鋰離子電池在使用過程中,需要使用保護電路,包括過充電保護、過電流/短路保護和過放電保護等。電池使用過程中,過充電、過放電和過電流都會影 響電池使用壽命和性能,嚴重者會導致鋰離子電池燃燒、爆炸,所以每塊鋰離子電池都要安裝一塊安全保護板,由一塊專用IC和若干個外部元件組成。通過保護環 路有效監測並防止對電池產生損害,防止過充、過放和短路造成的燃燒、爆炸等危險。鋰離子電池保護電路及其管理系統每年有幾十億美元的市場,市場潛力很大。
鎳氫電池
鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成,電量儲備比鎳鎘電池多30%,比鎳鎘電池更輕,使用壽命也更長,並且對環境無污染,無記憶效應。鎳氫電池的缺點是價格鎳鎘電池要貴好多,性能比鋰電池要差。
鋰離子電池
以鋰離子電池為材料的一種高能量密度電池。鋰離子電池還是一種智慧電池,它可以與專用原裝智慧充電器配合,達到最短的充電時間、最大的壽命週期及最大的容量。鋰離子電池是目前性能最好的電池。與同樣大小的鎳鎘電池、鎳氫電池相比,電量儲備最大,重量最輕、壽命最長、充電時間最短,無記憶效應。
可充電電池主要有鉛酸蓄電池和鹼性蓄電池兩種。目前使用的鎳鎘(NiCd)、鎳氫(NiMH)和鋰離子(Li-Ion)電池都是鹼性電池。
鎳氫電池NiMH電池正極板材料為NiOOH,負極板材料為吸氫合金。電解液通常用30%的KOH水溶液,並加入少量的NiOH。隔膜採用多孔維尼綸無紡布或尼龍無紡布等。NiMH電池有圓柱形和方形兩種。
鋰離子電池在使用過程中,需要使用保護電路,包括過充電保護、過電流/短路保護和過放電保護等。電池使用過程中,過充電、過放電和過電流都會影響電池使用 壽命和性能,嚴重者會導致鋰離子電池燃燒、爆炸,所以每塊鋰離子電池都要安裝一塊安全保護板,由一塊專用IC和若干個外部元件組成。通過保護環路有效監測 並防止對電池產生損害,防止過充、過放和短路造成的燃燒、爆炸等危險。鋰離子電池保護電路及其管理系統每年有幾十億美元的市場,市場潛力很大。
電池管理系統是新能源汽車必備的重要零部件,與動力蓄電池組共同構成電池系統,為新能源汽車提供動力。電池管理系統的具體任務主要包括採集電池組中單體電 池的資料、與其他車上零部件進行資料通訊、估計電池組的工作狀態(包括電池的荷電狀態和健康狀態)、對電池實施熱管理、電池組之間單體的電量均衡、電池系 統故障診斷及報警等6項,有的還具備充電管理的能力。
飛輪儲能電池的概念起源於上世紀70年代早期,最初只是想將其應用在電動汽車上,但限於當時的技術水準,並沒有得到發展。直到上世紀90年代由於電路拓撲思想的發展,碳纖維材料的廣泛應用,以及全世界範圍對污染的重視,這種新型電池又得到了高速發展,並且伴隨著磁軸承技術的發展,這種電池顯示出更加廣闊的應用前景,現正迅速地從實驗室走向社會。現在歐美國家已出現實用化產品,而我國在這方面的研究才剛剛起步。
飛輪電池中有一個電機,充電時該電機以電動機形式運轉,在外電源的驅動下,電機帶動飛輪高速旋轉,即用電給飛輪電池“充電”,增加了飛輪的轉速從而增大其動能;放電時,電機則以發電機狀態運轉,在飛輪的帶動下對外輸出電能,完成機械能(動能)到電能的轉換。當飛輪電池發出電的時,飛輪轉速逐漸下降,飛輪電池的飛輪是在真空環境下運轉的,轉速極高(高達200000r/min,使用的軸承為非接觸式磁軸承。據稱,飛輪電池比能呈可達150W ·h/kg,比功率達5000-10000W/kg,使用壽命長達25年,可供電動汽車行駛500萬公里。美國飛輪系統公司已用最新研製的飛輪池成功地把一輛克萊斯勒LHS轎車改成電動轎車,一次充電可行駛600km,由到96km/h加速時間為6.5秒。
3 鋰電池發展的障礙
鋰離子電池也存在許多缺陷:循環壽命短,充電電路複雜,對電池內部保護電路的要求很高等,尤其對全密封鋁殼封裝的鋰離子電池來說,在其安全保護的設計上存在一個極其致命的缺陷。
3.1資源緊缺
地殼中鋰元素的比例約為0.0065%,其丰度在各種元素中居第27位。海水中鋰的總儲量達2600億t,但濃度太小,提煉困難。世界鹽湖鋰資源主要分佈 在智利、阿根廷、中國及美國。花崗偉晶岩鋰礦床主要分佈在澳大利亞、加拿大、芬蘭、中國、津巴布韋、南非和剛果。印度和法國也發現偉晶岩鋰礦床,但是不具 有商業開發價值,目前世界上只有少數國家擁有可經濟開發利用的鋰資源。
中南大學化學電源與材料研究所所長唐有根表示,即便是鋰的成本和安全性的問題全部解決了,今後用鋰電池替代汽油的話,也滿足不了全部需求,因為這相當於用一種緊缺的資源去替代另一種緊缺的資源。
3.2冶煉污染
1 什麼是鋰離子電池
鋰離子電池(LithiumIon Battery,縮寫為LIB),又稱鋰電池。鋰電池分為液態鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)2類。其中,液態鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二次電池。電池正極採用鋰化合物LiCoO2或LiMn2O4,負極採用鋰 -碳層間化合物。
綠色環保電池是指近年來已投入使用或正在研製、開發的一類高性能、無污染電池。目前已經大量使用的金屬氫化物鎳蓄電池、鋰離子蓄電池和正在推廣使用的無汞鹼性鋅錳原電池和可充電電池以及正在研製、開發的鋰或鋰離子塑膠蓄電池和燃料電池等都屬於這一範疇。此外,目前已廣泛應用並利用太陽能進行光電轉換的太陽電池(又稱光伏發電),也可列入這一範疇。
金屬氫化物鎳蓄電池(Ni-MH)與鎘鎳蓄電池(Ni-Cd)有相同的工作電壓(1.2V),但由於採用稀土合金或TiNi合金貯氫材料作為負極活性物質,取代了致癌物質鎘,不僅使這種新型電池成為一種綠色環保電池,而且使電池的比能量提高了近40%,達到60-80Wh/kg和210-240Wh/L。這種電池是90年代初逐步實現產業化,並且首先使用於手機電池。目前雖然它在手機上的主導地位逐步被鋰離子電池取代,但是在歐美手機應用中,其市場佔有率仍在50%左右。
一.重量方面
以每一個單元電池的電壓來看,鎳氫與鎳鎘都是1.2V,而鋰電池確為3.6V,鋰電池的電壓是其他兩者的3倍。並且同型電池的重量鋰電池與鎳鎘電池幾乎相等,而鎳鎳氫電池卻比較重。可知,每一個電池本身重量不同,但鋰電池因3.6V高電壓,在輸出同等電壓的情況下使的單個電池組合時數目可減少3分之1而使成型後的電池重量和體積減小。
二.記憶效應
鎳氫電池與鎳鎘電池相同都有記憶效應。因此,定期的放電管理也是必需的。這種定期放電管理屬於模糊狀態下被處理,甚至也有些在不正確的知識下進行放電(每次放電或者使用幾次後進行放電都因公司的不同而有所差異)這種煩瑣的放電管理在使用鎳氫電池時是無法避免的。相對的鋰電池而言因為完全沒有記憶效應,在使用上非常方便簡單。它完全不必理會殘餘電壓多少,直接可進行充電,充電時間自然可以縮短。
三.自放電率
鎳鎘電池為15~30%(月)。鎳氫電池為25~35%(月),鋰電池為2~5%(月)。以上鎳氫電池的自放電率為最大,而鋰電池的特長與其他兩類電池相比放電率極低。
四.充電方式
磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。一般用來做鋰離子二次電池。現在主要方向是動力電池,與NI-MH、Ni-Cd電池相比,其主要優勢為:
可充電次數多
長壽命鉛酸電池的迴圈壽命在300次左右,最高也就500次磷酸鐵鋰電池,而磷酸鐵鋰動力電池,迴圈壽命達到2000次以上,標準充電(5小時率)使用,可達到2000次。
使用壽命長
同品質的鉛酸電池最多也就1-1.5年時間,而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用,將達到7-8年。綜合考慮,性能價格比將為鉛酸電池的4倍以上。
使用安全
磷酸鐵鋰完全解決了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題,鈷酸鋰和錳酸鋰在強烈的碰撞下會產生爆炸對消費者的生命安全構成威脅,而磷酸鐵鋰以經過嚴格的安全測試即使在最惡劣的交通事故中也不會產生爆炸。
可大電流快速放電
可大電流2C快速充放電,在專用充電器下,1.5C充電40分鐘內即可使電池充滿,起動電流可達2C,而鉛酸電池現在無此性能。
含義
氣電池,是化學電池的一種。構造原理與乾電池相同,所不同的只是它的去極劑取自空氣中的氧。例如有一種空氣電池,以鋅為陽極,以氫氧化鈉為電解液,而陰極是多孔的活性炭,因此能吸附空氣中的氧以代替一般乾電池中的去極劑(二氧化錳)。
分類
空氣電池具體可分為:鋅空氣電池,鋁空氣電池,鋰空氣電池,鐵空氣電池等。