鋰電池和鉛酸電池的性能及壽命的比較，提升鋰離子電池過充安全的小技巧！
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-14 13:16
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自從上世紀(jì) 60 年代爆發(fā)全球石油危機(jī)以來 ,人們開始積極地尋找新能源來緩解傳統(tǒng)化石能源枯竭帶來的巨大壓力 。鋰電池由于其顯著的優(yōu)點(diǎn) , 如能量密度高 、 電壓高 、 工作溫度范圍寬 、 壽命長等 ,受到越來越多科研工作者的關(guān)注與重視 。 在過去的十幾年中 ,鋰電池已經(jīng)在一次和二次電池市場(chǎng)中占據(jù)了主導(dǎo)地位 ,被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備 ,特別是移動(dòng)電話 、 筆記本電腦以及數(shù)碼相機(jī)等 。 此外 ,鋰電池還是電動(dòng)汽車最有吸引力的高能動(dòng)力來源之一 。
鋰電池將在 21 世紀(jì)的能源領(lǐng)域扮演更加重要的角色 。在鋰電池的開發(fā)與研究中 ,鋰電池的電極材料 ,特別是正極材料 , 成為研究中最重要的組成部分之一 ,因?yàn)殇囯姵氐奶匦詮谋举|(zhì)上來說是由電池采用的電極材料決定的。
高性能的鋰電池正極材料應(yīng)當(dāng)滿足以下要求
(1) 很高的理論能量密度 ;
( 2) 良好的電解液相容性 ;
( 3) 廉價(jià) , 適用于大規(guī)模生產(chǎn) ;
(4) 無毒 ,對(duì)環(huán)境友好 ;
( 5) 優(yōu)良的物理性質(zhì) , 如不易燃燒 。
現(xiàn)在市場(chǎng)上普遍使用的鋰電池正極材料 ( 如LiCoO2) 的工作電壓平臺(tái)主要在 3 — 4V ,無法應(yīng)用于為傳統(tǒng)的 115V 電池 ( 如 Zn P HgO 、 Zn P Ag2 O 、 Zn P MnO2)操作設(shè)計(jì)的設(shè)備上 。
因此 , 科研工作者不斷尋找和開發(fā)工作電壓為 115V 的正極材料 , 包括 CuO 、 FeS 、FeS 2 、 Pb3 O4 、 Bi2 O3 和 Bi2 Pb2 O5 。 其中 ,FeS 2 作為鋰電池的正極材料 ,展現(xiàn)出許多顯著的特性 ,如很高的理論一次放電比容量 ( 超過 890mAh P g) 、 對(duì)環(huán)境友好( FeS 2 中的 Fe 元素和 S 元素均無毒性) 以及價(jià)格低廉 ( 天然 FeS 2 礦石非常豐富) 。 此外 ,Li P FeS 2 電池的工作電壓平臺(tái)為 115V , 能夠方便地替代傳統(tǒng)電池 ,廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備中 。
一般用的電池有3種，鉛蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池。鉛蓄電池是電動(dòng)車常用的電池，缺點(diǎn)是重量較大、壽命斷、有記憶效應(yīng)，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低。
鋰離子電池是一般手機(jī)常用的電池，優(yōu)點(diǎn)是重量輕、容量大、壽命長、無記憶效應(yīng)，缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差(就是安全問題了)。鎳氫電池應(yīng)該界與兩者之間。由于電動(dòng)車用的電壓和電流都很高，本來鋰離子電池是最好的選擇，但由于安全問題，一直很難運(yùn)用成功，只有一些國外大廠，通過改變內(nèi)部成分、增加保護(hù)電路的方法，較好的解決了問題。所以如果你要購買鋰電池的電動(dòng)車，一定要看看電池的生產(chǎn)商。
平時(shí)所說的鋰電池實(shí)際是鋰離子電池，常見的簡(jiǎn)單說分鈷鋰、錳鋰和鐵鋰，以前說鋰電池的安全問題是指鈷鋰，但是經(jīng)過技術(shù)不斷進(jìn)步，目前的錳鋰和鐵鋰完全能保證安全問題，否則我們身邊的電動(dòng)工具、IT產(chǎn)品等使用鋰電的商品大部分不都成了定時(shí)炸彈了么?尤其是鐵鋰電池將是未來幾年電動(dòng)汽車最可能使用的高效電池，比如比亞迪推出的電動(dòng)汽車用的“鐵電池”其實(shí)就是鐵鋰電池。鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，錳鋰電池循環(huán)壽命達(dá)到500-800次，鐵鋰電池循環(huán)壽命達(dá)到2000次,東芝新出的鋰電能達(dá)到5000次以上。
鉛酸電池的充電時(shí)間一般為6-8小時(shí)以上，鋰電池使用專用充電器，充電時(shí)間只需2-3小時(shí)，東芝新鋰電充電幾分鐘就能恢復(fù)90%的電量。
48V10Ah鉛酸電池約有17公斤重，而相同容量鋰電池僅為3-5公斤。
鉛酸電池在冬季容量會(huì)下降40%以上，鋰電池的具有良好的溫度適用性，即使在-20℃的冬季，其容量下降不超過15%。
鉛的的危害就不多說了，鋰電池在生產(chǎn)及使用中，不會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染。
最重要的成本問題，實(shí)際上鋰電成本不比鉛酸成本貴很多，在小型儲(chǔ)能電池使用情況下，鋰電比鉛酸更具競(jìng)爭(zhēng)力。目前鋰電昂貴的原因是因?yàn)槠浼夹g(shù)還在不斷進(jìn)步，舊的生產(chǎn)工藝淘汰迅速，廠家為在短時(shí)間收回成本，必定有比其它行業(yè)更高的利潤率，當(dāng)技術(shù)發(fā)展成熟，產(chǎn)業(yè)規(guī)模形成，鋰電的價(jià)格一定會(huì)比鉛酸還便宜。
當(dāng)然技術(shù)在不斷進(jìn)步，鉛酸于鋰電的取代問題并不是未來電池的方向，鋰電并不是革命性的技術(shù)進(jìn)步，科學(xué)界更傾向于燃料電池的方向，在可預(yù)見的未來，燃料電池可能將是人類儲(chǔ)能方式最理想的解決方案。
鋰離子電池是一種高容量，循環(huán)壽命長的新型能源，它有著廣泛的使用范圍。但鋰離子電池在 過充時(shí)存在爆炸、燃燒等不安全隱患，同時(shí)，處于過充狀態(tài)的炭負(fù)極表面也會(huì)因金屬鋰的沉積而降 低其安全性[1]，甚至最終導(dǎo)致電池的爆炸。因此如何提高鋰離子電池的過充安全性一直是研究的重 點(diǎn)。深圳蒲迅電池分析鋰離子電池內(nèi)部各個(gè)部分的過充安全性的提高方法。
1、電極
對(duì)鋰離子電池的正負(fù)極而言，開發(fā)出耐過充的正負(fù)極是提高安全性的一個(gè)重要方面。仇衛(wèi)華 等采用固相法合成一系列的LiCoxNii,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ni/Co比為8: 2時(shí)，具有良好的耐過充性能。萬新華等鋰鈷氧包埋鎳酸鋰組裝AA型鋰離子電池發(fā)現(xiàn)其耐過充性遠(yuǎn)高于鈷酸鋰。
另一種針對(duì)電極的過充保護(hù)方法是在集流體和活性物質(zhì)之間涂布一層PTC涂層，當(dāng)電池內(nèi)部溫 度過高時(shí)，PTC層受熱解離，活性物質(zhì)從機(jī)片上脫離從而防止電池的進(jìn)一步過充。
2、電活性聚合物膜過充保護(hù)機(jī)制
電活性聚合物過充保護(hù)機(jī)制是利用某些聚合物再摻雜和脫摻雜過程中電導(dǎo)率的顯著變化來實(shí)現(xiàn) 的。它能夠在不影響其它電池正常運(yùn)行的前提下，對(duì)處于過充狀態(tài)的某個(gè)電池起到過充保護(hù)的作用； 而在整體正常工作的時(shí)候，受到保護(hù)的電池又能夠恢復(fù)正常運(yùn)行。Karen E. Thomas-Alyea的研究 表明，采用丁基噻吩（poly (3 — butylthiophene) P3BT)制成的電活性聚合物膜能在不影響電池性能的前提下，為鋰離子電池提供躍4.2v左右的可逆過充保護(hù)。
3、針對(duì)電解液的過充保護(hù)
在鋰離子電池電解中加入適當(dāng)適量的添加劑，就能對(duì)鋰離子電池起到過充保護(hù)的作用。目前研 究比較多的是氧化還原電對(duì)添加劑和電聚合物添加劑。二茂鐵及其衍生物[，Dihydrophenazine衍 生物，咪唑鈉、二甲基溴代苯都屬于氧化還原電對(duì)。聯(lián)苯、環(huán)己苯、噻吩，呋喃，二氯苯甲醚和三 氟甲氧基苯都能夠在一定電壓下聚合，為鋰離子電池提供保護(hù)。
上海寶鄂實(shí)業(yè)有限公司擁有一支從事鋰電池多年、經(jīng)驗(yàn)豐富的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，我們時(shí)刻關(guān)注著鋰電池在各領(lǐng)域的最新發(fā)展和應(yīng)用，并不斷為客戶研發(fā)出“先進(jìn)、安全、穩(wěn)定”的鋰電池方案，提供包括18650鋰電池、26650鋰電池和鐵鋰電池等多種鋰電池服務(wù)。
