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移动电源锂离子电池须了解清楚几个概念
日期:2014-5-9    点击:

今天,移动电源十大品牌-优及带您彻底了解影响锂离子电池性能的要素,在此之前,必须先知道锂离子电池的放电/充电的原理和一般结构组成。

  一般来说,化学电池都是靠正极、负极活性物质在氧化还原反应(正极化合物失电子、负极化合物得电子)过程中,把化学能转化为电能。锂离子电池相对普通化学电池有什么特殊么?没有。锂离子电池之所以强调“锂离子”三字,是因为其正负极活性物质是含锂化合物。

  既然本质上都是氧化还原反应,锂离子电池具体又是如何产生电流的呢——靠的是正极/负极层状物质晶体中,锂离子不断的嵌入/脱嵌,具体如图:

  我们都知道,锂离子电池是由正极、负极、电解质三个基本部分组成。正极和负极作为存储锂离子的载体——层状物质晶体,充电时,锂离子从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡。放电时则相反,锂离子从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极,正极处于富锂态。

  目前,负极材料是确定的,一般采用的是碳素材料——石墨(锂离子嵌入碳化合物);所以,与负极材料对应的正极材料这个“锂离子容器”,其储藏的锂离子越多、密度越大,锂离子电池储存的电量就越大;其晶体结构的化学性质越是稳定,锂离子电池的安全性就越高;其老化特性(即随着使用时间增长发生的材料变形,晶体结构破坏,内阻逐渐升高)越不明显,锂离子电池的循环次数越多。一句话总结,不同的正极材料,很大程度上决定了锂离子电池的容量、安全性、寿命。

  (钴酸锂层状晶体正极示意图)

  基本我们可以这么说,决定锂离子电池性能的关键,是正极材料,而不同正极材料比拼的,是含锂化合物晶体结构的稳定性、嵌入锂离子数量、老化特性。

  目前锂离子电池使用的正极材料,有包括层状结构的钴酸锂、镍酸锂,尖晶石结构的锰酸锂(同样也有层状结构的锰酸锂LiMnO2),橄榄石结构的磷酸铁锂,和三元材料(简单点可以看做钴锂、镍锂、锰锂某种程度的“混合”),它们各有优缺点。不过由于各个公司的研发和生产水平不同,对于不同的正极材料,各种流行的说法大家争论不休,这里只列举一家公司公开的数据来做对比:

  参数说明:

  电压越高,充放电功率也越大,在电池容量一定的情况下,意味着更快的充放电(不考虑控制芯片作用的情况下)。另外,正极材料电压不同,也要求配合不同的电解质,这样才能充分发挥锂离子电池的性能。

  振实密度,也称压实密度,是指面密度/极片碾压后的厚度(集流体厚度) ,单位:g/cm3。一般来说,压实密度越大,电池的容量就能做的越高,所以压实密度也被看做材料能量密度的参考指标之一。不过压实密度讲求的是合适,过大或过小,都不利于锂离子的嵌入嵌出。而合适的正极压实密度,可以增大电池的放电容量,减小内阻,减小极化损失,延长电池的循环寿命。

  循环寿命很好理解,就是衡量正极材料老化特性。

  总结

  很明显,不考虑还未实用的磷酸铁锂,目前综合性能最优的材料还是三元材料。至于钴酸锂,性价比最高,所以目前也是使用最广的。

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