钜大LARGE | 点击量:1475次 | 2021年07月15日
解析锂离子电池的种类及优缺点
锂离子电池又分为锂一次电池(又称锂原电池)与锂二次电池(锂充电电池),与1912年由GilbertN.Lewis第一次提出,将人们的视线引向了生动金属电池上。在锂二次电池的基础上,又开展起来锂离子电池。大致开展历程如图1。
Li-MnO2电池(锂一次电池)Li-MnO2电池是锂离子电池中运用较多的一种有机电解质电池,一般做成钮扣型或圆柱形,开路电压为3.5V,负荷电压为2.8V,比能量可达200W·h/kg和500W·h/L,常温下电池贮存寿数超过10年,且贮存和放电过程中无气体放出,安全性能好。
(-)Li∣LiClO4,PC+DMG∣MnO2(+)
负极反响:Li-e-→Li+
正极反响:MnO2+Li++e-→MnOOLi
充电温度:0~45℃
-放电温度:-40~+55℃
-40℃最大放电倍率:1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
电池反响:Li+MnO2→MnOOLi
依照上述反响,Li-MnO2放电时负极锂生成Li+进入电解质溶液,正极二氧化锰得电子还原成三价锰,一起,锂离子进入二氧化锰晶格中构成MnO2(Li),即MnOOLi。这类电池首要用于低倍率放电。其能量比约为铅酸蓄电池的5到7倍。电池贮存和放电过程中无气体放出,自放电小,不会因活性物质分解引起电池内压增大。中小容量的电池适合于小型电子计算机、照相机及小型通讯机的电源,大容量的电池适合于要求电池比能量高、运用时刻长的场合,因此可作为特种范畴的理想电源。
Li-SOCl2电池(锂一次电池)
Li-SOCl2电池是一种研究较为成熟的有机电解质电池。其开路电压高达3.6~3.7V,且电压平稳、负荷电压精度高,一起还有较高的比能量。表1中给出一些常用小型电池系列活性物质本钱比较,能够看出,Li-SOCl2电池是常用电池中本钱最低的。
Li-SOCl2电池的电化学表达式为:(-)Li∣LiAlCl4-SOCl2∣C(+)
电解液是LiAlCl4的SOCl2溶液。SOCl2即是电解质的溶剂,又是正极活性物质。电池反响:
4Li+2SOCl2→4LiCl+S+SO2
放电产品二氧化硫部分溶于SOCl2中,硫单质大量分出,沉积在正极炭黑中,LiCl是不容物。
这种电池的负极锂与SOCl2接触时会发作如下反响
:8Li+3SOCl2→6LiCl+Li2S2O4+S2Cl2
因为产品LiCl构成细密的保护膜阻止了反响的进行,又因为它还是固体电解质膜,答应离子通过,所以不妨碍锂电极的正常阳极溶解。
但是SOCl2电池存在两个突出问题,即电压滞后和安全问题。电压滞后是因为LiCl的发作,它以薄膜的方式覆盖在锂阳极外表,虽然能够防止电池自放电,但导致了电压滞后。别的,贮存时刻越长,贮存温度越高,膜就会越厚,滞后现象越显着。
当SOCl2电池短路时,会引发Li和S的热反响:
2Li+S→Li2S
Li2S在145度下又可与SOCl2发作剧烈反响,导致爆炸。
还有一种爆炸的原因是在正极上沉积的锂构成枝晶,造成短路。Li与S反响,或许SO2也能够在负极发作反响,最终生成Cl2O这种非常不稳定的爆炸性物质。
锂离子电池的优缺点:
长处
1.能量比较高。具有高贮存能量密度,已达到460-600Wh/kg,是铅酸电池的约6-7倍;
2.运用寿数长,运用寿数可达到6年以上,磷酸亚铁锂为正极的电池1C(100%DOD)充放电,有能够运用10,000次的记载;
3.额定电压高(单体作业电压为3.7V或3.2V),约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压,便于组成电池电源组;锂离子电池能够通过一种新型的锂离子电池调压器的技术,将电压调至3.0V,以适合小电器的运用;
4.具有高功率承受力,其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池能够达到15-30C充放电的才能,便于高强度的发动加快;
5.自放电率很低,这是该电池最突出的优越性之一,一般可做到1%/月以下,不到镍氢电池的1/20;
6.重量轻,相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5;
7.高低温适应性强,能够在-20℃--60℃的环境下运用,通过工艺上的处理,能够在-45℃环境下运用;
8.绿色环保,不管出产、运用和作废,都不含有、也不发作任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。
9.出产根本不用耗水,对缺水的我国来说,非常有利。比能量指的是单位重量或单位体积的能量。比能量用Wh/kg或Wh/L来表明。Wh是能量的单位,W是瓦、h是小时;kg是千克(重量单位),L是升(体积单位)。
缺点
1.锂原电池均存在安全性差,有发作爆炸的风险。
2.钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电,价格昂贵,安全性较差。
3.锂离子电池均需保护线路,防止电池被过充过放电。
4.出产要求条件高,本钱高。
5.运用条件有约束,高低温运用风险大。