锂离子电池的优缺点
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本介绍了锂离子电池的优缺点,根据锂离子电池的这些特点,在使用锂离子电池的过程中,我们可以自己做一些保护措施,比如不要过充过放电,不要是锂离子电池温度过高等。
锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。习惯上,锂离子进入正极材料的过程叫嵌入,离开的过程叫脱嵌;锂离子进入负极材料的过程叫插入,离开的过程叫脱插。 锂离子电池容易与下面两种电池概念混淆:
锂电池:虽然常常被用作为锂离子电池的简称。但严格意义的锂电池是锂原电池,存在锂单质。
锂离子聚合物电池:一种用聚合物取代液态有机溶剂的锂离子电池,其安全性较好。
优点
高能量密度:因电极材料不同而不同,按质量计算,可达150~200Wh/kg(540~720kJ/kg);按体积计算,可达250~530Wh/L(0.9~1.9kJ/cm3)。
开路电压高:因电极材料不同而不同,可达3.3~4.2V。
输出功率大:因电极材料不同而不同,可达300~1500W/kg(@20秒)。
无记忆效应:磷酸铁锂锂离子电池无记忆效应,电池在未放空电的情况下可随时充放电,使用维护简便。
低自放电:<5%~10%/月。智能型锂离子电池由于有内建的监测电路,这个监测电路的工作电流甚至高于自放电电流。
工作温度范围宽:可在-20℃~60℃之间正常工作。
充、放电速度快
因此,锂离子电池广泛应用于消费电子产品、军工产品、航空产品等。
缺点
衰老:与其它充电电池不同,锂离子电池的容量会缓慢衰退,与使用次数无关,而与温度有关。可能的机制是内阻逐渐升高,所以,在工作电流高的电子产品更容易体现。用钛酸锂取代石墨,似乎可以延长寿命。储存温度与容量永久损失速度的关系如下:
充电电量 | 储存温度0℃ | 储存温度25℃ | 储存温度40℃ | 储存温度60℃ |
---|---|---|---|---|
40%~60% | 2%/年 | 4%/年 | 15%/年 | 25%/年 |
100% | 6%/年 | 20%/年 | 35%/年 | 80%/6月 |
回收率:大约有1%的出厂新品因种种原因需要回收。
不耐受过充:过充电时,过量嵌入的锂离子会永久固定于晶格中,无法再释放,可导致电池寿命缩短。
不耐受过放:过放电时(电压小于3.0V时放电),电极脱嵌过多锂离子,可导致晶格坍塌,从而缩短寿命。
需要多重保护机制:由于错误使用会减少寿命,甚至可能导致爆炸,所以,锂离子电池设计时增加了多种保护机制。
保护电路:防止过充、过放、过载、过热。
排气孔:避免电池内部压强过大。
隔膜:有较高的抗穿刺强度,防止内部短路;在电池内部温度过高时还能融化,阻止锂离子通过,阻滞电池反应,升高内阻(至2kΩ)。
排气孔、隔膜一旦激活,将使电池永久失效。