常見的兩種高能綠色充電電池鋰離子電池和鎳氫蓄電池詳解
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-16 20:52
點(diǎn)擊量：次
本篇將對目前市面上最為常見的兩種高能綠色充電電池鋰離子電池和鎳氫蓄電池做一個系統(tǒng)的知識講解，以供大家對這兩種電池有個全面的了解以及在選購電池對比角度與電池使用注意方面做個參考。
一、定義
鋰離子電池（Li-ion Batteries）是以含鋰的化合物作正極，以炭材料為負(fù)極的堿性蓄電池。
鎳氫蓄電池（Nickel-Metal Hydride battery）正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)主要由貯氫合金制成的一種堿性蓄電池。
二、原理
鋰離子電池主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+ 在兩個電極之間往返嵌入(Intercalation)和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。
1、正極反應(yīng)：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。
充電時：LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi+ + xe−
放電時：Li1-xFePO4 + xLi+ + xe− → LiFePO4
2、負(fù)極反應(yīng)：放電時鋰離子脫插，充電時鋰離子插入。
充電時：xLi+ + xe− + 6C → LixC6
放電時：LixC6 → xLi+ + xe− + 6C
鎳氫蓄電池在電池充電時，氫氧化鉀（KOH）電解液中的氫離子（H+）會被釋放出來，由這些化合物將它吸收，避免形成氫氣（H2），以保持電池內(nèi)部的壓力和體積。當(dāng)電池放電時，這些氫離子便會經(jīng)由相反的過程而回到原來的地方。
1、充電時
正極反應(yīng)：Ni(OH)2 + OH- → NiOOH + H2O + e-
負(fù)極反應(yīng)：M + H2O + e- → MH + OH-
總反應(yīng)：M + Ni(OH)2 → MH + NiOOH
2、放電時
正極：NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH-
負(fù)極：MH + OH- → M + H2O + e-
總反應(yīng)：MH + NiOOH → M + Ni(OH)2
三、特性
1、電壓：鋰電池的電壓是鎳氫蓄電池電壓的3倍。
鋰離子電池電壓 = 3.6V
鎳氫蓄電池電壓 = 1.2V
2、按質(zhì)量計算，鋰離子電池有更高能量密度。
鋰離子電池能量∕重量 = 150～200Wh/kg(540～720kJ/kg)
鎳氫蓄電池能量∕重量 = 60-120 Wh/kg（瓦特小時/千克）
3、按體積計算，鋰離子電池有更高能量密度。
鋰離子電池能量∕體積 = 250～530Wh/L(0.9～1.9kJ/cm3)
鎳氫蓄電池能量∕體積 = 140-300 Wh/L（瓦特小時/升）即 504-1188kJ/kg（千焦耳/千克）
4、輸出功率：鋰離子電池?fù)碛懈筝敵龉β省?br style="padding: 0px; margin: 0px; border: 0px;" />
鋰離子電池功率∕重量 = 300～1500W/kg(@20秒)
鎳氫蓄電池功率∕重量 = 250-1000 W/kg
5、自放電率：鋰離子電池?fù)碛懈妥苑烹娐?br style="padding: 0px; margin: 0px; border: 0px;" />
鋰離子電池自放電率 < 5％～10％/月，一般每月在2%以下（可恢復(fù)）
鎳氫蓄電池自放電率 = 一般每月 2-30%，見溫度而定，低自放電型號為每年10-30%
6、充放電效率：鋰離子電池充放電率更高。
鋰離子電池充放電效率 = 100%
鎳氫蓄電池充放電效率 = 66%
7、循環(huán)使用次數(shù)：兩種電池循環(huán)次數(shù)接近，循環(huán)使用壽命都比較長。
鋰離子電池充放電循環(huán)次數(shù) = 500 -2000次（磷酸鐵鋰電池可以達(dá)到2000次以上）
鎳氫蓄電池充放電循環(huán)次數(shù) = 500 -1800次
8、工作溫度范圍：兩種高性能電池的溫度范圍都很寬，相較而言在低溫環(huán)境中，鎳氫蓄電池的放電特性更佳。
鋰離子電池工作溫度范圍 -20℃～60℃
鎳氫蓄電池工作溫度范圍 -30℃～50℃（低溫鎳氫電池可在低溫 -40℃中正常使用）
四、優(yōu)點(diǎn)
1、比能量高：一次充電可行使的距離長，兩者的比能量都非常高，相對而言，鋰離子電池（當(dāng)前比能量最高的蓄電池）＞鎳氫蓄電池；
2、比功率高：在大電流工作時能平穩(wěn)放電，加速爬坡能力好，兩者的比功率都非常高，鋰離子優(yōu)勢明顯一點(diǎn)；
3、自放電小：二者都具備此優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池略勝一籌；
4、重量輕、體積?。和碗姵劓嚉湫铍姵刂亓扛p、體積更小，只是在輸出同等電壓的情況下（鋰離子電池電壓為鎳氫蓄電池的3倍），使得單個電池組合時數(shù)目鋰離子電池可減少1/3，因而使成型后的電池重量和體積鋰離子電池更小、更輕。
5、記憶效應(yīng)低：鋰離子電池?zé)o記憶效應(yīng)因此在這個方面具有更大的優(yōu)勢；
6、低溫放電性能好：在低溫狀態(tài)下鎳氫蓄電池更強(qiáng)悍；
7、循環(huán)壽命長：二者循環(huán)使用次數(shù)都非常多，很劃算；
8、無環(huán)境污染：兩者都是綠色環(huán)保電池，鎳氫蓄電池被稱作是最環(huán)保的電池，回收再用的效率鋰離子電池稍遜一籌；
9、標(biāo)示容量高：鎳氫蓄電池標(biāo)示容量可達(dá)2900mAh（毫安培－小時/毫安時），但仍不及鋰離子電池高；
10、可快速放電：二者都具有這種優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池能力較強(qiáng)一些；
11、充電時間短：二者都有此優(yōu)點(diǎn)。
另外，鎳氫蓄電池還具有安全可靠，免維護(hù)的特點(diǎn)，被稱作是最安全的電池，而鋰離子電池的安全性能還有待大大提升；而另一方面鋰離子電池因?yàn)橥耆珱]有記憶效應(yīng)，在使用上更為方便簡單，而鎳氫蓄電池卻因?yàn)闅堄嚯妷旱木壒识鵁o法避免進(jìn)行定期放電管理操作。
五、使用
鋰離子電池在充電過程中容易發(fā)生短路情況，此外注意不要過充，這點(diǎn)比較關(guān)鍵。
鎳氫蓄電池需要進(jìn)行定期放電管理，
六、問題
兩者有個共同的缺點(diǎn)，那就是制作工藝要求嚴(yán)格，導(dǎo)致成本比較高，售價不便宜。相對而言，鋰電池還是更劃算一點(diǎn)。
七、應(yīng)用
鎳氫蓄電池在筆記本電腦、便攜式攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)及電動自行車等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
鋰離子電池廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、軍工產(chǎn)品、航空產(chǎn)品等。
大容量鋰空氣電池并非新概念，至今都未普及原因是它存在致命缺陷 。
目前，鋰離子電池已經(jīng)是下一代充電式混合動力車和電動車的理想之選，但其潛力有限。理論上能源密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋰離子電池的金屬鋰空氣電池備受關(guān)注。它以全新的構(gòu)成極大提高電池的能量密度。 由于在正極上使用空氣中的氧作為活性物質(zhì)，理論上正極的容量密度是無限的，可加大容量。另外，如果負(fù)極使用金屬鋰，理論容量會比鋰離子充電電池提高一位數(shù)。
但是鋰空氣電池至今都未普及的原因是它存在致命缺陷，即固體反應(yīng)生成物氧化鋰會在正極堆積，使電解液與空氣的接觸被阻斷，從而導(dǎo)致放電停止。
鋁空氣電池，顧名思義就是以鋁與空氣作為電池材料的一種新型電池。它是一種無污染、長效、穩(wěn)定可靠的電源，是一款對環(huán)境十分友好的電池。電池的結(jié)構(gòu)以及使用的原材料可根據(jù)不同實(shí)用環(huán)境和要求而變動，具有很大的適應(yīng)性，既能用于陸地也能用于深海，既可做動力電池，又能作長壽命高比能的信號電池，是一款十分強(qiáng)大的電池，有很廣闊的應(yīng)用前景。
八、綜述
鋰離子電池和鎳氫蓄電池都是綠色電池，不會因廢棄而造成二次污染，這符合環(huán)保理念，同時它們都可再生利用，符合持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)，此外，我們在電池行業(yè)技術(shù)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平，并且這些綠色電池出口前景非常好，雖然目前價格有點(diǎn)高，有些小問題還需要更進(jìn)一步的得到解決與改善，不過隨著我們國家科研人員以及、企業(yè)研發(fā)部門人員的共同努力，很快就能達(dá)到優(yōu)質(zhì)廉價、高效節(jié)能、安全穩(wěn)定、綠色環(huán)保這些要求，而像這種綠色高能且極具開發(fā)潛力的電池值得我們大力提倡與推廣。
