三元材料锂电池是怎么回事(二)

1三元材料锂电池是怎么回事（二）———锂电池科普知识目前市场上应用于电动自行车的锂电池主要是锰酸锂和三元材料两种，如下将这两种材料的优缺点做简单对比项目三元材料锰酸锂安全性材料三元材料中一般含钴、镍，其分子结构为层状结构，分子易塌陷、脱氧，从而导致内部安全问题锰酸锂属于尖晶状结构，热稳定性好容量等级因为三元材料中含有活性很强的材料钴，所以不适合做大容量的锂电池，容量越大，安全越不容易保证锰酸锂材料的安全等级更高，在20Ah以下等级的锂电池使用锰酸锂材料有很高的安全等级工作性能重量和体积三元材料克容量和体积容量高，所以相同容量下，其体积较小锰酸锂的克容量和体积容量较三元材料小，相同容量的重量较大能量因为三元材料中含有元素镍，所以三元材料的锂电池工作电压平台较锰酸锂低（3.6V）,所以相同容量的电池，三元材料的电池能量较低锰酸锂工作电压平台高（3.8-3.9V），所以相同容量的电池的能量高；约高5-10%。循环寿命三元材料锂电池约前300次的循环比较平缓，但是过了这个点电池会衰减的非常快；锰酸锂整个循环寿命曲线很平缓；目前的电池组平均循环寿命在600次以上；成本成本三元材料成本高，大约是锰酸锂的1.5倍锰酸锂材料成本较三元材料低B、按外壳包装分硬壳、铝塑膜目前国内可以生产的动力电池，从外壳上可以分成硬壳和铝塑膜两种，一些采用铝塑膜作为电芯外壳的厂家自称是聚合物电芯，实际上，他只是采用了解聚合物电芯的包装形式，实质上是一种液态软包装电芯，和硬壳电芯相比，仅仅是包装材料有有差别，内部结构、化2学体系和工艺方案完全是一样的，其电化学性能基本上是一致的，没有本质区别。从电芯的外壳上来区分，目前应用于电动自行车的锂电池主要有钢壳和铝塑膜两种包装，以下就这两种包装的电芯对比：硬壳铝塑膜安全性能安全性能好，在电芯跌落、振动、磕碰时，不会产生安全隐患；电芯安全性能的设计比较关键，对电芯的安全性有重要影响因为采用的是铝塑膜包装，包装层厚度仅0.08-0.15mm，轻微的跌落、振动或磕碰时，会引起包装膜的破损，造成安全隐患；重量比能量一般高，星恒电源的单体电芯，10Ah电芯的重量相差约60g循环性能正常情况下，循环性能超过600周，可以达到800-1000周由于采用了铝塑膜作为外包装，而电芯内部实际上仍和硬壳一样，在封装时，必须采用抽真空封口方式，造成的结果是电芯内部电解液量偏少，对电芯的300周后的循环产生不良影响贮存性能电芯的密封采用的是激光焊接密封，电芯内部处于全封闭状态，外界的杂质，尤其是水不会对电芯性能产生影响，电芯可以在很长的时间内保持电性能稳定电芯包装采用的是CPP热封方式密封，不管密封层有多厚，但是CPP是会透水的，在长时间放置时，环境中的水分会透过CPP渗透到电芯内部，当水进入到电芯内部时，会对电芯的性能产生致命的影响C、按极片结构分层叠式、卷绕式电芯内部结构可以分为叠层式和卷绕式两种。对于容量较小（一般指小于2Ah）的电芯，因为其工作中产热量相对较小，同时从批量操作可行性考虑，基本上采用卷绕方式要更多一些，而大容量电芯，则以叠层方式为主。卷绕电芯和叠层方案对电芯性能的影响主要表现以几下几个方面：1、电芯内部热量分布有差异：层叠式层叠电芯在工作时热量分布比较均匀，不会因为高倍率（大电流）放电时电池内部产生严重的温度差。卷绕式2、卷绕电芯内部，在卷绕过程中，会存在一定的应力，当电芯在充放电的时候，会造成应力较大部分的极片产生脱料、容量发挥欠佳等情况，严重的会影响到电芯的安全性能；3、卷绕电芯必须在极片上焊接金属的极耳，此金属极耳的厚度和硬度远高于极片本身，在卷绕过程中，易对隔膜造成压伤，在循环过程中，这种压伤会慢慢扩大，会导致电芯产生安全性问题；4、因为卷绕电芯在工作时产热量不均匀，尤其是金属极耳部分，产热量更高，这样极片的不同部位的工作环境产生差异，温度高的部分，循环性能变差，最终导致整个电芯的电性能失效。3D、按电解液状态分液态、固态锂离子电池按照电池内部电解液来分类可分为液态、固态两种。目前市场应用的锂电基本使用是液态电解液，即使聚合物电池也是采用基本液态电解液。1、电池组的基本构成及各部件的介绍层叠式卷绕式示意图优点1、温度分布均匀2、电芯内阻小3、内部没有应力存在1、体积能量密度大2、易实现产业自动化缺点1、体积能量密度小2、市场上买不到现成的产业自动化设备1、内部温度分度不均匀2、内部有应力存在3、电芯内阻大安全性叠层式电芯内部温度分布均匀、没有应力存在且电芯内阻小，从设计的角度发生异常的几率大大降低，安全性大大提升；在放电过程中由于内部温度分布的不均匀、电芯内阻大且存在内部应力，从设计的角度出发，大大提升了电芯内部发生异常的几率，存在安全隐患；功能性由于内部温度分布均匀加上内阻小，使电芯在放电过程中的温升大大降低，对电池的循环寿命有很大的好处；由于电芯的内阻小，实际放电过程中电芯的温升小，所以比较适合于大电流放电，电池的倍率性能好；放电时温度分布不均匀，且电芯内阻大，容易造成电芯内部的温度高的地方先衰竭，造成电池的循环寿命降低；同时因为温度分布不均匀和内阻大也不适合于高倍率放电，电池的倍率性能不好；4电池组关键部件有电芯、保护板和外壳充放电口的设计、外壳的设计以及机械锁的设计必须考虑电池组与整车的安装配合及整体造型美观；电芯的排列要考虑整车的美观，更重要的是要考虑电池组设计适合批量生产的需求；保护板的参数设定必须和控制器的参数设定相匹配，以达到最优工作状态；充电器是电池组系统中不可缺少的部件，其参数的设定必须和保护板的相关参数相匹配，必须要要经过电池制造商的技术确认，不可随意从市场上购买；2、锂电池相关名词解释B．锂离子电芯（Cell）电芯：直接将化学能转换为电能的基本单元装置，包括电极、隔膜、电解质、外壳和端子等，并被设计成可充电。锂离子电芯：含有机溶剂电解质，利用储锂的嵌入化合物或单质作正极和负极的蓄电池，未含有电子控制装置。C．电池组（Battery）由一个或多个单体电池连接而成的可以直接作为电源使用的组合体。它包括外壳、端子，还含有电子控制装置。D．电池组容量（capacity）电池的容量有标称容量与实际容量之分。标称容量：制造商标称的单体电池或电池组容量。指单体电池或电池组在环境温度为23℃±2℃条件下，按标准充电方法充满电后，以2h率放电至终止电压时所提供的电量值，用C2表示，单位为Ah（安时）或mAh（毫安时）。电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率、工作5环境温度等影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。容量常见单位有：mAh、Ah（1Ah=1000mAh）E．电池组的循环寿命（CycleLife）电池的循环寿命不是指电池使用到完全不可以再进行充放电时的次数，而是指电池经100%深度放电其容量减至原来容量的60%左右时的充放电循环次数。星恒锂电池组的循环寿命在600次以上。因为电池固有的化学特性，如果长时间搁置不用也会造成容量衰减，甚至造成寿命终结，所以长时间不用只是搁置，大约过4年也会造成锂电池的寿命终结。我们称之为电池的日历寿命。长时间搁置中的维护对电池非常重要，锂电池制造商一般建议用户每两个月补充电2个小时。F．锂电池的电压标称电压（NominalVoltage）用来表示单体电池或电池组电压的适宜的近似值。标称电压根电池的自身化学特性有关，不受体积、外形等因素影响。例如锰酸锂电芯的标称电压是3.7V，磷酸铁锂的标称电压是3.2V，而镍氢电池的标称电压是1.2V。充电截至电压制造商根据电芯的化学特性和实际使用环境的限制而制定锂电池充满电的电压值。星恒的锂电池一般设定在4.25V。放电截至电压制造商根据电芯的化学特性和实际使用环境的限制而制定锂电池终止放电的电压值。星恒的锂电池一般设定在2.7V。过充与过放当某电芯充电后的电压大于4.25V，我们称之谓此电芯过充；当某电芯放电至电压小于2.7V，我们称之谓此电芯过放；G．电池组的倍率性能（C-Rate）指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数值上等于电池额定容量的倍数，通常以字母C表示。如电池的标称额定容量为10Ah，则10A为1C（1倍率），5A则为0.5C，30A为3C，依次类推。H．电池组的自放电率（self—dischargerate）又称荷电保持能力（chargeorcapacityretention），是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。主要受电池的制造工艺、材料、储存条件影响。自放电率是衡量电池性能的重要参数之一。注：电池充满电开路搁置后，一定程度的自放电属正常现象。IEC标准规定镍氢及镍镉电池充满后在20±2℃条件下开路搁置28天，可允许电池有35%—40%的容量损失；锂离子电池一般小于10%。6I．电池组的放电深度（DOD）指电池放出的容量占额定容量的百分数。※减小放电深度可以大大延长蓄电池的使用寿命※过充过放对电池的寿命有损害。J．电池组的内阻（InternalResistance）电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。内阻大小主要受电池材料、制造工艺、电池结构等因素的影响。电池内阻值大，会导致电池放电工作电压降低，不能高倍率放电等现象，因此内阻是衡量电池性能的一个重要参数。电池内阻包含直流电阻和交流电阻。注：电池的内阻需要用专用内阻测试仪测量，而不能用万用表欧姆档测量。