便攜動(dòng)力鋰電池的特點(diǎn)及應用

　　1 特點(diǎn)

　　1.1 單體電池工作電壓高達3.7V

　　是鎳鎘電池， 鎳氫電池的3倍，鉛酸電池的近2倍，這也是鋰離子動(dòng)力電池比能量高的一個(gè)重要原因。因此組成相同電壓的動(dòng)力電池組時(shí)，鋰離子動(dòng)力電池使用的串聯(lián)數目會(huì )大大少于鉛酸電池和鎳氫電池。如果動(dòng)力電池中單體電池數量越多，電池組中單體電池的一致性要求就越高，壽命就越不好做，在實(shí)際使用過(guò)程中電池組有問(wèn)題分析后，一般是其中一、兩個(gè)單體電池出問(wèn)題然后導致整組電池出現問(wèn)題，因此不難理解為什么48V的鉛酸電池比36V的鉛酸電池反饋要高，從這個(gè)角度上講鋰電更適合動(dòng)力電池的使用。例如36V 的鋰電只需要10個(gè)單體，而36V鉛酸電池需要18個(gè)單體電池，即3只12V的電池組，而每只12V的鉛酸電池有六個(gè)單格即六個(gè)單體電池組成。

　　1.2 體積小重量輕

　　比能量大，高達150Wh/Kg,是鎳氫電池的2倍，鉛酸電池的4倍， 因此重量是相同能量的鉛酸電池的三分之一到四分之一，從這個(gè)角度講鋰電消耗的資源就少，而且由于錳酸鋰電池中所用元素的儲量比較多，因此相對鉛酸、鎳氫電池可能會(huì )進(jìn)一步漲價(jià)，鋰離子動(dòng)力電池成本反而是進(jìn)一步降低的。電動(dòng)自行車(chē)用鋰電池重量為2.2-4公斤，鉛酸電池的重量為12-20公斤，鋰電重量約為鉛酸電池的四分之一到三分之一，比鉛酸電池輕約10公斤（36V，10Ah電池），電池重量減輕了70％，整車(chē)總重量至少減輕了20％。加上一般鋰電車(chē)都是簡(jiǎn)易款的電動(dòng)自行車(chē)，由于電池和整車(chē)輕，相同電壓、相同容量的電池行駛里程更長(cháng)，普通的電動(dòng)車(chē)重量在40公斤以上，而鋰離子動(dòng)力電池電動(dòng)自行車(chē)重量在7到26 公斤之間。女士和老年人都可以輕易搬動(dòng)，人力騎行也十分輕便，運動(dòng)休閑兼得。

　　體積小，高達到400Wh/L，體積是鉛酸電池的二分之一到三分之一。提供了更合理的結構和更美觀(guān)的外形的設計條件、設計空間和可能性?，F階段由于鉛酸電池體積、重量的限制，設計師們的設計思想受到極大約束，導致現階段的電動(dòng)自行車(chē)在結構和外觀(guān)上“千車(chē)一面”、雷同相似、單調劃一。而鋰離子電池的使用，給設計師們提供了展示設計思想和設計風(fēng)格的更大空間及條件。當然同時(shí)也導致電動(dòng)自行車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池尺寸多種多樣，不利于鋰動(dòng)力電池行業(yè)的發(fā)展。鋰動(dòng)力電池行業(yè)也需要盡快制定電動(dòng)車(chē)電池國家標準，加速在電動(dòng)自行車(chē)領(lǐng)域鋰電對鉛酸電池的替代。當然目前鋰電池是在不斷發(fā)展過(guò)程中的不同材料、不同工藝電池的體積有很大的差別，如何統一也是一個(gè)難點(diǎn)。

　　1.3 循環(huán)壽命長(cháng)

　　循環(huán)次數可達1000次。以容量保持60%計，電池組100%充放電循環(huán)次數可以達到600次以上，使用年限可達3-5年，壽命約為鉛酸電池的兩到三倍。隨著(zhù)技術(shù)的革新，設備的提高，電池的壽命會(huì )越來(lái)越長(cháng)，性?xún)r(jià)比會(huì )越來(lái)越高。自放電率低，每月不到5%。

　　1.4 允許工作溫度范圍寬

　　低溫性能好，鋰離子動(dòng)力電池可在-20℃～+55℃之間工作，尤其適合低溫使用，而水溶液電池（比如鉛酸電池、鎳氫電池）在低溫時(shí)，由于電解液流動(dòng)性變差會(huì )導致性能大大降低。

　　1.5 無(wú)記憶效應

　　所以每次充電前不必像鎳鎘電池、鎳氫電池一樣需要放電，可以隨時(shí)隨地的進(jìn)行充電。電池充放電深度，對電池的壽命影響不大，可以全充全放，我們循環(huán)測試就是全充全放的。

　　1.6 特別適合用于動(dòng)力電池

　　除了鋰離子電池電壓高之外，由于鋰離子動(dòng)力電池組的保護板能夠對每一個(gè)單體電池進(jìn)行高精度監測，

　　低功耗智能管理，具有完善的過(guò)充電、過(guò)放電、溫度、過(guò)流、短路保護、鎖定自恢復功能以及可靠的均衡充電功能，大大的延長(cháng)了電池的使用壽命。而其他類(lèi)型電池（比如鉛酸電池）在使用過(guò)程中由于電池一致性、充電器等問(wèn)題，易產(chǎn)生電池過(guò)充、過(guò)放等問(wèn)題（由于成本等各方面的原因，鉛酸電池組內不能對每一個(gè)單體電池進(jìn)行監測和保護）。

　　1.7 無(wú)污染

　　鋰離子動(dòng)力電池中不存在有毒物質(zhì)，因此被稱(chēng)為“綠色電池”，國家重點(diǎn)扶持。而鉛酸電池和鎘鎳電池由于存在有害物質(zhì)鉛和鎘，國家必然會(huì )加強監管和治理（鉛酸電池出口退稅的取消，鉛資源稅的增加，鉛酸電動(dòng)自行車(chē)出口的受限），相應企業(yè)的成本也會(huì )增加。雖然鋰電池沒(méi)有污染，但從資源節約的角度考慮。鋰離子動(dòng)力電池的回收，回收中的安全性，回收的成本也都需要考慮。

　　2 缺點(diǎn)

　　2.1 存在安全隱患

　　由于鋰離子動(dòng)力電池能量高，材料穩定性差，鋰電容易出現安全問(wèn)題，目前世界上知名的手機和筆記本電腦電池（正極材料為鈷酸鋰和三元材料）生產(chǎn)企業(yè)，日本三洋、索尼等公司要求電池的爆噴率控制在40個(gè)ppb（十億分之一）以下，國內公司能達到ppm（百萬(wàn)分之一）級的就已經(jīng)不錯了，而動(dòng)力電池的容量是手機電池容量的上百倍以上，因此對鋰電的安全性要求極高。雖然鈷酸鋰電池和三元材料的電池具有重量更輕，體積更小等優(yōu)點(diǎn)，但它們是不適合作動(dòng)力電池應用于電動(dòng)車(chē)的。

　　2.2 價(jià)格高

　　相同電壓和相同容量的鋰離子動(dòng)力電池價(jià)格是鉛酸的3-4倍。隨著(zhù)鋰離子動(dòng)力電池市場(chǎng)的擴大，成本的降低，性能的提高，以及鉛酸電池價(jià)格的提高，鋰離子動(dòng)力電池的性?xún)r(jià)比是有可能超過(guò)鉛酸電池的。

　　2.3 結構

　　鋰離子動(dòng)力電池通常有兩種外型：圓柱型和長(cháng)方型。 電池內部采用螺旋繞制結構，用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯或聚丙烯或聚乙烯與聚丙烯復合的薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。正極包括由含鋰的材料（如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰的一種或幾種混合使用等）組成的鋰離子收集極及由鋁薄膜組成的電流收集極。負極由層狀碳材料組成的鋰離子收集極和銅薄膜組成的電流收集極組成。電池內充有有機電解質(zhì)溶液。另外還裝有安全閥和PTC元件，以便電池在不正常狀態(tài)及輸出短路時(shí)保護電池不受損壞。

　　單節鋰電池的電壓為3.6V，容量也不可能無(wú)限大，因此，常常將單節鋰電池進(jìn)行串、并聯(lián)處理，以滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的要求。

　　3 應用

　　3.1 應用群體

　　隨著(zhù)二十世紀微電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求。鋰離子動(dòng)力電池隨之進(jìn)入了大規模的實(shí)用階段。

　　鋰離子動(dòng)力電池一般有高于3.0伏的標稱(chēng)電壓，更適合作集成電路電源。二氧化錳電池，就廣泛用于計算機，計算器，照相機、手表中。

　　現在，鋰離子動(dòng)力電池大量應用在手機上，可以說(shuō)是最大的應用群體。

　　3.2 舉例

　　(1) 作電池組維修代換品有許多電池組：如筆記本電腦上用的那種，經(jīng)維修發(fā)現，此電池組損壞時(shí)僅是個(gè)別電池有問(wèn)題?？梢赃x用合適的單節鋰電池進(jìn)行更換。

　　(2) 制作高亮微型電筒筆者曾用單節3.6V1.6AH鋰電池配合一個(gè)白色超高亮度發(fā)光管做成一只微型電筒，使用方便，小巧美觀(guān)。而且由于電池容量大，平均每晚使用半小時(shí)，至今已用兩個(gè)多月仍無(wú)需充電。

　　(3) 代替3V電源。由于單節鋰電池電壓為3.6V。因此僅需一節鋰電池便可代替兩節普通電池，給收音機、隨身聽(tīng)、照相機等小家電產(chǎn)品供電，不僅重量輕，而且連續使用時(shí)間長(cháng)。

　　3.3 科學(xué)研究

　　為了開(kāi)發(fā)出性能更優(yōu)異的品種，人們對各種材料進(jìn)行了研究。從而制造出前所未有的產(chǎn)品。比如，鋰二氧化硫電池和鋰亞硫酰氯電池（即鋰亞電池）就非常有特點(diǎn)。它們的正極活性物質(zhì)同時(shí)也是電解液的溶劑。這種結構只有在非水溶液的電化學(xué)體系才會(huì )出現。所以，鋰電池的研究，也促進(jìn)了非水體系電化學(xué)理論的發(fā)展。除了使用各種非水溶劑外，人們還進(jìn)行了聚合物薄膜電池的研究。

　　21世紀，科學(xué)家研發(fā)了一種新型的磷酸鐵鋰離子動(dòng)力電池。磷酸鐵鋰電池可歸納下述特點(diǎn)：

　　A 高效率輸出：標準放電為2～5C、連續高電流放電可達10C，瞬間脈沖放電（10S）可達20C；

　　B 高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內部溫度則高達95℃，電池放電結束時(shí)溫度可達160℃，電池的結構安全、完好；

　　C 即使電池內部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；

　　D 極好的循環(huán)壽命，經(jīng)500次循環(huán)，其放電容量仍大于95%；

　　E 過(guò)放電到零伏也無(wú)損壞；

　　F 可快速充電；

　　G 低成本；

　　H 對環(huán)境無(wú)污染。

　　由于磷酸鐵鋰動(dòng)力電池具有上述特點(diǎn)，并且生產(chǎn)出各種不同容量的電池，很快得到廣泛地應用。它主要應用領(lǐng)域有：

　　大型電動(dòng)車(chē)輛：公交車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、景點(diǎn)游覽車(chē)及混合動(dòng)