锂离子电池的应用特性 优缺点
(1)电压高
锂离子电池单体由于使用的正极材料不同,其额定电压也有所不同,最高可 达 3.8V。锂离子电池的电压是镍镉、镍氢电池的 3 倍,是铅酸电池的近 2 倍,这也是锂离子动 力蓄电池比能量高的一个重要原因。组成具有相同电压的动力蓄电池组时,所使用的锂离子动力蓄电池的串联数目会大大少 于铅酸电池和镍氢电池。而动力蓄电池中单体电池数量越多, 电池组中单体电池的一致性要求 就越高,寿命就越难以控制。在实际使用过程中,当电池组发生故障时,一般是其中一两个单 体电池出现问题,然后导致整组电池出现问题。
因此,不难理解 48V 的铅酸电池比 36V 的铅 酸电池故障率高的原因,从这个角度上来讲,锂离子电池更适合作为动力蓄电池使用。例如, 36V 的锂离子电池组只需要 10 个单体电池即可;而 36V 的铅酸电池组则需要 18 个单体电池, 即 3 个 12V 的电池组,而每个 12V 的铅酸电池组又由 6 个单体电池组成。
(2 )能量密度大
比能量大,高达 150W ·h/kg,是镍氢电池的 2 倍,是铅酸电池的 4 倍。因此, 锂离子电池的质量是相同能量铅酸电池的 1/4~1/3。从这个角度来讲,锂离子电 池消耗的资源就少,而且锰酸锂电池中所使用元素的储量也比较多。其体积小,能量密度高 达 400W ·h/L,体积是相同能量铅酸电池的 1/3~1/2,提供了更合理的结构和更美观的外形设 计条件、设计空间。
(3 )寿命长 锂离子电池的循环次数可达 1000 ~ 3000 次。以容量保持在 70% 计算,电 池组 100% 充放电循环次数可以达到 2000次以上,使用年限可达 5 ~ 8 年,寿命为铅酸电池的 2 ~ 3 倍。随着技术的革新,锂离子电池的寿命会越来越长,性价比将越来越高。
(4 )应用范围宽
低温性能好,可在 −40 ~ 55℃之间工作。而水溶液电池(如铅酸电池、 镍氢电池)在低温时,由于电解液流动性变差,会导致性能大大降低。
(5 )无记忆
每次充电前不需要放电,可以随时随地进行充电。电池充放电深度对电池的 寿命影响不大,可以实现全充全放。
(6)无污染
锂离子动力蓄电池中不存在有毒物质,因此被称为绿色电池,是国家重点扶 持项目。而铅酸电池和镉镍电池由于存在有害物质铅与镉,国家必然会加强其监管和治理,相 应企业的成本也会增加。虽然锂离子电池没有污染,但从资源节约的角度考虑,需要综合考虑 锂离子动力蓄电池的回收安全性以及回收成本问题。
(7 )安全隐患
由于锂离子动力蓄电池的能量高、材料稳定性较差,故容易出现安全问题。2013年,世界上知名的手机和笔记本电脑电池(正极材料为钴酸锂和三元材料)生产企业, 如日本三洋、索尼等公司要求电池的爆喷率控制在40 个ppb (十亿分之一)以下,国内公司基 本上能达到 ppm (百万分之一)级别。
(8 )价格高
相同电压和相同容量的锂离子动力蓄电池的价格是铅酸电池的 3 ~ 4 倍。随 着锂离子动力蓄电池市场的扩大、成本的降低、性能的提高,以及铅酸电池价格的提高,锂离 子动力蓄电池的性价比有可能会超过铅酸电池。