鋰離子電池的優缺點及其發展?

鋰離子電池自其原形誕生以來,隨著技術的不斷進步,其效能較以前有了明顯提高。就目前的化學二次電源來看,它具有無可替代的作用。下面對其一些優點和缺點進行簡單的說明。

工具/原料

鋰離子電池/二次電源

方法/步驟

1、鋰離子電池的優點

① 能量密度高,其體積能量密度和質量能量密度分別可達450W.h/dm3 和150W.h/kg,而且還在不斷提高。例如,對於圓柱形18650鋰離子電池而言,比能量密度、比功率密度等自1999年以來得到了明顯提高,如圖1-2所示。最高的質量能量密度達到193W.h/kg,比1999年報道的高90%,只比美國能源部的長期目標200W.h/kg低5% (Annex V.TheInternational Energy Agency Implementing Agreement for Electric

Vehicle Technologies and Programs.Out-look Document,1996~1997.16)。電池的能量密度自1999年來提高了2倍,比美國能源部的長期目標300W.h/dm3 高約70%。

圖1-2 18650型鋰離子電池的能量密度發展趨勢
● 質量比能量;■ 體積比能量

② 平均輸出電壓高 (約3.6V),為Ni-Cd、Ni-MH電池的3倍。
③ 輸出功率大。
④ 自放電小,每月10%以下,不到Ni-Cd、Ni-MH的一半。
⑤ 沒有Ni-Cd、Ni-MH電池一樣的記憶效應,迴圈效能優越。
⑥ 可快速充放電,1C充電時容量可達標稱容量的80%以上。
⑦ 充電效率高,第1次迴圈後基本上為100%。
⑧ 工作溫度範圍寬,-30~+45℃,隨著電解質和正極的改進,期望能拓寬到-40~+70℃,低溫有可能拓展到-60℃。
⑨ 殘留容量的測試比較方便。
⑩ 無需維修。
⑪ 對環境較為 “友好”,稱為綠色電池。
⑫ 使用壽命長,100% DOD充放電可達900次以上 (圖1-3)『3』;當採用淺深度 (30%DOD)充放電時,迴圈次數已經超過了5000次。

圖1-3 鋰離子電池在100%DOD
進行充放電的迴圈效能

鋰離子電池的優缺點及其發展

鋰離子電池的優缺點及其發展

2、鋰離子電池的缺點
當然,鋰離子電池也有一些不足之處:
① 成本高,主要是正極材料LiCOO2 的價格高,隨著正極技術的不斷髮展,可以採用LiMn2O4、LiFePO4 等為正極,從而有望大大降低鋰離子電池的成本;
② 必須有特殊的保護電路,以防止過充或過放;
③ 與普通電池的相容性差,因為一般要在用3節普通電池 (3.6V)的情況下才能用鋰離子電池進行替代。
同其優點相比,這些缺點不成為主要問題,特別是用於一些高科技、高附加值產品中,因此應用範圍非常廣泛。

3、鋰離子電池的發展
表1-2為鋰離子電池的發展情況。我國從1997年起開始鋰離子電池的產業化研製和開發,2000年左右基本上研究開發成功。2001年起為我國鋰離子電池的迅速發展和擴張時期。圖1-4為全球鋰離子電池產值和產量隨時間的發展趨勢。目前中國的鋰離子電池生產處於 “戰國”時代,產品質量參差不齊有高檔、中檔、低檔產品,甚至不合格產品也流入市場。隨著市場規律不斷起作用和國家標準不斷強制實施,不合格產品和低檔產品將逐漸退出市場,取而代之的是中、高檔產品。估計2010年以後的競爭將是中、日、韓三國爭雄的局面。

圖1-4 全球鋰離子電池產值和產量隨時間的發展趨勢
芒表示預期;f表示推測

鋰離子電池的優缺點及其發展

鋰離子電池的優缺點及其發展

注意事項

鋰離子電池能量密度高,其體積能量密度和質量能量密度一定要達到;

鋰離子的成本較高,可利用LiMn2O4、LiFePO4 等為正極,從而有望大大降低鋰離子電池的成本;

充電效率高,第1次迴圈後基本上為100%。

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