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有關(guān)鋰離子電池的特點以及安全性詳解

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年11月26日  

電池特點編輯


高能量密度鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半,體積是鎳鎘的20-30%,鎳氫的35-50%。


高電壓一個鋰離子電池單體的工作電壓為3.7V(平均值),相當于三個串聯(lián)的鎳鎘或鎳氫電池。


無污染鋰離子電池不含有諸如鎘、鉛、汞之類的有害金屬物質(zhì)。


不含金屬鋰鋰離子電池不含金屬鋰,因而不受飛機運輸有關(guān)禁止在客機攜帶鋰離子電池等規(guī)定的限制。


循環(huán)壽命高在正常條件下,鋰離子電池的充放電周期可超過500次,磷酸亞鐵鋰(以下稱磷鐵)則可以達到2000次。


無記憶效應(yīng)記憶效應(yīng)是指鎳鎘電池在充放電循環(huán)過程中,電池的容量減少的現(xiàn)象。鋰離子電池不存在這種效應(yīng)。


快速充電使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器,可以使鋰離子電池在1.5--2.5個小時內(nèi)就充滿電;而新開發(fā)的磷鐵鋰電,已經(jīng)可以在35分鐘內(nèi)充滿電。


安全性編輯


為了防止因使用不當造成電池過放電或者過充電,在單體鋰離子電池內(nèi)設(shè)有三重保護機構(gòu)。一是采用開關(guān)元件,當電池內(nèi)的溫度上升時,它的阻值隨之上升,當溫度過高時,會自動停止供電;二是選擇適當?shù)母舭宀牧希敎囟壬仙揭欢〝?shù)值時,隔板上的微米級微孔會自動溶解掉,從而使鋰離子不能通過,電池內(nèi)部反應(yīng)停止;三是設(shè)置安全閥(就是電池頂部的放氣孔),電池內(nèi)部壓力上升到一定數(shù)值時,安全閥自動打開,保證電池的使用安全性。


有時,電池本身雖然有安全控制措施,但是因為某些原因造成控制失靈,缺少安全閥或者氣體來不及通過安全閥釋放,電池內(nèi)壓便會急劇上升而引起爆炸。


一般情況下,鋰離子電池儲存的總能量和其安全性是成反比的,隨著電池容量的新增,電池體積也在新增,其散熱性能變差,出事故的可能性將大幅新增。關(guān)于手機用鋰離子電池,基本要求是發(fā)生安全事故的概率要小于百萬分之一,這也是社會公眾所能接受的最低標準。而關(guān)于大容量鋰離子電池,特別是汽車等用大容量鋰離子電池,采用強制散熱尤為重要。


選擇更安全的電極材料,選擇錳酸鋰材料,在分子結(jié)構(gòu)方面保證了在滿電狀態(tài),正極的鋰離子已經(jīng)完全嵌入到負極炭孔中,從根本上防止了枝晶的出現(xiàn)。同時錳酸鋰穩(wěn)固的結(jié)構(gòu),使其氧化性能遠遠低于鈷酸鋰,分解溫度超過鈷酸鋰100℃,即使由于外力發(fā)生內(nèi)部短路(針刺),外部短路,過充電時,也完全能夠防止了由于析出金屬鋰引發(fā)燃燒、爆炸的危險。


另外,采用錳酸鋰材料還可以大幅度降低成本。


提高現(xiàn)有安全控制技術(shù)的性能,首先要提高鋰離子電池芯的安全性能,這對大容量電池尤為重要。選擇熱關(guān)閉性能好的隔膜,隔膜的用途是在隔離電池正負極的同時,允許鋰離子的通過。當溫度升高時,在隔膜熔化前進行關(guān)閉,從而使內(nèi)阻上升至2000歐姆,讓內(nèi)部反應(yīng)停止下來。


當內(nèi)部壓力或溫度達到預(yù)置的標準時,防爆閥將打開,開始進行卸壓,以防止內(nèi)部氣體積累過多,發(fā)生形變,最終導(dǎo)致殼體爆裂。


提高控制靈敏度、選擇更靈敏的控制參數(shù)和采用多個參數(shù)的聯(lián)合控制(這關(guān)于大容量電池尤為重要)。關(guān)于大容量鋰離子電池組是串/并聯(lián)的多個電芯組成,如筆記本電腦的電壓為10V以上,容量較大,一般采用3~4個單電池串聯(lián)就可以滿足電壓要求,然后再將2~3個串聯(lián)的電池組并聯(lián),以保證較大的容量。


大容量電池組本身必須設(shè)置較為完善的保護功能,還應(yīng)考慮兩種電路基板模塊:保護電路基板(ProtectionBoardPCB)模塊及SmartBatteryGaugeBoard模塊。整套的電池保護設(shè)計包括:第1級保護IC(防止電池過充、過放、短路),第2級保護IC(防止第2次過壓)、保險絲、LED指示、溫度調(diào)節(jié)等部件。


在多級保護機制下,即使是在電源充電器、筆記本電腦出現(xiàn)異常的情況下,筆記本電池也只能轉(zhuǎn)為自動保護狀態(tài),假如情況不嚴重,往往在重新插拔后還能正常工作,不會發(fā)生爆炸。


筆記本電腦和手機使用的鋰離子電池所采用的底層技術(shù)是不安全的,要考慮更安全的結(jié)構(gòu)。


總之,隨著材料技術(shù)的進步和人們對鋰離子電池設(shè)計、制造、檢測和使用諸方面要求的認識不斷加深,未來的鋰離子電池會變得更安全。


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