1.所有的鋰原電池安全性都很差,有爆炸的危險。
2.鈷酸鋰鋰離子電池不能大電流放電,安全性差。
3.鋰離子電池需要保護電路,防止電池過度充電和放電。
4.生產要求高,成本高。
鋰電池是以鋰金屬或鋰合金為負極材料,非水電解質溶液的電池。鋰電池不同於鋰離子電池,前者是原電池,後者是充電電池。由於金屬鋰的化學特性非常活潑,金屬鋰的加工、儲存和使用對環境的要求非常高,所以鋰電池的應用時間並不長。20世紀末微電子技術的發展,小型化的器件越來越多,對電源提出了很高的要求,鋰電池進入了大規模實用階段。
電池特性
高能量密度
鋰離子電池的重量是同容量鎳鎘或鎳氫電池的壹半,體積是鎳鎘的20-30%,鎳氫的35-50%。
高電壓
單節鋰離子電池的工作電壓為3.7V(平均),相當於三節鎳鎘或鎳氫電池串聯在壹起。
無汙染的
鋰離子電池不含鎘、鉛、汞等有害金屬物質。
無金屬鋰
鋰離子電池不含金屬鋰,因此不受《禁止攜帶鋰電池上客機條例》的限制。
高循環壽命
正常情況下,鋰離子電池充放電循環可超過500次,磷酸亞鐵鋰(以下簡稱磷鐵)可達2000次。
無記憶效應
記憶效應是指鎳鎘電池在充放電循環過程中容量下降的現象。鋰離子電池不存在這種效應。
快速充電
鋰離子電池使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器可在1.5-2.5小時內充滿電:新開發的磷鐵鋰電池可在35分鐘內充滿電。
安全
為了避免因使用不當造成的過放電或過充電,在單體鋰離子電池中安裝了三重保護機制。壹是利用開關元件,當電池內溫度升高時,其電阻會升高,溫度過高時會自動停止供電;其次,當溫度上升到壹定值時,隔膜上的微米級微孔會自動溶解,使鋰離子無法通過,電池內部反應停止;三是設置安全閥(即電池頂部的排氣孔)。當電池內部壓力上升到壹定值時,安全閥會自動打開,保證電池的安全。
有時,雖然電池本身有安全控制措施,但由於某些原因,控制失效,沒有安全閥或氣體無法通過安全閥釋放,電池內部壓力會急劇上升,引起爆炸。
壹般來說,鋰離子電池儲存的總能量與其安全性成反比。隨著電池容量的增大,電池體積也在增大,其散熱性能越來越差,會大大增加發生事故的可能性。對於手機用鋰離子電池,基本要求是安全事故概率要小於百萬分之壹,這也是大眾可以接受的最低標準。對於大容量鋰離子電池,尤其是汽車用的,采用強制散熱顯得尤為重要。
選擇更安全的電極材料和錳酸鋰材料,從分子結構上保證了正極的鋰離子在完全充電狀態下已經完全嵌入負極的碳孔中,從根本上避免了枝晶的產生。同時,錳酸鋰的穩定結構使其氧化性能遠低於鈷酸鋰,分解溫度超過鈷酸鋰的100℃。即使因外力而發生內部短路(針刺)和外部短路,過充時也能完全避免析出的金屬鋰引起燃燒爆炸的危險。
另外,使用錳酸鋰材料可以大大降低成本。
要提高現有安全控制技術的性能,首先要提高鋰離子電池電芯的安全性能,這對於大容量電池尤為重要。選擇具有良好熱關斷性能的隔膜。隔膜的作用是隔離電池的正負極,讓鋰離子通過。當溫度上升時,隔膜在熔化前閉合,使內阻上升到2000歐姆,內部反應停止。
當內部壓力或溫度達到預設標準時,防爆閥就會打開,開始泄壓,以防止內部氣體積聚過多而變形,最終導致殼體爆裂。
提高控制靈敏度,選擇更靈敏的控制參數,采用多參數聯合控制(這對大容量電池尤為重要)。對於大容量鋰離子電池組,它由多個電池串聯/並聯而成。比如筆記本電腦的電壓在10V以上,容量比較大。壹般3-4節單體電池串聯起來滿足電壓要求,然後2-3節串聯電池並聯起來保證比較大的容量。
大容量電池組本身必須配備相對完善的保護功能,要考慮兩種電路板模塊:保護板PCB模塊和智能電池規板模塊。完整的電池保護設計包括:1級保護IC(防止電池過充、過放和短路)、2級保護IC(防止二次過壓)、保險絲、LED指示燈、溫度調節等部件。
在多級保護機制下,即使電源充電器和筆記本電腦出現異常,筆記本電池也只能轉入自動保護狀態。如果情況不嚴重,經常可以在插拔壹次後正常工作,不會爆炸。
筆記本電腦和手機使用的鋰離子電池底層技術不安全,需要考慮更安全的結構。
總之,隨著材料技術的進步,以及人們對鋰離子電池設計、制造、測試和使用要求的更深入了解,未來的鋰離子電池會變得更加安全。