锂聚合物电池与普通锂离子电池现状研究对比.pdf
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1、1 / 18 锂聚合物电池与普通锂离子电池 现状分析对比 1、普通锂离子电池 锂离子电池俗称“锂电”,是目前综合性能最好的电池体系。锂离子电池负极 是碳素材料,如石墨。正极是含锂的过渡金属氧化物 ,如 LiMn2O4 。 及镍氢电池 (3040。 无记忆效应。可以根据要求随时充电,而不会降低电池性能。 对环境无污染。锂离子电池中不存在有害物质,是名副其实的“绿色电 池”。 2、锂聚合物电池 锂聚合物电池是更新一代电池,在1999 年大批量进入市场。锂聚合物电池 除电解质是固态聚合物、而不是液态电解质外,其余与锂离子电池基本相同。 聚合物电解质材料是由溶体组成的普通薄膜,在溶体中主体聚合物如聚乙
2、烯 的氧化物作为不移动的溶剂。锂聚合物电池的优点是 2 / 18 可制成任意形状和比较轻,这是因为它不含重金属和有保持电解质不外泄的塑 料壳。它们的性能都较好,理想状态的锂聚合物电池 容量达几千 mA/h,且更安全。固态电解质像一个密封凝胶,在充电过程中不会 轻易自然解体。 3、两种电池的比较 锂聚合物电池和锂离子电池技术都能代替Ni-Gd 电池。但是价格太高,市场还 未完全接受,特别是锂聚合物技术。Darnell集团公司 的分析家 Brush 认为:聚合物电池不会永远比锂离子电池贵,目前的生产情况 确实贵了许多,这就推动了锂离子电池技术的发展。以 前用于笔记本电脑的锂离子电池成本是41.42
3、 美元,用于笔记本电脑的聚合物 电池成本是 60.80 美元。 锂聚合物电池在相同体积下比锂电池容量大,且完全没有记忆效应 负极上发生的反应为 6C+XLi+Xe=LixC6 电池总反应: LiCoO?+6C=Li1-xCoO ?+LixC6 锂电池发展进程 由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环 境要求非常高,所以锂电池生产要在特殊的环境条件下进行。但是由于锂电池 的很多优点,锂电池被广泛的应用在电子仪表、数码和家电产品上。但是,锂 电池多数是二次电池,也有一次性电池。少数的二次电池的寿命和安全性比较 差。 后来,日本索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作正
4、极的锂 电池,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。 当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液 运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子 就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当对电池 进行放电时 ,L 是升( 体积 单位。 锂电池的缺点: 1、锂原电池均存在安全性差,有发生爆炸的危险。 2、钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电,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、生产要求条件高,成本高。 锂原电池简介: 锂- 二氧化锰电池 (CR 以金属锂为负极,以经过热处理的
5、二氧化锰为正极,隔离膜采用PP或 PE 膜,圆柱型电池与锂离子电池隔膜一样,电解液为高氯酸锂的有机溶液,圆柱 式或扣式。电池需要在湿度1% 的干燥环境下生产。 特点:低自放电率,年自放电可1% ,全密封 ( 金属焊接, lazer seal电 池可满足 10 年寿命,半密封电池一般是5 年,如果工作控制不好的话,还达不 6 / 18 到这个寿命。在圆柱型锂锰电池开发方面做得比较好的亿纬,目前已实现自动 化生产,电池可以做到短路、过放电等测试不爆炸。 一般在台式电脑的主板上,有一个扣式的锂电池,提供微弱的电流,可以 正常使用 3 年左右,一些宾馆的门禁卡、仪器仪表等也使用锂- 二氧化锰电 池,近
6、年来使用量逐年下降。 锂- 亚硫酰氯电池 以金属锂为负极,正极和电解液为亚硫酰氯 和聚合物锂离子电池 (PLB两类。 其中,液态锂离子电池是指 Li + 嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用 锂化合物 LiCoO?或 LiMn?O ?,负极采用锂 -碳层间化合物。锂离子电池由于工作 电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿 命长,是 21 世纪发展的理想能源。 锂离子电池 ( 聚合物型 1992年 Sony成功开发锂离子电池。它的实用化,使人们的移动电话、笔记本 电脑等便携式电子设备重量和体积大大减小。使用时间大大延长。由于锂离子 电池中不含有重金属镉,与镍镉电
7、池相比,大大减少了对环境的污染。 锂电池的污染还是有的。 锂离子电池发展史 锂电池 n等。70 年代进入实用 化。因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点,在 一些军事和民用小型电器中使用。现在,锂离子电池应用范围更加广泛,如移 动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等、并部分代替了传统电池,而锂原 电池的应用领域不断缩小。 现在由于数码产品的普及,如手机、笔记本电脑等,使得性能优异的锂离 子电池得到广泛应用。现在,人们习惯上把“锂离子电池”叫做“锂电池”, 要了解请查看“锂离子电池”词条。 锂离子电池发展前景 8 / 18 探地雷达测试仪锂电池 锂电池广泛应用于水力、火力、
8、风力和太阳能电站等储能电源系统,邮电通讯 的不间断电源,以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装 备、航空航天等多个领域。 锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移 动通讯中得到普遍应用。目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试 用,预计将成为 21 世纪电动汽车的主要动力电源之一,并将在人造卫星、航空 航天和储能方面得到应用。随着能源的紧缺和世界的环保方面的压力。锂电现 在被广泛应用于电动车行业,特别是磷酸铁锂材料电池的出现,更推动了锂电 池产业的发展和应用。 电池的基本性能 (1电池的开路电压 (2电池的内阻 (3电池的工作电压 (4充电电压 充
9、电电压是指二次电池在充电时,外电源加在电池两端的电压。充电的基 本方法有恒电流充电和恒电压充电。一般采用恒电流充电,其特点时在充电过 程中充电电流恒定不变。随着充电的进行,活性物质被恢复,电极反应面积不 断缩小,电机的极化逐渐增高。 (5电池容量 电池容量是指从电池获得电量的量,常用C表示,单位常用 Ah或 mAh表 示。容量是电池电性能的重要指标。电池的容量通常分为理论容量、实际容量 和额定容量。 电池容量由电极的容量决定,若电极的容量不等,电池的容量取决于容量 小的那个电极,但决不是正负极容量之和。 (6电池的贮存性能和寿命 化学电源的主要特点之一是在使用时能够放出电能,不用时能贮存电能。
10、所谓 贮存性能对于二次电池来说为充电保持能力。 对于二次电池,使用寿命是衡量电池性能好坏的一个重要参数。二次电池 经过一次充电和放电,称为一个周期,相当于三个串联的镍镉 或镍氢电池。 C. 无污染 锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质。 D. 不含金属锂 锂离子电池不含金属锂,因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等 规定的限制。 E. 循环寿命高 在正常条件下,锂离子电池的充放电周期可超过500 次,磷酸亚铁锂 。DS2720提供了可充电 Li+ 电池所需的所有保护 功能,如:在充电时保护电池、防止电路过流、通过限制电池的放电电压延长 电池寿命。电路如上图。. 简易充电电路 现
11、在有不少商家出售不带充电板的单节锂电池。其性能优越,价格低廉, 可用于自制产品及锂电池组的维修代换,因而深受广大电子爱好者喜爱。有兴 趣的读者可参照图二制作一块充电板。其原理是:采用恒定电压给电池充电, 确保不会过充。输入直流电压高于所充电池电压 3 伏即可。 R1 、Q1 、W1 、 TL431组成精密可调稳压电路, Q2 、W2 、R2构成可调恒流电路, Q3 、R3 、R4、 R5、LED为充电 指示电路。随着被充电池电压的上升,充电电流将逐渐减小, 待电池充满后 R4上的压降将降低,从而使Q3截止, LED将熄灭,为保证电池 能够充足,请在指示灯熄灭后继续充12 小时。使用时请给 Q2
12、 、Q3装上合适 的散热器。本电路的优点是:制作简单,元器件易购,充电安全,显示直观, 并且不会损坏电池通过改变W1可以对多节串联锂电池充电,改变W2可以对 充电电流进行大范围调节。缺点是:无过放电控制电路。 单节锂电池的应用举例 1、作电池组维修代换品有许多电池组:如笔记本电脑上用的那种,经维修 发现,此电池组损坏时仅是个别电池有问题。可以选用合适的单节锂电池进行 更换。 11 / 18 2、制作高亮微型电筒笔者曾用单节3.7V1.4-2.4AH锂电池配合一个白色 超高亮度发光管做成一只微型电筒,使用方便,小巧美观。由于电池容量大, 平均每晚使用半小时,可以使用2-4 月仍无需充电。 3、代
13、替 3V电源 由于单节锂电池电压为3.7V。因此仅需一节锂电池便可代替两节普通电 池,给收音机、随身听、照相机等小家电产品供电,不仅重量轻,而且连续使 用时间长。 锂电池的保存 锂原电池自放电很低,可保存3 年之久,在冷藏的条件下保存,效果会更 好。将锂原电池存放在低温的地方,不失是一个好方法。 锂离子电池在 20下可储存半年以上,这是由于它的自放电率很低,而且 大部分容量可以恢复。 锂电池存在的自放电现象,如果电池电压在3.6V 以下长时间保存,会导致 电池过放电而破坏电池内部结构,减少电池寿命。因此长期保存的锂电池应当 每 36个月补电一次,即充电到电压为3.83.9V:1000 次 循环
14、寿命 (100%DOD:200 次 其中 DOD 是放电深度的英文缩写。从表中可见,可充电次数和放电深度有 关,10%DOD 时的循环寿命要比100%DOD 的要长很多。当然如果折合到实际充电 的相对总容量:10%*1000=100 ,100%*200=200 ,后者的完全充放电还是要比较 好一些,但前面网友的那个说法要做一些修正:在正常情况下,你应该有保留 地按照电池剩余电量用完再充的原则充电,但假如你的电池在你预计第2 天不 可能坚持整个白天的时候,就应该及时开始充电,当然你如果愿意背着充电器 到 办公室又当别论。 而你需要充电以应付预计即将到来的会导致通讯繁忙的重要事件的时候, 即使在电
15、池尚有很多余电时,那么你也只管提前充电,因为你并没有真正损失 “1”次充电循环寿命,也就是“0.x ”次而已,而且往往这个x 会很小。 电池剩余电量用完再充的原则并不是要你走向极端。和长充电一样流传甚 广的一个说法,就是“尽量把机器的电池的电量用完,最好用到自动关机”。 这种做法其实只是镍电池上的做法,目的是避免记忆效应 发生,不幸的是它 也在锂电池上流传至今。曾经有人因为机器电池电量过低的警告出现后,仍然 不充电继续使用一直用到自动关机的例子。结果这个例子中的机器在后来的充 电及开机中均无反应,不得不送客服检修。这其实就是由于电池因过度放电而 导致电压过低,以至于不具备正常的充电和开机条件造
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