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锂电池的选择与使用

能源新闻(稿源) 2022-6-23 14:28 No.1758

新能源汽车的锂电池,就是由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液制作的电池。锂电池具有高储存能量密度,可达到460-600Wh/kg,是铅酸电池的约6-7倍。



锂电池的选择与使用


新能源汽车电池有几种类型

新能源汽车电池有五种,这五种电池分别是:钴酸锂电池,磷酸铁锂电池,镍氢电池,三元锂电池,石墨烯电池。

1、钴酸锂电池:优势:生产技术成熟,能量比高,能量比大约是磷酸铁锂电池的两倍。劣势:高温状态下,稳定性相比镍钴锰酸锂电池、磷酸铁锂电池稍差。

2、磷酸铁锂电池:优势:稳定性是目前车用锂电池中最好的。劣势:能量密度较三元锂电池、钴酸锂电池仍有不小的差距。还有就是当温度低于-5℃的时候,充电效率有所降低。以及在温度过低的情况下,会影响电池的电容。磷酸铁锂电池应用的车型,不适合在北方行驶,尤其是东北等极寒地带,因为那里冬天的温度实在是太低了,会影响磷酸铁锂电池的使用寿命。

具备高功率承受力,其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力,便于高强度的启动加速;重量轻,相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5;

高低温适应性强,可以在-20℃--60℃的环境下使用,经过工艺上的处理,可以在-45℃环境下使用;

绿色环保,不论生产、使用和报废,都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。

生产基本不消耗水,对缺水的我国来说,十分有利。

但锂原电池均存在安全性差,有发生爆炸的危险。


3、镍氢电池:优势:电池能量储备大,重量更轻,使用寿命更长,并且对环境无污染。劣势:制造成本太高,性能方面比“锂电池”差。

4、三元锂电池:优势:相对于钴酸锂电池,三元锂电池的安全性更高。更适合未来新能源汽车电池的发展趋势,适合北方天气,低温时电池更加稳定。劣势:电压太低,能量密度介于磷酸铁锂电池和钴酸锂电池之间。

5、石墨烯电池:优势:这种新能源电池可把数小时的充电时间压缩至不到一分钟。由于锂电池内添加了石墨烯,可以帮助锂电池降低产能时的热量,达到减少能量损失的目的,避免了大量能量被浪费,减少了热量对电池的损害,提高了电池的使用寿命。劣势:成本太过昂贵,大约2000人民币\/克,目前无法大规模应用。



锂电池产电原理

燃料电池由阳极、阴极、电解质和隔板组成。

燃料电池由燃料在阳极氧化,氧化剂在阴极还原。如果在阳极上连续供给气态燃料(比如氢气),而在阴极上连续供给氧气(或空气),就可以在电极上连续发生"电化学反应",以此产生了电流。


锂电池的结构

锂电池通常有两种外型:圆柱型和方型。电池内部采用螺旋绕制结构,用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正极、负极之间间隔而成。

正极包括由钴酸锂(或镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等)及铝箔组成的电流收集极。负极由石墨化碳材料和铜箔组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件(部分圆柱式使用),以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。

负极材料:多采用石墨。另外锂金属、锂合金、硅碳负极、氧化物负极材料等也可用于负极。

正常情况下,单节锂电池的电压为3.7V(磷酸亚铁锂正极的为3.2V),电池容量也不可能无限大,因此,常常将单节锂电池进行串、并联处理,以满足不同场合的要求。


负极反应:放电时锂离子脱嵌,充电时锂离子嵌入。



锂电池的选择与使用


锂电池为什么会爆炸

我们先了解一下单体锂离子电池内设有的保护机构。一般会有三层结构:1)采用开关元件,当电池内的温度上升时,它的阻值随之上升,当温度过高时,会自动停止供电;2)选择适当的隔板材料,当温度上升到一定数值时,隔板上的微米级微孔会自动溶解掉,从而使锂离子不能通过,电池内部反应停止;3)设置安全阀(就是电池顶部的放气孔),电池内部压力上升到一定数值时,安全阀自动打开,保证电池的使用安全性。

虽然电池本身带有安全控制措施,但是在日常用车过程中,会因为某些因素造成异常状况的发生:控制失灵,缺少安全阀或者气体来不及通过安全阀释放,电池内压便会急剧上升而引起爆炸。

一般情况下,锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的,随着电池容量的增加,电池体积也在增加,其散热性能变差,出事故的可能性将大幅增加。因为买车的时候,对于大容量锂离子电池,关注点必须是强制散热方面的方案是什么样的。

另外,大容量电池组本身必须设置较为完善的保护功能,还应考虑两种电路基板模块:保护电路基板(Protection Board PCB)模块及Smart Battery Gauge Board模块。整套的电池保护设计包括:第1级保护IC(防止电池过充、过放、短路),第2级保护IC(防止第2次过压)、保险丝、LED指示、温度调节等部件。

爆炸原因

1、内部极化较大

2、极片吸水,与电解液发生反应气鼓

3、电解液本身的质量、性能问题

4、注液时候注液量达不到工艺要求

5、装配制程中激光焊接密封性能差,测漏气时漏气

6、粉尘、极片粉尘首先易导致微短路

7、正负极片较工艺范围偏厚,入壳难

8、注液封口问题,钢珠密封性能不好导致气鼓

9、壳体来料存在壳壁偏厚,壳体变形影响厚度

10、外面环境温度过高


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