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鋰電池種類,鋰電池工作原理介紹

來源:存能電氣  日期:2019-04-19 16:55  瀏覽量:

  鋰電池種類,鋰電池工作原理介紹。隨著便攜式產品的迅猛發展,各種電池的用量大增,并且開發出許多新型電池。鋰電池的一般是由正極材料和負極材料組成的。正極材料包含有鎳酸鋰、錳酸鋰、三元、酸鋰、磷酸亞鐵鋰等,而負極材料一般是有無定形碳材料、石墨化碳材料、硅基材料、氮化物、新型合金等。本文存能電氣小編就來說說鋰電池的種類和原理。

  鋰電池種類有哪些?

  鋰電池通常分兩大類:鋰金屬電池:鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。

  鋰離子電池:鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。

鋰電池種類.jpg

  ①鈷酸鋰電池

  其高比能量使鈷酸鋰電池成為手機,筆記本電腦和數碼相機的熱門選擇。電池由氧化鈷陰極和石墨碳陽極組成。陰極具有分層結構,在放電期間,鋰離子從陽極移動到陰極,充電過程則流動方向相反。鈷酸鋰電池在高比能量方面表現出色,但在功率特性、安全性和循環壽命方面只能提供一般的性能表現。

  ②錳酸鋰電池

  錳酸鋰是較有前景的鋰離子正極材料之一,相比鈷酸鋰等傳統正極材料,錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優點,是理想的動力鋰電池正極材料,但其較差的循環性能及電化學穩定性卻大大限制了其產業化。錳酸鋰主要包括尖晶石型錳酸鋰和層狀結構錳酸鋰,其中尖晶石型錳酸鋰結構穩定,易于實現工業化生產,如今市場產品均為此種結構。

  優點:價格便宜;低溫性能好,在零下負20度放電能有90%以上的效率;安全性能佳。

  缺點:高溫度性能差;循環壽命低;克比容量低;倍率放電差

  ③磷酸鐵鋰電池

  磷酸鐵鋰電池具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜,壽命長等優點,是新一代鋰離子電池的理想正極材料。磷酸鐵鋰電池也有其缺點,例如磷酸鐵鋰正極材料的振實密度較小,等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池,因此在微型電池方面不具有優勢。

  磷酸鐵電池的標稱電壓是3.2V、終止充電電壓是3.6V、終止放電壓是2.0V。由于各個生產廠家采用的正、負極材料、電解質材料的質量及工藝不同,其性能上會有些差異。

  ④三元聚合物鋰電池

  三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池,鋰離子電池的正極材料有很多種,主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優點,具有容量高、成本低、安全性好等優異特性,其在小型鋰電中逐步占據一定的市場份額,并在動力鋰電領域具有良好的發展前景。

  三元鋰電池能量密度高,循環性能好于正常鈷酸鋰。目前,隨著配方的不斷改進和結構完善,電池的標稱電壓已達到3.7V,在容量上已經達到或超過鈷酸鋰電池水平。

  ⑤鎳鈷錳酸鋰

  鎳鈷錳酸鋰是鋰離子電池的關鍵材料之一。鈷酸鋰是目前應用最廣的電池材料,但鈷資源日益匱乏,價格昂貴,且鈷酸鋰電池在使用過程中存在安全隱患。

  與錳酸鋰類似,這個體系可以定制用作能量電池或功率電池。例如,中等負載條件下的18650電池中的NMC具有約2,800mAh的容量并且可以提供4A至5A放電電流;同一類型的NMC在針對特定功率進行優化時,容量僅為2,000mAh,但可提供20A的連續放電電流。

  ⑥鈦酸鋰電池

  鈦酸鋰電池是一種用作鋰離子電池負極材料-鈦酸鋰,可與錳酸鋰、三元材料或磷酸鐵鋰等正極材料組成2.4V或1.9V的鋰離子二次電池。此外,它還可以用作正極,與金屬鋰或鋰合金負極組成1.5V的鋰二次電池。由于鈦酸鋰的高安全性、高穩定性、長壽命和綠色環保的特點。

  鈦酸鋰作為負極材料時電位平臺高達1.55V,比傳統石墨負極材料高出1V還多。鈦酸鋰電池具有體積小、重量輕、能量密度高、密封性能好、無泄露、無記憶效應、自放電率低、充放電迅速、循環壽命超長、工作環境溫度范圍寬、安全穩定綠色環保等特點,所以在通信電源領域具有非常廣泛的應用前景。

  ⑦18650鋰電池

  18650型鋰電是電子產品中比較常用的鋰電池,常在筆記本電腦的電池中作為電芯使用。其型號的定義法則為:如18650型,即指電池的直徑為18mm,長度為65mm,圓柱體型的電池。18650電池壽命理論為循環充電1000次。由于單位密度的容量很大,所以大部份用于筆記本電腦電池,除此之外,因18650在工作中的穩定性能非常好,廣泛應用于各大電子領域:常用于高檔強光手電、隨身電源,無線數據傳輸器,電熱保暖衣、鞋,便攜式儀器儀表,便攜式照明設備,便攜式打印機,工業儀器,醫療儀器等。

  鋰電池工作原理

  正極材料:LiMn2O4,負極材料:石墨

  充電時正極的Li+和電解液中的Li+向負極聚集,得到電子,被還原成Li鑲嵌在負極的碳素材料中。放電時鑲嵌在負極碳素材料中的Li失去電子,進入電解液,電解液內的Li+向正極移動。當對電池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。

  以上就是鋰電池種類,鋰電池工作原理的介紹,鋰電池在現代生活中扮演的角色越來越重要,從智能手機再到電動車和電動汽車,處處可見鋰電池的身影,鋰電池成為電池商用的主流。

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