:08

鋰離子電池

基于德州大學(xué)奧斯汀分校 John Goodenough 教授的研究,索尼公司在 1991 年將鋰離子電池商業(yè)化。迄今為止,離子電池已經(jīng)成為世界上產(chǎn)量最大的電池。在2013 年,離子圓柱形電芯生產(chǎn)量約6.6億AH(安時(shí)),軟包電芯高達(dá)7億AH(安時(shí))

由于能量密度高,鋰離子電池很快成為小型電子器件電源的最佳選擇。這也就意味著,提供同樣的能量,鋰離子電池只需要鎳氫電池一半的體積和重量。在移動(dòng)電源方面,比如手機(jī)、筆記本電腦,高能量密度意味著更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。鋰離子電池是如何工作的呢? 事實(shí)上,和其他電池一樣,鋰離子電池也需要集流體,離子也隨充放電過(guò)程在正負(fù)極之間傳輸。在鋰離子電池中,充放電過(guò)程中伴隨著能量流的形成: 充電過(guò)程,鋰離子從正極脫嵌,經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極: 放電時(shí),鋰離子從負(fù)極脫嵌,經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入正極(見圖 7.3)。離子電池充放電這一點(diǎn)和常識(shí)相反: 放電時(shí),離子從負(fù)極傳輸?shù)秸龢O。圖7.3為充電過(guò)程示意圖,離子從正極材料進(jìn)入電解液,經(jīng)過(guò)隔膜再進(jìn)入電解液,最后從電解液進(jìn)入負(fù)極。這個(gè)過(guò)程在負(fù)極銅箔和正極集流體之間產(chǎn)生電壓差。

         

相對(duì)于鎳基電池和鉛酸電池,鋰離子電池具有較高的工作電壓。通常情況下,鎳氫電池和鎳隔電池的工作電壓為1.2~1.5 V,而離子電池的工作電壓一般為3.2~3.8 V。工作電壓高就意味著達(dá)到相同的組裝電壓,鋰離子電池需要更少的電芯。例如組裝350V電壓的模組,鎳氫電池需要約292 塊電芯(350V/1.2V=292),然而鋰離子電池僅需要98塊(350V/3.6V=98)。

    除高壓與高能量密度以外,鋰離子電池還具有較低的自放電率。也就是說(shuō),電池儲(chǔ)存一段時(shí)間后,鋰離子電池的容量損失要比別的電池少很多。根據(jù)鋰離子電池類型不同,其平均每月自放電率大約為1%一5%容量損失分為兩種: 可逆性容量損失和永久性容量損失。可逆性容量損失通過(guò)充電可恢復(fù),而永久性容量損失則無(wú)法恢復(fù)。幾乎所有的鋰離子電池都有可逆性和永久性容量損失。

另外,相對(duì)于其他電池,鋰離子電池具有非常好的循環(huán)壽命。鉛酸電池的完全充放電循環(huán)壽命約為 300~500 圈,而離子電池則達(dá)上千次。如果電池每次僅用80%的總能量,則鋰離子電池的循環(huán)壽命可高達(dá)數(shù)千次。

表 7.5 總結(jié)了目前最常用到的鋰離子電池種類、電化學(xué)性能和價(jià)格等信息,包括鎳鉆錳三元材料(NMC)電池、鎳鉆鋁三元材料(NCA)電池磷酸鐵鋰(LFP)電池、鈦酸鋰(LTO)電池、錳酸鋰(LMO)電池以及鈷酸鋰(LCO)電池

鋰離子電池電芯的組成較少,只有五部分,與電芯相關(guān)的材料約10~20種(見圖 7.4)。電池包括正極材料、負(fù)極材料以及相對(duì)應(yīng)的集流體,正負(fù)極之間通過(guò)隔膜隔離,其主要成分為聚丙烯和聚乙烯塑料。正負(fù)極材料涂覆在集流體上與隔膜通過(guò)卷曲或疊片形成卷芯,然后裝進(jìn)金屬殼或塑料膜內(nèi),再經(jīng)過(guò)電解液注入等工序后便將金屬殼或者塑料膜完全密封,隨后便可移至下一個(gè)電芯工序。圖 7.5 顯示了鋰離子電池的主要部件與成本的關(guān)系。

表7.5不同鋰離子電池參數(shù)

 

磷酸鐵鋰離子電池

錳酸鐵鋰離子電池

鈦酸鐵鋰離子電池

鈷酸鐵鋰離子電池

鎳鈷鋁三元鋰離子

鎳鈷錳三元鋰離子電池

英文縮寫

LFP

LMO

LTO

LCO

NCA

NMC

比能量

80~130

105~120

70

120~150

80~220

140~130

能量密度

220~250

250~265

130

250~450

210~600

325

比功率(Wkg)

1400~2400

1000

750

600

1500~1900

500~3000

功率密度

4500

2000

1400

1200~3000

4000~5000

6500

電芯電壓

3.2~3.3

3.8

2.2~2.3

3.6~3.8

3.6

3.6~3.7

循環(huán)壽命

1000~2000

>500

>4000

>700

>1000

>1000~4000

自放電

<1%

5%

2%~10%

1%~5%

2%~10%

1%

成本價(jià)格

400~1200

400~900

600~2000

250~450

600~1000

500~900

工作溫度

-20~60C

-20~60C

-40~55C

-20~60C

-20~60C

-20~55

 

 

 

 

 

 

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