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锂电池:三大电芯类型分析 2015-11-19

锂电池:三大电芯类型分析

锂离子电池根据所用电解质材料的不同,可以分为液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(LIP)两大类。二者所用的正负极材料是相同的,正极材料包括钴酸锂、镍钴锰和磷酸铁锂材料三种,负极为石墨,电池的工作原理也基本一致。

它们的主要区别在于电解质的不同,其中液态锂离子电池使用的是液体电解质,聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替。这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。

一、钴酸锂(LiCoO2)

钴酸锂就是大家所俗称的液态锂离子电池,常见的形态有18650和方块形状。18650电池就是直径18毫米、高65毫米的圆柱体电池(长得就像5号电池的放大版),广泛用于笔记本电池中。由于与笔记本电池通用,现在市面上超过六成的移动电源使用的也是18650电池。

目前商业化的锂离子电池基本上都选用层状结构的钴酸锂作为正极材料,其理论容量为274mAh/g,实际容量为140mAh/g左右,也有报道实际容量已达155mAh/g。

这种正极材料工作电压较高(平均工作电压为3.7V),充放电电压平稳,体积小,比能量高,循环性能好,电导率高,生产工艺简单,容易制造。

主要优点:技术成熟,应用范围广泛,体积小巧。

主要缺点:循环使用寿命在300次左右,安全性能低,抗过充电性较差,不适合高倍率充放电,废弃后对环境有污染。

二、镍钴锰(LiNiCoMnO2)

镍钴锰又称三元材料(LiNiCoMnO2),是聚合物锂离子电池的一种,常见的形态为方块软包形状。注意,钴酸锂也可以做成方块形状,但成型后是硬的,用手捏一下可分辨出来。

三元材料随着智能手机的普及近两年来发展迅猛,使用的领域也越来越多。它以镍盐、钴盐、锰盐为原料,镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。

三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高,使用寿命较钴酸锂更高,达到了500次使用循环寿命。

主要优点:体积多样性,使用范围非常广泛,不易爆炸,安全系数高。

主要缺点:价格较高,废弃后污染环境,大电流充放电性能较弱。

三、磷酸铁锂(LiFePO4)

磷酸铁锂学名铁电,与前面两类电池最大的区别是电池的正极加入了铁元素。铁锂最近几年才刚刚起步,是一种很有潜力的材料,其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的,这些也正是动力电池最重要的技术指标。充放循环寿命达2000次,单节电池过充电压30V不燃烧,穿刺不爆炸。

磷酸铁锂正极材料做出的大容量电池组更易串联使用,以满足电动车频繁充放电的需要,且具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜,寿命长等优点,是新一代锂离子电池的理想正极材料。

目前铁电以大容量的电动大巴、信号基站储能和大型UPS应用为主,其中移动电源、AA电池刚开始试水大规模生产,这使得铁电逐步在中大容量UPS、小型储能电池、草坪灯、电动工具中得到广泛应用。

主要优点:2000次循环使用寿命,大电流充放电,内阻小发热少,安全,环保无毒。

主要缺点:售价昂贵,数码产品领域尚未大规模使用,消费者心目中的认知度较低

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