鋰離子電池的優缺點及其發展鋰離子電池自其原形誕生以來,隨著技術的不斷進步,其性能較以前有了明顯提高。就目前的化學二次電源來看,它具有無可替代的作用。下面對其一些優點和缺點進行簡單的說明。
1、鋰離子電池的優點
鋰離子電池具有以下優點。
①能量密度高,其體積能量密度和質量能量密度分別可達450W.h/dm3和150W.h/kg,而且還在不斷提高。例如,對于圓柱形18650鋰離子電池而言,比能量密度、比功率密度等自1999年以來得到了明顯提高,如圖1-2所示。最高的質量能量密度達到193W.h/kg,比1999年報道的高90%,只比美國能源部的長期目標200W.h/kg低5%(Annex V.TheInternational Energy Agency Implementing Agreement for ElectricVehicle Technologies and Programs.Out-look Document,1996~1997.16)。電池的能量密度自1999年來提高了2倍,比美國能源部的長期目標300W.h/dm3高約70%『2』。
圖1-218650型鋰離子電池的能量密度發展趨勢●質量比能量;■體積比能量
平均輸出電壓高(約3.6V),為Ni-Cd、Ni-MH電池的3倍。
輸出功率大。
自放電小,每月10%以下,不到Ni-Cd、Ni-MH的一半。
沒有Ni-Cd、Ni-MH電池一樣的記憶效應,循環性能優越。
可快速充放電,1C充電時容量可達標稱容量的80%以上。
充電效率高,第1次循環后基本上為100%。
工作溫度范圍寬,-30~+45℃,隨著電解質和正極的改進,期望能拓寬到-40~+70℃,低溫有可能拓展到-60℃。
殘留容量的測試比較方便。
無需維修。
對環境較為“友好”,稱為綠色電池。
使用壽命長,100% DOD充放電可達900次以上(圖1-3)『3』;當采用淺深度(30%DOD)充放電時,循環次數已經超過了5000次。
圖1-3鋰離子電池在100%DOD進行充放電的循環性能
2、鋰離子電池的缺點
當然,鋰離子電池也有一些不足之處:
①成本高,主要是正極材料LiCOO2的價格高,隨著正極技術的不斷發展,可以采用LiMn2O4、LiFePO4等為正極,從而有望大大降低鋰離子電池的成本;
②必須有特殊的保護電路,以防止過充或過放;
③與普通電池的相容性差,因為一般要在用3節普通電池(3.6V)的情況下才能用鋰離子電池進行替代。
同其優點相比,這些缺點不成為主要問題,特別是用于一些高科技、高附加值產品中,因此應用范圍非常廣泛。
3、鋰離子電池的發展表1-2為鋰離子電池的發展情況。我國從1997年起開始鋰離子電池的產業化研制和開發,2000年左右基本上研究開發成功。2001年起為我國鋰離子電池的迅速發展和擴張時期。圖1-4為全球鋰離子電池產值和產量隨時間的發展趨勢。目前中國的鋰離子電池生產處于“戰國”時代,產品質量參差不齊有高檔、中檔、低檔產品,甚至不合格產品也流入市場。隨著市場規律不斷起作用和國家標準不斷強制實施,不合格產品和低檔產品將逐漸退出市場,取而代之的是中、高檔產品。估計2010年以后的競爭將是中、日、韓三國爭雄的局面。
圖1-4全球鋰離子電池產值和產量隨時間的發展趨勢芒表示預期;f表示推測