三元鋰電池
三元鋰電池是以鎳錳鈷氧化物合成的三元材料為正極材料的鋰離子電池,三元鋰電池利用鋰鎳氧較鋰鈷氧價格低廉而性能相近的特點,具有自己的獨特價值。
一、 三元鋰電池的性能:
鎳具有優秀的嵌鋰性能,層狀三元材料具有比容量高、電壓平臺較高、結構穩定、良好的熱穩定和循環性能優點,是一種很有應用前景的正極材料。
三元鋰電池的高容量是其很大的優勢,循環性能大于500次,首次可逆容量充放電區間大于160mAh/g;這種高容量也來源于它的結構穩定性,三元結構可以有效地提高充放電時晶格的穩定性,達到不減少放電容量并提高充放電壽命特征的效果;與錳酸鋰電池和鈷酸鋰電池一樣,三元鋰電池的過充保護電壓為4.2V,過放保護電壓為2.75V。
此外,三元鋰電池可以根據形狀、外殼、材料配方做成不同容量的鋰電池。
二、 三元鋰電池的劣勢體現在制造環節:
三元鋰電池中三元材料的合成容易,但是容易產生鋰鎳混排,所以,在這個工序上難度較大,處理不好的話,對電池性能會造成很大影響。
三、三元鋰電池的技術改進方向:
1、低鈷三元鋰電池:進一步降低鈷含量,從而提升三元鋰電池的降價空間,目前已經有鈷含量降到15%的三元材料得到應用;
2、高鎳三元鋰電池:增加鎳含量可以增加材料的克容量、高鎳產品是大型電池發展的理想材料;
3、與鈦酸鋰負極相結合的三元鋰電池:該電池體系電壓平臺相對石墨和碳負極低約1.5V,但其低溫放電性能比磷酸鐵鋰好,而且循環性能更優。
四、應用及前景:
三元鋰電池的高容量和高安全性特點是其他材料所不及的,中國從2004年開始開發三元材料,目前在鋰離子電池中的比例達到10%,隨著電動工具和筆記本電池的擴大,份額會有增加。
錳酸鋰電池
錳酸鋰電池是可充電鋰離子電池的一個分支,以LiMn2O4化合物作為電池正極是這種電池的根本特征。
一、錳酸鋰電池的優勢:
二氧化錳是一種很便宜、易于得到的材料,錳酸鋰作為一種化合物有兩種可以利用的形式:一是高電壓形式,可以釋放鋰離子,另一種是低電壓形式,可以接受鋰離子。這種化合物為立方尖晶石結構,提供了鋰離子的傳導通道,因而,鋰離子的嵌入和脫嵌不會破壞其結構,這造就了錳酸鋰電池的相對穩定性。
二、錳酸鋰電池的性能參數:
1、能量密度大,2、壽命300-500次,3、工作溫度-50~45℃,4、過充保護電壓為4.2V,
過放保護電壓為2.75V,5、可做成聚合物與液態兩種形式,單只最大容量為10Ah,5、在所有鋰電池正極材料中,毒性最弱。
三、錳酸鋰電池的缺點:
1、比容量較低,這是由錳酸鋰電池制備過程決定的,在電極制備中有LiMn2O4與碳黑和粘結劑的混合,這使得其120mAh/g的比容量要喪失20%左右,這就大大低于其他材料。
容量損失可歸因于電極中界面缺乏有效接觸和結構不均勻等,其他的原因還有副反應和在電解質中的溶解。
2、對錳酸鋰電池安全性能的評測表明:錳酸鋰電池耐熱沖擊和穿刺能力強,但短路會引起防爆膜破裂,而過充則會發生起火、爆炸。
四、錳酸鋰電池的市場化:
錳酸鋰電池的價格便宜是其最大的優勢,但是較差的循環性能和電化學穩定性限制了錳酸鋰電池的產業化,目前主要應用于鉛酸電池替代品及大型或者價格敏感的應用市場,通過摻雜技術提高其性能是擴大錳酸鋰電池應用范圍的有效方法。
18650電池
18650電池充電可以分解為18650電池充電方法、18650電池充電條件設置及18650電池充電注意事項等。
討論18650電池充電的前提是:18650鋰電池和18650鋰電池充電器是合格的。 在選擇了正宗的電池和充電器后,18650電池充電也非常簡單,以單支18650電池設計的鋰電池充電器來說,一般座充的充電器,只要從充電器的充電端引出正負極的線分別接到電池上就行了,有些設計可以直接用其生產的手機充電器。
然而,在充電器質量沒有保證的情況下會否擔心充電器誤判呢?這個問題是存在的,有兩種補救誤判的方法可以考慮參照:一是用電壓表測試,如果電池電壓在4.2V就行了,另外一種方法就是充電10小時左右斷電,之所以取10小時這個數值是由18650電池的容量設定為基礎的。普通的18650電池容量在1800~3000mAh區間,尤以2000~2600mAh最多,因此,選擇350mA和400mA的充電器最多,按照公式: 18650電池充電時間=電池容量÷充電電流×1.5(系數)
一般的18650電池充電10個小時基本滿電,由于廠家的充電器一般都設有恒流充電后的恒壓充電,所以10個小時不必考慮過充。上例18650電池充電是否充滿的的標準也可以用于其他鋰電池時參照。 雖然廠家在充電器設計中已經考慮了充電條件,但我們還是要注意一些問題充電器解決不了的問題:
1、標準充電電流0.2C,即標稱容量的五分之一,按照市面上18650電池的容量設計,一般以350mAh或者400mAh的就行了;
2、控制充電時的極限溫度,盡量避免在0℃以下充電,否則,將嚴重影響電池壽命;
3、有些電池和充電器沒有設置保護電路,那就會造成電池充電異常,過充有可能影響到電池性能,或者波及充電器的正常狀態,上面說過避免過充的方法;
4、當電量過低時即可對18650電池充電,而不必等到電池電量放到終止電壓,以免過放現象的發生。
18650電池應用領域極廣,舉以筆記本電腦為代表的消費電子以及工業儀器、醫療器械等行業的使用者,都對18650電池充電的安全性、重要性有所認識,消費者要加強對18650電池充電知識的了解,按照科學的18650電池充電方法操作,從而在應用中體現出經濟效益來。
鈷酸鋰電池
鈷酸鋰電池是以合成的鈷酸鋰(化學分子式LiCoO2)化合物作為正極材料活性物質的鋰離子電池,在所有的充電鋰電池中,鈷酸鋰是最早應用的正極材料,鈷酸鋰電池也是循環性能最好的。
一、鈷酸鋰電池的優勢:
鈷酸鋰電池是電化學性能優越的鋰電池,容量衰減率小于0.05%,首次放電比容量大于135mAh/g,電池性能穩定,一致性好,另外,在工藝上容易合成,安全性能好。鈷酸鋰電池的工作溫度為-20~55℃。
二、鈷酸鋰電池的不足:
1、鈷的價格高,僅產于非洲的一部分地區,有地域紛爭及價格變動的風險;2、LiCoO2的巖鹽性結構,可去除的鋰僅為原來比例的大約50%,就是說,過充時基本結構會發生破壞,失去可逆充放電循環,這使得鈷酸鋰電池存在過充安全隱患,需要附加電路保護板;3、熱穩定性和毒性指標不夠理想,對策較為復雜。
三、鈷酸鋰電池的制備,主要技術表現在鋰粉的制造上:鈷酸鋰電池使用液相合成工藝,將鋰鹽、鈷鹽分別溶解在聚乙烯醇和聚乙二醇溶液中,混合后的溶液經加熱濃縮成凝膠,凝膠體在高溫下煅燒形成的粉體碾磨過篩即得到鈷酸鋰粉。
四、鈷酸鋰電池的應用:鈷酸鋰電池因具有容易合成、電壓平臺高、比能量適中,特別是循環性能優越,而成為鋰離子電池的主流。但是鈷儲量的不足和制備中對其毒性與過充的克服,加大了鈷酸鋰電池的成本,因而鈷酸鋰的市場一般定位于便攜式設備而不適用于大型動力。