便攜動力鋰離子電池的特點及使用

2021-04-26 ryder

1.1單體電池工作電壓高達3.7V

是鎳鎘電池，鎳氫電池的3倍，鉛酸蓄電池的近2倍，這也是鋰離子動力電池比能量高的一個緊要原由。因此組成相同電壓的動力電池包時，鋰離子動力電池使用的串聯數目會大大少于鉛酸蓄電池和鎳氫電池。如果動力電池中單體電池數量越多，電池包中單體電池的一致性要求就越高，壽命就越不好做，在實際使用過程中電池包有問題分解后，一般是其中一、兩個單體電池出問題然后導致整組電池出現問題，因此不難理解為什么48V的鉛酸蓄電池比36V的鉛酸蓄電池反饋要高，從這個角度上講鋰電更適合動力電池的使用。例如36V的鋰電只需要10個單體，而36V鉛酸蓄電池需要18個單體電池，即3只12V的電池包，而每只12V的鉛酸蓄電池有六個單格即六個單體電池包成。

1.2體積小重量輕

比能量大，高達150Wh/Kg,是鎳氫電池的2倍，鉛酸蓄電池的4倍，因此重量是相同能量的鉛酸蓄電池的三分之一到四分之一，從這個角度講鋰電消耗的資源就少，而且由于錳酸鋰離子電池中所用元素的儲量比較多，因此相對鉛酸、鎳氫電池可能會進一步漲價，鋰離子動力電池成本反而是進一步降低的。電動自行車用鋰離子電池重量為2.2-4公斤，鉛酸蓄電池的重量為12-20公斤，鋰電重量約為鉛酸蓄電池的四分之一到三分之一，比鉛酸蓄電池輕約10公斤（36V，10Ah電池），電池重量減輕了70％，整車總重量至少減輕了20％。加上一般鋰電車都是簡易款的電動自行車，由于電池和整車輕，相同電壓、相同容量的電池行駛里程更長，一般的電動車重量在40公斤以上，而鋰離子動力電池電動自行車重量在7到26公斤之間。女士和老年人都可以輕易搬動，人力騎行也十分輕便，運動休閑兼得。

體積小，高達到400Wh/L，體積是鉛酸蓄電池的二分之一到三分之一。提供了更合理的結構和更美觀的外形的設計條件、設計空間和可能性。現階段由于鉛酸蓄電池體積、重量的限制，設計師們的設計思想受到極約莫束，導致現階段的電動自行車在結構和外觀上“千車一面”、雷同相近、單調劃一。而鋰電池的使用，給設計師們提供了展示設計思想和設計風格的更大空間及條件。當然同時也導致電動自行車用鋰離子動力電池尺寸多種多樣，不利于鋰動力電池行業的發展。鋰動力電池行業也需要盡快制定電動車電池國家標準，加速在電動自行車范疇鋰電對鉛酸蓄電池的替代。當然目前鋰離子電池是在不斷發展過程中的不同材料、不同工藝電池的體積有很大的差別，要怎么樣統一也是一個難點。

1.3循環壽命長

循環次數可達1000次。以容量保持60%計，電池包100%充放電循環次數可以達到600次以上，使用年限可達3-5年，壽命約為鉛酸蓄電池的兩到三倍。隨著技術的革新，設備的提高，電池的壽命會越來越長，性價比會越來越高。自放電率低，每月不到5%。

1.4準許工作溫度范圍寬

低溫性能好，鋰離子動力電池可在-20℃～+55℃之間工作，尤其適合低溫使用，而水溶液電池（比如鉛酸蓄電池、鎳氫電池）在低溫時，由于電解液流動性變差會導致性能大大降低。

1.5無記憶效應

所以每次充電前不必像鎳鎘電池、鎳氫電池一樣需要放電，可以隨時隨地的進行充電。電池充放電深度，對電池的壽命影響不大，可以全充全放，我們循環探測就是全充全放的。

1.6特別適合用于動力電池

除了鋰電池電壓高之外，由于鋰離子動力電池包的保護板能夠對每一個單體電池進行高精度監測，

低功耗智能管理，具有完善的過充電、過放電、溫度、過流、短路保護、鎖定自恢復功能以及可靠的均衡充電功能，大大的延長了電池的使用壽命。而其他類型電池（比如鉛酸蓄電池）在使用過程中由于電池一致性、充電器等問題，易萌生電池過充、過放等問題（由于成本等各方面的原由，鉛酸蓄電池包內不能對每一個單體電池進行監測和保護）。

1.7無污染

鋰離子動力電池中不存在有毒物質，因此被稱為“綠色電池”，國家重點扶持。而鉛酸蓄電池和鎘鎳電池由于存在有害物質鉛和鎘，國家必然會增強監管和治理（鉛酸蓄電池出口退稅的取消，鉛資源稅的增加，鉛酸電動自行車出口的受限），相應企業的成本也會增加。雖然鋰離子電池沒有污染，但從資源節約的角度考慮。鋰離子動力電池的回收，回收中的安全性，回收的成本也都需要考慮。

2缺點

2.1存在安全隱患

由于鋰離子動力電池能量高，材料穩定性差，鋰電容易出現安全問題，目前世界上知名的手機和筆記本電腦電池（正極材料為鈷酸鋰和三元材料）加工企業，日本三洋、索尼等公司要求電池的爆噴率控制在40個ppb（十億分之一）以下，國內公司能達到ppm（百萬分之一）級的就已經不錯了，而動力電池的容量是手機電池容量的上百倍以上，因此對鋰電的安全性要求極高。雖然鈷酸鋰離子電池和三元材料的電池具有重量更輕，體積更小等優勢，但它們是不適合作動力電池使用于電動車的。

2.2價格高

相同電壓和相同容量的鋰離子動力電池價格是鉛酸的3-4倍。隨著鋰離子動力電池市場的張大，成本的降低，性能的提高，以及鉛酸蓄電池價格的提高，鋰離子動力電池的性價比是有可能超過鉛酸蓄電池的。

2.3結構

鋰離子動力電池通常有兩種外型：圓柱型和長方型。電池內部采用螺旋繞制結構，用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯或聚丙烯或聚乙烯與聚丙烯復合的薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。正極包括由含鋰的材料（如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰的一種或幾種混合使用等）組成的鋰離子收集極及由鋁薄膜組成的電流收集極。負極由層狀碳材料組成的鋰離子收集極和銅薄膜組成的電流收集極組成。電池內充有有機電解質溶液。另外還裝有安全閥和pTC元件，以便電池在不正常狀態及輸出短路時保護電池不受損壞。

單節鋰離子電池的電壓為3.6V，容量也不可能無限大，因此，經常將單節鋰離子電池進行串、并聯解決，以滿足不同場合的要求。

3使用

3.1使用群體

隨著二十世紀微電子技術的發展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰離子動力電池隨之進入了大規模的實用階段。

鋰離子動力電池一般有高于3.0伏的標稱電壓，更適合作集成電路電源。二氧化錳電池，就廣泛用于計算機，計算器，照相機、手表中。

今朝，鋰離子動力電池大量使用在手機上，可以說是最大的使用群體。

3.2舉例

(1)作電池包維修代換品有許多電池包：如筆記本電腦上用的那種，經維修發現，此電池包損壞時僅是個別電池有問題。可以選用適宜的單節鋰離子電池進行更換。

(2)制作高亮微型電筒筆者曾用單節3.6V1.6AH鋰離子電池配合一個白色超高亮度發光管做成一只微型電筒，使用方便，小巧美觀。而且由于電池容量大，均勻每晚使用半小時，至今已用兩個多月仍無需充電。

(3)代替3V電源。由于單節鋰離子電池電壓為3.6V。因此僅需一節鋰離子電池便可代替兩節一般電池，給收音機、隨身聽、照相機等小家電產品供電，不僅重量輕，而且連續使用時間長。

3.3科學研究

為了開發出性能更優異的品種，人們對各種材料進行了研究。從而制造出前所未有的產品。比如，鋰二氧化硫電池和鋰亞硫酰氯電池（即鋰亞電池）就非常有特點。它們的正極活性物質同時也是電解液的溶劑。這種結構惟有在非水溶液的電化學體系才會出現。所以，鋰離子電池的研究，也促使了非水體系電化學理論的發展。除了使用各種非水溶劑外，人們還進行了聚合物薄膜電池的研究。

21世紀，科學家研發了一種新型的磷酸鐵鋰離子動力電池。磷酸鐵鋰離子電池可歸納下述特點：

A高效率輸出：標準放電為2～5C、連續高電流放電可達10C，瞬間脈沖放電（10S）可達20C；

B高溫時性能良好：外部溫度65℃時內部溫度則高達95℃，電池放電結束時溫度可達160℃，電池的結構安全、完好；

C即使電池內部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；

D極好的循環壽命，經500次循環，其放電容量仍大于95%；

E過放電到零伏也無損壞；

F可快速充電；

G低成本；

H對環境無污染。

由于磷酸鐵鋰動力電池具有上述特點，并且加工出各種不同容量的電池，很快得到廣泛地使用。它主要使用范疇有：

大型電動車輛：公交車、電動車、景點游覽車及混合動力車等；

輕型電動車：電動自行車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動輪椅等；