什么是汽車(chē)蓄電池，汽車(chē)蓄電池能一般使用多長(zhǎng)時(shí)間？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-30 11:40
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汽車(chē)的蓄電池是汽車(chē)上一件十分重要的電器元件，蓄電池是電池中的一種，它的作用是能把有限的電能儲(chǔ)存起來(lái)，在合適的地方使6V4AH應(yīng)急燈蓄電池用。工作原理就是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。
蓄電池的設(shè)計(jì)壽命是27個(gè)月，影響蓄電池壽命的幾個(gè)因素是：車(chē)況、路況、駕駛員的習(xí)慣 一般車(chē)越新電池越省、因?yàn)轳R達(dá)好用省電池、發(fā)電機(jī)好用蓄電池能充分的充電、車(chē)舊了以后、尤其是那兩個(gè)大件馬達(dá)發(fā)電機(jī)更換以后，由于市場(chǎng)上這兩種產(chǎn)品的原廠貨和翻新貨差價(jià)巨大、所以車(chē)主很容易不換原廠配件、之后蓄電池就比較容易壞了。
如果達(dá)到或接近這個(gè)時(shí)限并且有如下現(xiàn)象的建議更換。 可打開(kāi)前大燈進(jìn)行檢查。如燈光白亮，則表明電池正常；如果燈光紅暗，則表示電力不足。接通起動(dòng)機(jī)，若轉(zhuǎn)速正常，燈光雖稍變暗，但仍有足夠的亮度，則說(shuō)明電池良好，充電較足；如果起動(dòng)機(jī)顯得無(wú)力，且燈光變得很暗，說(shuō)明電池過(guò)度放電，應(yīng)立即充電保養(yǎng)或更換。 喇叭在不著車(chē)的時(shí)候聲音比較小、說(shuō)明蓄電池的電力比較弱了。
蓄電池的保養(yǎng)與更換需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：一、汽車(chē)長(zhǎng)久不用，蓄電池它會(huì)慢慢自行放電。因此，每隔一段時(shí)間就應(yīng)啟動(dòng)一次汽車(chē)，給蓄電池充充電。二、蓄電池液面進(jìn)行檢查，液面與蓋的距離是15毫米，液面低時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充蒸餾水，切忌用飲用純凈水代替，因?yàn)榧儍羲泻卸喾N微量元素，對(duì)蓄電池會(huì)造成不良影響，這樣會(huì)影響電瓶的使用壽命。三、在啟動(dòng)汽車(chē)時(shí)，不間斷地使用啟動(dòng)機(jī)會(huì)導(dǎo)致蓄電池因過(guò)度放電而損壞。正確的使用辦法是每次發(fā)動(dòng)車(chē)的時(shí)間總長(zhǎng)不超過(guò)5秒，再次啟動(dòng)間隔時(shí)間不少于15秒。在多次啟動(dòng)仍不著車(chē)的情況下應(yīng)從電路、點(diǎn)火線(xiàn)圈或油路等其他方面找原因。四、保持蓄電池表面清潔，日常行車(chē)時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查蓄電池蓋上的小孔是否通氣，倘若蓄電池蓋小孔被堵，產(chǎn)生的氫氣和氧氣排不出去，電解液膨脹時(shí)，會(huì)把蓄電池外殼撐破，影響蓄電池壽命。五、檢查電池的正、負(fù)極有無(wú)被氧化的跡象，可以用熱水時(shí)常澆電瓶的電線(xiàn)連接處。六、蓄電池的壽命一般為2至3年，所以，蓄電池的新與舊也影響著持續(xù)供電時(shí)間的長(zhǎng)短。如果用戶(hù)私自加裝一些原來(lái)沒(méi)有的電器，如低音炮等，就會(huì)造成蓄電池的過(guò)度使用。如果蓄電池老舊，工作時(shí)間最好不要超過(guò)2小時(shí)。
汽車(chē)蓄電池需要保養(yǎng)的其實(shí)不多，簡(jiǎn)單的方面包括：固定好電池，并把接線(xiàn)樁固定好。保持電池清潔。經(jīng)常檢查液面，當(dāng)?shù)陀谝?guī)定高度時(shí)，加純潔水（理論上說(shuō)用蒸餾水，但實(shí)際上都是用的普通水，沒(méi)有什么影響）。如果是漏液了，則去電池店加適當(dāng)濃度的硫酸。以上只是物理檢查。更重要的是電路的檢查，尤其是充電電路。電瓶最怕缺電或過(guò)充電，因此，保證充電電路的正常，是維護(hù)電瓶的一個(gè)重要方面。再就是不能有短路，過(guò)放電會(huì)損壞電池或是引起事故。
綠色”的能量?jī)?chǔ)運(yùn)體系已成為當(dāng)前能源領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)，鋰電作為其中重要的一個(gè)分支，其性能的提升是科研工作者關(guān)注的重點(diǎn)。隨著研究的不斷發(fā)展，高性能鋰電電極材料層出不窮。實(shí)際應(yīng)用中，所制備材料性能無(wú)法完全發(fā)揮是制約其實(shí)現(xiàn)高能量密度、高功率密度的關(guān)鍵。石墨烯的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高比表面積、等諸多優(yōu)良特性，一定程度上對(duì)解決該問(wèn)題有著非常重要的理論和工程價(jià)值。石墨烯在用作鋰離子電池正負(fù)極材料方面具有以下優(yōu)勢(shì)：
1） 石墨烯具有超大的比表面積（2630 m2/g），可降低電池極化，從而減少因極化造成的能量損失。
2） 石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱特性，即具備良好的電子傳輸通道和穩(wěn)定性。
3） 石墨烯片層的尺度在微納米量級(jí)，遠(yuǎn)小于體相石墨的，這使得Li+在石墨烯片層之間的擴(kuò)散路徑縮短；片層間距的增大也有利于Li+的擴(kuò)散傳輸，有利于鋰離子電池功率性能的提高。
石墨烯電池的原理是什么？石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用
下文主要總結(jié)了石墨烯在鋰電正負(fù)極電極材料中的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。
1. 石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用
石墨烯直接作為鋰離子電池負(fù)極材料
石墨烯直接儲(chǔ)鋰的優(yōu)點(diǎn)：1） 高比容量：鋰離子在石墨烯中具有非化學(xué)計(jì)量比的嵌入−脫嵌，比容量可達(dá)700~2000 mAh/g；2） 高充放電速率：多層石墨烯材料的層間距離要明顯大于石墨的層間距，更有利于鋰離子的快速嵌入和脫嵌。大多研究也表明，石墨烯負(fù)極的容量有540 mA·h/g左右，但由于其表面大量的含氧基團(tuán)充放電過(guò)程中分解或與Li+發(fā)生反應(yīng)造成電池容量的衰減，其倍率性能也受到較大影響。
雜原子的摻雜帶來(lái)的缺陷會(huì)改變石墨烯負(fù)極材料的表面形貌，進(jìn)而改善電極-電解液之間的潤(rùn)濕性，縮短電極內(nèi)部電子傳遞的距離，提高Li+在電極材料中的擴(kuò)散傳遞速度，從而提高電極材料的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性。例如摻雜的N、B原子可使石墨烯的結(jié)構(gòu)發(fā)生形變（圖1），在50 mA/g倍率下充放電，容量為1540 mAh/g，且摻雜N、B 后的石墨烯材料可以在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速充放電，在快速充放電倍率為25A/g下，電池充滿(mǎn)時(shí)間為30s［2］。
石墨烯電池的原理是什么？石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用
但石墨烯材料直接作為電池負(fù)極仍然存在一些缺點(diǎn)，包括：1）制備的單層石墨烯片層極易堆積，比表面積的減少使其喪失了部分高儲(chǔ)鋰空間；2）首次庫(kù)倫效率低，一般低于 70%。由于大比表面積和豐富的官能團(tuán)，循環(huán)過(guò)程中電解質(zhì)會(huì)在石墨烯表面發(fā)生分解，形成SEI 膜；同時(shí)，碳材料表面殘余的含氧基團(tuán)與鋰離子發(fā)生不可逆副反應(yīng)，造成可逆容量的進(jìn)一步下降；3）初期容量衰減快；4）電壓平臺(tái)及電壓滯后。因此，為解決存在的這一系列問(wèn)題，將石墨烯和其他材料進(jìn)行復(fù)合制作成石墨烯基復(fù)合負(fù)極材料成為現(xiàn)在鋰電池研究的熱點(diǎn)和鋰電負(fù)極材料發(fā)展的一個(gè)方向。
石墨烯電池的原理是什么？石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用
石墨烯與過(guò)渡金屬氧化物復(fù)合
過(guò)渡金屬氧化物是具有廣泛應(yīng)用前景的鋰電池負(fù)極材料。過(guò)渡金屬氧化物有很大的比表面積，具有較高的理論儲(chǔ)鋰容量（大于600mAh/g）、較長(zhǎng)的循環(huán)性能以及較好的倍率性能。然而，過(guò)渡金屬氧化物的低電導(dǎo)率以及Li+在嵌入和脫嵌過(guò)程中引起的體積效應(yīng)導(dǎo)致其作為鋰離子電池負(fù)極材料性能的下降和不穩(wěn)定。有石墨烯添加的過(guò)渡金屬氧化物，兩種材料優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作為鋰離子電池的負(fù)極材料具有較理想的容量。其優(yōu)點(diǎn)可歸納為：1） 石墨烯分子可以有效地避免過(guò)渡金屬氧化物在充放電循環(huán)中的團(tuán)聚；2） 石墨烯可提高過(guò)渡金屬氧化物材料的電導(dǎo)率，柔韌卷曲的片層結(jié)構(gòu)可以有效地緩解充放電過(guò)程中的體積膨脹，從而維持電極材料的穩(wěn)定；3） 過(guò)渡金屬氧化物的加入，則有效地避免了石墨烯片層間的團(tuán)聚，保持了石墨烯材料的高比表面積，其表面的活性位點(diǎn)可提供額外的儲(chǔ)鋰空間。 石墨烯/Co3O4復(fù)合材料是該類(lèi)復(fù)合負(fù)極材料的典型代表，縮小Co3O4的尺寸或?qū)κ┻M(jìn)行雜原子摻雜可有效提高該類(lèi)材料的電化學(xué)性能。N-摻雜石墨烯材料中吡啶氮和嘰咯氮有利于Co3O4的生長(zhǎng)，且有利于金屬氧化物納米顆粒的分散從而降低石墨烯的含氧量，避免了不可逆副反應(yīng)的發(fā)生，從而使首次充放電庫(kù)倫效率提高［3］。
為避免粘結(jié)劑、集流體的使用影響材料的導(dǎo)電性及容量性能，有研究者將直接生長(zhǎng)在泡沫狀石墨烯納米模板上的MnO2納米薄片制成電極，用作鋰電負(fù)極［4］。由圖3可看出，生長(zhǎng)在石墨烯薄片上的MnO2 骨架呈花瓣?duì)?，?fù)合材料擁有更大的比表面積。增大了電極與電解液間有效的接觸面積的同時(shí)在充放電過(guò)程中可提供更多的活性位點(diǎn)，從而使其容量性能、倍率性能以及循環(huán)性能都有了大幅度的提升。在500 mA/g 的電流密度下循環(huán)300次后，容量為1200 mAh/g。
石墨烯與硅基、錫基材料復(fù)合
硅基、錫基材料擁有很高的理論比容量，但Li+在其中嵌入、脫出時(shí)，電極材料體積變化明顯，反復(fù)充放電后電極材料容易粉化脫落，從而降低電池容量。
對(duì)于SnO2來(lái)說(shuō)，碳納米材料的報(bào)復(fù)可有效解決其體積膨脹的問(wèn)題，且阻止材料納米顆粒團(tuán)聚的同時(shí)提高了材料導(dǎo)電性，從而發(fā)揮出高容量的潛能。例如石墨烯包覆夾層結(jié)構(gòu)SnO2材料［5］，其獨(dú)特的“三明治”結(jié)構(gòu)提高了電極材料的穩(wěn)定性且能最大化利用SnO2分子的比表面積，避免了SnO2分子的團(tuán)聚，緩解了體積膨脹。石墨烯夾層的引入加強(qiáng)了納米分子間的相互聯(lián)系，從而避免了導(dǎo)電添加劑和粘結(jié)劑的使用。石墨烯/SnO2球狀顆粒復(fù)合材料的首次放電容量為1247 mAh/g，較石墨烯/SnO2納米片層材料提升了41.06%。
硅基類(lèi)材料的理論比容量高達(dá)4200 mAh/g，其較低的放電電壓平臺(tái)，高自然儲(chǔ)量，使其成為具有極好應(yīng)用前景的負(fù)極材料。但其在充放電過(guò)程中體積效應(yīng)嚴(yán)重，造成材料的循環(huán)穩(wěn)定性差。同錫基材料類(lèi)似，石墨烯的引入可有效控制硅基材料的體積膨脹，使Si 負(fù)極材料倍率性能得到一定的改善。
石墨烯包覆納米硅（GS-Si）復(fù)合材料不僅容量高，而且具有較好的循環(huán)性能。從其掃描電鏡及透射電鏡圖中可以看到，石墨烯構(gòu)成具有內(nèi)部空腔的三維立體導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，將硅粉很好地包裹在其內(nèi)部空腔內(nèi)。該材料在200 mA/g 電流密度下進(jìn)行恒流充放電測(cè)試，30次循環(huán)后容量仍能保持在1502 mAh/g，容量保持率高達(dá)98%［6］。
但石墨烯材料的化學(xué)惰性使得其與Si基材料之間的作用力很弱，在經(jīng)過(guò)數(shù)次的充放電循環(huán)后，Si-C結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)了粉化和崩塌。有研究發(fā)現(xiàn)石墨烯中那些由于晶體生長(zhǎng)、高能粒子轟擊或化學(xué)處理所產(chǎn)生的單空位缺陷、雙空位缺陷以及Stone-Wales 缺陷可以大幅度提高石墨烯/Si分子間的結(jié)合能，使復(fù)合材料的穩(wěn)定性更好?？桃獾刂圃爝@類(lèi)缺陷會(huì)提高石墨烯材料與Si之間的結(jié)合力，而且空位缺陷可以提供額外的儲(chǔ)鋰活性位點(diǎn)，從而更好地提高電極材料的容量。另一種解決這一問(wèn)題的方法是在Si分子、石墨烯片層間生長(zhǎng)納米碳，這種方式使得石墨烯納米片和Si 基間搭建了穩(wěn)定的導(dǎo)電橋梁，這種穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)既減少了Li+嵌入、脫出過(guò)程中產(chǎn)生的體積效應(yīng)，避免電極材料的破碎，又保持了SEI 膜的穩(wěn)定性，在充放電過(guò)程中避免了過(guò)高的容量衰減，對(duì)Si基材料容量的提高有很大幫助。
2. 石墨烯復(fù)合正極材料
石墨烯與聚陰離子型正極材料的復(fù)合
尖晶石型的LiMn2O4以及橄欖石型的LiFePO4是目前實(shí)際應(yīng)用較為廣泛的鋰電池正極材料。但這類(lèi)材料的電子傳導(dǎo)性差、Li+遷移過(guò)慢、大倍率充放電下電極與電解液間的電阻率大。一些研究中，引入石墨烯材料為解決這些問(wèn)題帶來(lái)了可行的途徑。使用石墨烯改性的LiFePO4和LiMn2O4，電子的傳導(dǎo)率和倍率性能有了明顯提升。主要原因是石墨烯材料的使用大大縮短了鋰離子在正極材料中的擴(kuò)散路徑，同時(shí)復(fù)合材料內(nèi)部的高空隙率也為鋰離子提供了大量的可嵌入空間，儲(chǔ)鋰容量和能量密度得到提升。例如，碳包覆LiFePO4/石墨烯納米晶片（圖6）在17 mA/g 的電流密度下充放電循環(huán)100 次后，可逆儲(chǔ)鋰容量為158 mAh/g，庫(kù)倫效率高于97%。在60C下充放電后的可逆容量為83 mAh/g，該材料的倍率性能很優(yōu)異［7］。
石墨烯與釩系材料復(fù)合
釩系材料作為鋰電池正極材料成本低廉、電化學(xué)活性較高、能量密度高，受到了廣泛的關(guān)注和大量工作者的深入研究。然而，釩系材料倍率性能較差、電荷轉(zhuǎn)移電阻較高以及晶體結(jié)構(gòu)容易粉化等缺陷制約其在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。
其中VO5理論比容量（440 mAh/g）遠(yuǎn)高于現(xiàn)在商業(yè)化的鋰離子電池的正極材料，是具有很大潛力的鋰離子電池的正極材料。將VO5納米顆粒與石墨烯復(fù)合來(lái)解決釩系材料電導(dǎo)率低、鋰離子傳輸速率慢的的研究較多。引入石墨烯材料同時(shí)可以有效地解決其納米顆粒之間團(tuán)聚問(wèn)題，從而更有效地發(fā)揮VO5原有的高容量潛力。V2O5是另一種備受關(guān)注的釩系材料，與VO5原理相同，石墨烯的引入同樣可以提高其倍率性能。V2O5量子點(diǎn)/石墨烯納米復(fù)合材料（VQDG），如圖7所示。在電流密度為50、100、200、500 mA/g 充放電檢測(cè)，容量保持率分別為100%、96.92%、89.16%以及65.72%［8］。
3. 總結(jié)與展望
對(duì)于鋰電的負(fù)極材料而言，過(guò)渡金屬氧化物或具有前景的Si基材料進(jìn)行石墨烯摻雜后在比容量、電壓特性、內(nèi)阻、充放電性能、循環(huán)性能、倍率性能等電化學(xué)性能方面已經(jīng)表現(xiàn)出了優(yōu)異的特性。石墨烯基中雜原子摻雜引入了更多的表面缺陷，提高石墨烯材料的電導(dǎo)率，得復(fù)合材料擁有更優(yōu)良的性能。鋰電正極材料類(lèi)似，引入石墨烯材料到鋰離子電池正極材料系統(tǒng)可以提高正極材料的電導(dǎo)率，保護(hù)正極材料避免粉化、崩塌，抑制正極材料的溶解。
石墨烯在鋰電電極材料展現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)是該領(lǐng)域較為關(guān)注的一個(gè)方面，為使電極材料性能發(fā)揮其本身具有的高容量潛力該方法將是較為可行的方法。在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)單層或幾層石墨烯材料后，石墨烯將在鋰電領(lǐng)域大展拳腳。就目前的研究現(xiàn)狀而言，提高鋰電的功率、容量性能一方面應(yīng)該加強(qiáng)開(kāi)發(fā)具備高容量特性的新材料體系；另一方面，可通過(guò)構(gòu)建合理的材料結(jié)構(gòu)，如通過(guò)對(duì)材料的尺寸、形貌、表面缺陷等的調(diào)控改變材料的電化學(xué)性能，當(dāng)然電極材料本身的微觀結(jié)構(gòu)以及復(fù)合材料間相互作用如何影響材料電化學(xué)性能有待更深入的研究。
