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鋰電池的優(yōu)缺點_原理及結(jié)構(gòu)_充電方法_回收方法知識

摘要:鋰電池是現(xiàn)在生活中各個行業(yè)都廣泛使用的電池品類,具有容量大、壽命長、安全性能好等優(yōu)點。檢測鋰電池的質(zhì)量,可以用萬用表檢測內(nèi)阻和電流,觀察產(chǎn)品外觀。日常使用鋰電池要注意正確的充電方法,否則會損害電池壽命甚至有爆炸的風(fēng)險。那么鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些?鋰電池和鉛酸電池哪個好?下面為大家介紹。

鋰電池的優(yōu)缺點

優(yōu)點

1、電壓高(單體電池的工作電壓高達(dá)3.6-3.9V,是Ni-Cd、Ni-H電池的3倍2),比能量大,目前能達(dá)到的實際比能量為100-125Wh/kg和240-300Wh/L(2倍于Ni-Cd,1.5倍于Ni-MH),未來隨著技術(shù)發(fā)展,比能量可高達(dá)150Wh/kg和400Wh/L。

2、循環(huán)壽命長,一般均可達(dá)到500次以上,甚至1000次以上。對于小電流放電的電器,電池的使用期限將倍增電器的競爭力。

3、安全性能好,無公害,無記憶效應(yīng)。

4、自放電小,室溫下充滿電的Li-ion儲存1個月后的自放電率為10%左右,大大低于Ni-Cd的25-30%,Ni、MH的30-35%。

5、可快速充放電,1C充電是容量可以達(dá)到標(biāo)稱容量的80%以上。

6、工作溫度范圍高,工作溫度為-25~45°C,隨著電解質(zhì)和正極的改進(jìn),期望能擴(kuò)寬到-40~70°C。

缺點

1、鋰電池成本較高。主要表現(xiàn)在正極材料LiCoO2的價格高(Co的資源較少),電解質(zhì)體系提純困難。

2、不能大電流放電。由于有機(jī)電解質(zhì)體系等原因,電池內(nèi)阻相對其他類電池大。故要求較小的放電電流密度,一般放電電流在0.5C以下,只適合于中小電流的電器使用。

3、需要保護(hù)線路控制。

1)過充保護(hù):電池過充將破壞正極結(jié)構(gòu)而影響性能和壽命;同時過充電使電解液分解,內(nèi)部壓力過高而導(dǎo)致漏液等問題;故必須在4.1V-4.2V的恒壓下充電;

2)過放保護(hù):過放會導(dǎo)致活性物質(zhì)的恢復(fù)困難,故也需要有保護(hù)線路控制。

鋰電池原理及結(jié)構(gòu)

鋰電池原理

鋰電池是一種可充電電池,主要依靠鋰離子在正負(fù)極之間移動。當(dāng)鋰電池放電時,電子和Li+同時作用,方向相同,但路徑不同,電子通過外部電路由負(fù)向正極;鋰離子Li+從負(fù)極“跳進(jìn)”電解液流出,“游泳”到達(dá)正極并與運行了很長時間的在一起結(jié)合。在鋰電池的充放電過程中,鋰離子處于從正極到負(fù)極再到正極的移動狀態(tài)。

鋰電池的結(jié)構(gòu)組成

鋰電池的結(jié)構(gòu)由五部分組成:正極、負(fù)極、電解液、隔膜、外殼和電極引線。鋰電池的結(jié)構(gòu)可分為纏繞型和堆積型兩大類。液體鋰電池具有纏繞結(jié)構(gòu),而聚合物鋰電池同時具有纏繞結(jié)構(gòu)。

1、陰極材料

活性材料、導(dǎo)電劑、溶劑、粘合劑、基體。在鋰電池中,正材料市場容量最大,附加值較高,約占鋰電池成本的30%,毛利率低水平15%,高水平70%以上。目前,材料已批量應(yīng)用于鋰電池,主要包括鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物、鋰鎳鎳錳氧化物、鋰鈷鎳錳氧化物和磷酸鐵鋰。

2、負(fù)極材料

活性物質(zhì)(石墨,MCMB,CMS)、粘合劑、溶劑和基體。負(fù)電極材料在鋰電成本中所占比例較低,主要包括碳負(fù)極材料和非碳負(fù)極材料。

3、隔膜

隔膜作為隔離電極的裝置放置在兩極之間,藉以避免了兩極活性物質(zhì)直接接觸導(dǎo)致鋰電池內(nèi)部短路。隔膜仍然需要能夠讓帶電離子通過形成一條路徑。主要的鋰電池隔膜材料產(chǎn)品包括單層PP、PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、雙PP/PP和三層PP/PE/PP。

4、電解液

外殼五金(鋼殼、鋁殼、蓋板、耳、絕緣片、絕緣帶)較好的電解液是LiPF6,但價格昂貴;其他有LiAsF6,但毒性大;LiClQ,具有強氧化性;有機(jī)溶劑包括DEC、DMC、DME等。

5、電池外殼

分為鋼外殼(方形很少使用)、鋁外殼、鍍鎳鐵殼(用于圓柱形電池)、鋁塑膜(軟包裝)等,以及電池蓋,也是電池的正負(fù)引出端。

鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些

1、交通動力電源的應(yīng)用

我國的電動車大部分還是采用的鉛酸電池作為動力。則電池的本身質(zhì)量就有十幾公斤。如果采用鋰離子電池,電池的質(zhì)量只有約3公斤。所以,鋰離子電池代替電動自行車的鉛酸電池是必然趨勢,這樣電動車的輕快、便捷、安全、廉價將會受到越來越多人士的歡迎。

2、新能源儲能動力電源的應(yīng)用

對我國而言,汽車污染日益嚴(yán)重,尾氣、噪音等對環(huán)境的破壞到了必須加以控制和治理的程度,特別是在一些人口稠密、交通擁擠的大中城市情況變得更加嚴(yán)重。因此,新一代的鋰離子電池因其無污染、少污染、能源多樣化的特征在電動汽車行業(yè)得到了大力的發(fā)展,所以鋰離子電池的應(yīng)用是解決目前狀況的良策。

3、電力儲能電源的應(yīng)用

由于鋰離子電池具有很強的優(yōu)勢,航天組織也將鋰離子電池應(yīng)用于航天任務(wù)中。目前鋰離子電池在航空領(lǐng)域的主要作用是為發(fā)射和飛行中的校正、地面操作提供支持;同時有利于提高一次電池的功效并支持夜間作業(yè)。

4、移動通信的應(yīng)用

小到從電子表手表、CD唱機(jī)、移動電話、MP3、MP4、照相機(jī)、攝影機(jī)、筆記本電腦、手機(jī)、各種遙控器剃須刀、手槍鉆、兒童玩具等。大到從醫(yī)院、賓館、超市、電話交換機(jī)等場合的應(yīng)急電源,電動工具都在廣泛的使用鋰離子電池。

鋰電池檢測方法

1、最快的檢驗方法是測試內(nèi)阻和最大放電電流,質(zhì)量好的鋰電池,內(nèi)阻非常小,最大放電電流很大。采用20A量程的萬用表,直接短接鋰電池的兩個電極,電流一般應(yīng)在10A左右,甚至更高,而且能保持一段時間,相對穩(wěn)定的就是好電池。

2、看外觀。外觀的豐滿程度,比如一般2000mAh左右的鋰電池,體積較偏大。 做工比較精細(xì)或者包裝顯得比較豐滿。

3、看硬度??梢杂檬州p捏或者適度捏取鋰電池中間部分,硬度適中,無柔軟擠壓感則證明鋰電芯屬于比較優(yōu)質(zhì)的電芯。

4、看重量。除去外包裝感知一下電池重量是否是比較沉,若厚重者屬于優(yōu)質(zhì)電芯。

5、在鋰電池帶電工作過程中,持續(xù)放電10分鐘左右電池兩極若不發(fā)燙,則證明電池保護(hù)板系統(tǒng)完善,一般帶優(yōu)質(zhì)保護(hù)板的鋰電池質(zhì)量均比普通鋰電池好。

鋰電池充電

鋰電池正確充電方法

1、適度充電

保持鋰離子電池適度充電、放電可延長電池壽命。鋰離子電池電量維持在10%~90%有利于保護(hù)電池,給手機(jī)、筆記本電腦等數(shù)碼產(chǎn)品的電池充電時,無需達(dá)到最大值。

2、選擇合適的充電溫度

鋰電池充電溫度范圍:0~45攝氏度,鋰電池放電溫度范圍0~60攝氏度。

3、避免過沖

鋰離子電池在充電過程必需避免對電池產(chǎn)生過充,鋰離子電池任何形式的過充都會導(dǎo)致電池性能受到嚴(yán)重破壞,甚至爆炸。

4、首沖不用激活,標(biāo)準(zhǔn)充電時間

鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區(qū)別,不用充電時間一定要超過12小時,反復(fù)做三次,按照標(biāo)準(zhǔn)時間和標(biāo)準(zhǔn)方法充電,特別是不要進(jìn)行超過12個小時的超長充電。

5、不要邊充邊玩

不建議邊充邊玩手機(jī),總算要邊充邊玩也應(yīng)該在半電量(即50%左右)的時候比較安全,如果在滿電量時電池內(nèi)部的溫度比較高,玩手機(jī)時發(fā)熱量會變大,電池溫度高了會對壽命產(chǎn)生一定的影響。

6、避免在過高溫度下充電

如果在高于規(guī)定的操作溫度,即35°C以上的環(huán)境中使用鋰電,電池的電量將會不斷的減少,即電池的供電時間不會像往常那樣長。如果在這樣的溫度下,還要為設(shè)備充電,那對電池的損傷將更大。即使是在較熱的環(huán)境中存放電池,也會不可避免的對電池的質(zhì)量造成相應(yīng)的損壞。所以,盡量保持在適益的操作溫度是延長鋰電壽命的好方法。

7、避免在過低溫度下充電

如果在低溫環(huán)境,即4°C以下中使用鋰電,同樣也會發(fā)現(xiàn)電池的使用時間減少了,有些手機(jī)的原裝鋰電在低溫環(huán)境中甚至充不上電。但不必太擔(dān)心,這只是暫時狀況,不同于高溫環(huán)境下的使用,一旦溫度升起來,電池中的分子受熱,就馬上恢復(fù)到以前的電量。

鋰電池充電過程

充電過程可以分為四個階段:涓流充電、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。

1、涓流充電

涓流充電用來先對完全放電的電池單元進(jìn)行預(yù)充(恢復(fù)性充電)。在電池電壓低于3V左右時采用涓流充電,涓流充電電流是恒流充電電流的十分之一即0.1c(以恒定充電電流為1A舉例,則涓流充電電流為100mA),

2、恒流充電

當(dāng)電池電壓上升到涓流充電閾值以上時,提高充電電流進(jìn)行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至 1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過程逐步升高,一般單節(jié)電池設(shè)定的此電壓為3.0-4.2V.

3、恒壓充電

當(dāng)電池電壓上升到4.2V時,恒流充電結(jié)束,開始恒壓充電階段。電流根據(jù)電芯的飽和程度,隨著充電過程的繼續(xù)充電電流由最大值慢慢減少,當(dāng)減小到0.01C時,認(rèn)為充電終止。(C是以電池標(biāo)稱容量對照電流的一種表示方法,如電池是1000mAh的容量,1C就是充電電流1000mA。)

4、充電終止

有兩種典型的充電終止方法:采用最小充電電流判斷或采用定時器(或者兩者的結(jié)合)。最小電流法監(jiān)視恒壓充電階段的充電電流,并在充電電流減小到0.02C至0.07C范圍時終止充電。第二種方法從恒壓充電階段開始時計時,持續(xù)充電兩個小時后終止充電過程。

鋰電池和鉛酸電池哪個好

1、從使用壽命看

鉛酸電池在壽命比鋰電池的壽命比較短,從電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)上面去看,鋰電池的循環(huán)壽命在1000次到2000次左右,而鉛酸電池在電池的使用的循環(huán)壽命上面,電池的循環(huán)使用的次數(shù)上面去分析,鉛酸電池在使用上面只有300-350次左右,從這個方面去看,鉛酸電池的壽命不如鋰電池,那么反過來鋰電池比鉛酸電池好。

2、從環(huán)保角度看

鉛酸電池在環(huán)保角度上面不如鋰電池好,鉛酸電池在使用的時候,存在鉛污染風(fēng)險,鉛是鉛酸蓄電池的主要原材料,鉛占電池質(zhì)量的60%以上,加上電池的核心部件鉛為重金屬,對環(huán)境造成污染和對人體健康產(chǎn)生危害。而鋰電池相對于鉛酸電池而言在環(huán)保上面是具備優(yōu)勢的。

3、從重量上看

鉛酸電池笨重占據(jù)地方,而鋰電池則恰好可以避免這種問題,鋰電池在相同的容量下可以做的更大,質(zhì)量更輕。目前鋰電池在價格上較鉛酸要貴,但是結(jié)合使用壽命以及容量等方面來進(jìn)行對應(yīng)的分析,仍然是鋰電池占據(jù)優(yōu)勢。

鋰電池的制作方法

1、配料

高真空全自動攪拌材料10小時,將鋰電池所需的材料分散均勻,提高電池的一致性和綜合性能。因為配料是鋰電池制作的核心區(qū)域,配料不好直接影響到鋰電池的性能。

2、涂布

采用自動上料系統(tǒng),采用自動調(diào)刀系統(tǒng),在線測厚系統(tǒng),將正負(fù)極片涂覆均勻。因為涂布是鋰電池制作的根本,涂布決定電池的一致性。

3、對輥

正負(fù)極片涂覆完后,正負(fù)材料相對稀松,需要給極片一定的壓力,將正負(fù)極材料壓實到一定范圍。

4、分條

根據(jù)電池的型號,需要將正負(fù)極片分切成需要的寬度。如18650鋰電池,極片寬度在56-58mm之內(nèi)。

5、制片和卷繞

采用全自動制片機(jī),將正負(fù)極耳焊接到正負(fù)極片上。并采用全自動卷繞機(jī),將正負(fù)極片和隔膜一起卷繞成圓柱形狀。

6、點底滾槽和真空烘干

卷芯放入鋼殼內(nèi),自動焊接負(fù)極耳,并自動滾槽。另外,再經(jīng)過高真空高溫烘烤,把少量水分烘干,這樣鋰電池性能才有保障。

7、化成分容

鋰電池在出貨前需要對其進(jìn)行充放電測試,出廠前電池是帶點狀態(tài)的。

8、組裝鋰電池

全自動焊接機(jī),將多只電池組合用連接片焊接在一起,然后裝上線路板,在進(jìn)行老化測試,檢驗出貨。

鋰電池怎么回收

1、拆解回收也是目前最重要的方式,一般是有濕法回收、干法回收、生物回收等方式,濕法回收是這當(dāng)中使用最多、商業(yè)化程度最高。鋰離子電池原材料的提高,回收廢舊電池獲取可再次利用材料,是廠商們最重要的降低成本的途徑。

2、梯級利用是將原本高性能的鋰離子電池作為儲能電池使用,但高性能鋰離子電池回收成本比一般電池都要高,且要要求電池的一致性要高,此方式正試運行中,并不完善。

3、鋰離子電池回收設(shè)備重要采用物理回收方法,輔以三廢處置措施,具有綠色低碳、節(jié)能環(huán)保、無二次污染等特點,整個回收過程全部實現(xiàn)了工業(yè)自動化,回收效率高、處理能力強,鋰離子電池分離回收設(shè)備處理廢舊鋰離子電池有價組分回收利用率達(dá)99%以上。

4、在真空條件下,將電池送入保持露點條件的電解液收集裝置中;使用針刺刺破電池上刺孔而形成泄流孔,電池中的電解液從泄流孔流出直接進(jìn)入電解液收集池中;電解液自然流出30~60分鐘后,將電解液收集池中的電解液加到氮氣保護(hù)的反應(yīng)釜中,再加入濃度為30-50%的氧化鋇乙醇溶液,回收氟化鋰進(jìn)行循環(huán)使用。

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