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電池知識

商業(yè)化的鋰離子電池在應(yīng)用上存在哪些弊端和優(yōu)勢?

來源:寶鄂實業(yè)    2019-07-16 17:14    點擊量:

  鈦酸鋰電池缺點介紹:

 

  對鋰電位高,導(dǎo)致工作電壓低,能量密度降低

 

  2.電池制作過程容易產(chǎn)氣

 

  3.電子導(dǎo)電性不好

 

  鈦酸鋰電池優(yōu)點介紹:

 

  安全性好,電動車電池最重要的一點就是需要高安全性,鈦酸鋰由于其平衡電位高,不會在負極形成鋰枝晶,而具有很好的安全性。

 

  2.循環(huán)性能好,由于其是“零應(yīng)變”材料,而不會在充放電過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化,具有非常優(yōu)越的循環(huán)性能。

 

  3.可以快速充放電,鋰離子在鈦酸鋰晶體中的擴散系數(shù)是2×10-8cm-2/s,比石墨負極多一個數(shù)量級,可以快速充放電,快速充電能力是考察電動車電池的一個重要指標(biāo)。

 

  4.工作溫度范圍寬-30℃-60℃,低溫下鋰的嵌入及脫出能力都會下降,尤其是嵌入能力,鈦酸鋰負極在-30℃下充電也不會出現(xiàn)導(dǎo)致短路或使負極惡化的鋰枝晶出現(xiàn),這是石墨負極無法做到的,在廣泛的環(huán)境下能夠快速充電和放電,適用于車載用途。

 

  5.自放電小,在一個帖子提到我們的實驗數(shù)據(jù),正極采用我們常規(guī)型錳酸鋰,負極用鈦酸鋰,60度存儲28天容量剩余率88%,容量恢復(fù)率95%以上。

 

  鈦酸鋰電池缺點:缺點介紹

 

  1.對鋰電位高,導(dǎo)致工作電壓低,能量密度降低

 

  2.電池制作過程容易產(chǎn)氣

 

  3.電子導(dǎo)電性不好

 

  鈦酸鋰電池缺點:優(yōu)點介紹

 

  1.安全性好,電動車電池最重要的一點就是需要高安全性,鈦酸鋰由于其平衡電位高,不會在負極形成鋰枝晶,而具有很好的安全性。

 

  2.循環(huán)性能好,由于其是“零應(yīng)變”材料,而不會在充放電過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)的變化,具有非常優(yōu)越的循環(huán)性能。

 

  3.可以快速充放電,鋰離子在鈦酸鋰晶體中的擴散系數(shù)是2×10-8cm-2/s,比石墨負極多一個數(shù)量級,可以快速充放電,快速充電能力是考察電動車電池的一個重要指標(biāo)。

 

  4.工作溫度范圍寬-30℃-60℃,低溫下鋰的嵌入及脫出能力都會下降,尤其是嵌入能力,鈦酸鋰負極在-30℃下充電也不會出現(xiàn)導(dǎo)致短路或使負極惡化的鋰枝晶出現(xiàn),這是石墨負極無法做到的,在廣泛的環(huán)境下能夠快速充電和放電,適用于車載用途。

 

  5.自放電小,在一個帖子提到我們的實驗數(shù)據(jù),正極采用我們常規(guī)型錳酸鋰,負極用鈦酸鋰,60度存儲28天容量剩余率88%,容量恢復(fù)率95%以上。

 

  優(yōu)點

 

  采用電動車輛取代燃油車輛是解決城市環(huán)境污染的最佳選擇,其中鋰離子動力電池引起了研究者的廣泛關(guān)注.為了滿足電動車輛對車載型離子動力電池的要求,研制安全性高、倍率性能好且長壽命的負極材料是其熱點和難點。

 

  商業(yè)化的鋰離子電池負極主要采用碳材料,但以碳做負極的鋰電池在應(yīng)用上仍存在一些弊端:

 

  1、過充電時易析出鋰枝晶,造成電池短路,影響鋰電池的安全性能;

 

  2、易形成SEI膜而導(dǎo)致首次充放電效率較低,不可逆容量較大;

 

  3、即碳材料的平臺電壓較低(接近于金屬鋰),并且容易引起電解液的分解,從而帶來安全隱患。

 

  4、在鋰離子嵌入、脫出過程中體積變化較大,循環(huán)穩(wěn)定性差。

 

  與碳材料相比,尖晶石型的Li4Ti5O12具有明顯的優(yōu)勢:

 

  1、它為零應(yīng)變材料,循環(huán)性能好;

 

  2、放電電壓平穩(wěn),而且電解液不致發(fā)生分解,提高鋰電池安全性能;

 

  3、與炭負極材料相比,鈦酸鋰具有高的鋰離子擴散系數(shù)(為2*10-8cm2/s),可高倍率充放電等。

 

  4、鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的高,不易產(chǎn)生鋰晶枝,為保障鋰電池的安全提供了基礎(chǔ)。

 

  缺點

 

  1、相對其他類型的鋰離子動力電池能量密度會低一些。

 

  2、脹氣問題一直阻礙著鈦酸鋰電池的應(yīng)用。

 

  3、相對其他類型的鋰離子動力電池價格偏高。

 

  4、電池一致性仍存在差異,隨著充放電次數(shù)的增加電池一致性差異會逐漸增大。

鋰離子電池在出廠以前要經(jīng)過如下過程:

 

  鋰離子電池殼灌輸電解液---封口----化成,就是恒壓充電,然后放電,如此進行幾個循環(huán),使電極充分浸潤電解液,充分活化,以容量達到要求為止,這個就是激活過程---分容,就是測試電池的容量選取不同性能(容量)的電池進行歸類,劃分電池的等級,進行容量匹配等.這樣出來的鋰離子電池到用戶手上已經(jīng)是激活過的了.我們大家常用的鎳鎘電池和鎳氫電池也是如此化成激活以后才出廠的.其中有些電池的激活過程需要電池處于開口狀態(tài),激活以后再封口,這個工序也只可能有電芯生產(chǎn)廠家來完成了.、

 

  手機電池激活有必要嗎

 

  新買的手機需要先把手機里的電用光,然后再進行充電,而且需要反復(fù)操作3-4次才可以,被稱之為所謂的激活。以前這樣做是可以的,但是現(xiàn)在手機都是鋰電池,根本就不需要激活。

 

  新購手機電池初次使用不需充電12小時,但最好進行3~5小時完全充放過程,全充就是正常充電到100%,全放就是手機用到低電量提醒時。

 

  因為電池在出廠前要經(jīng)過灌電解液,化成,充放電,分容等過程,使電池處于激活狀態(tài),但出廠后要經(jīng)過少則一個月多則一年的時間才能到用戶手中,由于電池自放電的影響,電池材料出現(xiàn)鈍化,這時通過全充放電,可以讓電池活化。

 

  這種"前三次充電要充12小時以上"的說法,是針對上世紀(jì)90年代的充電電池來說的,當(dāng)時的那種鎳鎘電池具有記憶效應(yīng),需要滿充滿放來保證電池容量。手機上使用的是鋰離子電池,它沒有記憶效應(yīng),一般2-3小時就可充滿,充滿就足夠了。

 

  如果對新電池前三次充放電真能達到12小時或以上,那會對電池造成很大傷害,有可能引起電池鼓脹,甚至燃燒。好在手機和充電器都有保護電路,充到100%是就會自動斷電,插在充電器上也不會繼續(xù)充電了。

 

  不過,這時還是拔下充電器為好,以防充電器保護電路萬一出現(xiàn)問題使電池過充,對電池材料造成嚴(yán)重傷害,影響電池的容量和壽命。通常,手機說明書上介紹的充電方法,就是適合該手機的標(biāo)準(zhǔn)充電方法。

三種鋰電池修復(fù)方法原理:

 

  鋰電池修復(fù)方法一的原理:長時間使用的鋰電池的金屬表面會有一定程度的氧化,導(dǎo)致手機電池跟手機接觸不好,鋰電池使用時間變短,而用橡皮檫或其他清潔工具可擦除表面的生銹物質(zhì),讓電池與手機接觸變好。

 

  鋰電池修復(fù)方法二的原理:浙江大學(xué)物理學(xué)系的葉高翔教授關(guān)于此鋰電池“冰凍療法”的專業(yè)解釋:“低溫能使鋰電池內(nèi)部的電解液發(fā)生變化,促進剛剛經(jīng)過冷凍的電池發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鋰電池的使用過程其實是一個充放電過程。在這期間,電池內(nèi)的陰電荷和陽電荷相互交撞。電池之所以會越來越不經(jīng)用,是因為在正常的室溫下,電子內(nèi)部的動能比較大,因而電池處于活躍狀態(tài),漏電情況相對頻繁。而將鋰電池放入低溫環(huán)境里,鋰電池表面的鋰膜與電解液的微觀結(jié)構(gòu),以及它們的交界面都會發(fā)生明顯變化,導(dǎo)致電池內(nèi)部暫不活躍,漏電流減少。所以再次充電后,手機的待電時間會增加。

 

  鋰電池的循環(huán)使用壽命約600多次。如果充電次數(shù)多了,分子的熱運動會使其內(nèi)部分子排列微觀結(jié)構(gòu)逐漸被破壞,存儲電荷效率會漸漸降低。而“冷凍的過程容易破壞電池原來的內(nèi)部結(jié)構(gòu),短時間內(nèi)或許可以增加充載電荷的能力,但長期使用未必有效。”葉教授說,鋰電池內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)一旦被破壞,再要完全恢復(fù)過來是不可能的,長期使用這種方法會加速手機電池的損耗。

 

  鋰電池修復(fù)方法三的原理:對手機進行深度放電,就是通過耗盡內(nèi)部電能,來達到更深程度的再充電,這需要采用一些非常規(guī)的方法。想辦法將手機與一個1.5V小燈泡相連,鋰電池內(nèi)部的電量會傳輸?shù)叫襞萆希钡饺慷挤殴狻?ldquo;手機需要通過較低的電壓慢慢耗盡電能。正常情況下,手機接通后若低于3.6伏的額定電壓,就會自動關(guān)機。”放完電后,再次充電的手機電池可以使用更長時間。

 
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