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锂离子电池的优缺点有哪些?

锂离子电池是以含锂的化合物作正极,在充放电过程中,通过锂离子在电池正负极之间的往返脱出和嵌入实现充放电的一种二次电池。锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。

锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。

锂离子电池有许多显著特点,它的优点主要表现为:

1、电压高:单体电池的工作电压高达3.7-3.8V(磷酸铁锂的是3.2V、,是Ni-Cd、Ni-MH电池的3倍。

2、比能量大:能达到的实际比能量为555Wh/kg左右,即材料能达到150mAh/g以上的比容量(3-4倍于Ni-Cd,2-3倍于Ni-MH、,已接近于其理论值的约88%。

3、循环寿命长:一般均可达到500次以上,甚至1000次以上,磷酸铁锂的可以达到8000次。对于小电流放电的电器,电池的使用期限,将倍增电器的竞争力。

4、安全性能好:无公害,无记忆效应。作为Li-ion前身的锂电池,因金属锂易形成枝晶发生短路,缩减了其应用领域:Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素;部分工艺(如烧结式、的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”,严重束缚电池的使用,但Li-ion根本不存在这方面的问题。

5、自放电小:室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2%左右,大大低于Ni-Cd的25-30%,Ni-MH的30-35%。

6、快速充电:1C充电30分钟容量可以达到标称容量的80%以上,磷铁电池可以达到10分钟充电到标称容量的90%。

7、工作温度:工作温度为-25~45°C,随着电解液和正极的改进,期望能扩宽到-40~70°C。

锂离子电池也有一些不足,主要表现在以下几个方面:

1、衰老:与其它充电电池不同,锂离子电池的容量会缓慢衰退,与使用次数有关,也与温度有关。这种衰退的现象可以用容量减小表示,也可以用内阻升高表示。因为与温度有关,所以在工作电流高的电子产品更容易体现。用钛酸锂取代石墨似乎可以延长寿命。

2、回收率:大约有1%的出厂新品因种种原因需要回收。

3、不耐受过充:过充电时,过量嵌入的锂离子会永久固定于晶格中,无法再释放,可导致电池寿命短。

4、不耐受过放:过放电时,电极脱嵌过多锂离子,可导致晶格坍塌,从而缩短寿命。

近年来,锂离子电池的应用范围越来越广泛,锂电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统,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。目前锂电池已逐步向电动自行车、电动汽车等领域拓展。

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