锂离子电池性能优缺点综述

锂离子电池性能优缺点综述

锂离子电池以其优异的性能被广泛应用于各个领域。

锂离子电池的优点如下:

(1)锂离子电池高压平台。单个电池的平均电压为3.7v或3.2v，约等于三块镍镉电池或镍氢电池的串联电压，有利于电池组的形成。

(2)储能密度高。与其他电池相比，锂离子电池的能量密度非常高，达到460-600wh/kg，大约是铅酸电池的6-7倍。这意味着在相同的充电容量下，锂离子电池的重量更轻。经计算，相同体积的铅酸产品重量约为铅酸产品重量的1/5-1/6。

(3)使用寿命较长。锂离子电池的使用寿命可达6年以上。以磷酸亚铁锂离子电池为例，在1C充放电速率下，最大循环可达1000次。

(4)高功率容量。电动汽车使用的磷酸亚铁锂离子电池最大充放电速率为15c-30c，非常适合大功率汽车的启动和加速。

(5)自放电率很低。自放电率是锂离子电池最突出的优点之一。在相同条件下，常温下1个月满电池自放电率约为10%，镍镉自放电率为25-30%，氢化物镍自放电率为30-35%。

(6)无记忆效应。这意味着锂离子电池可以随时充电和放电，而不必像镍氢电池或镍锡电池那样等待充电耗尽。

(7)高低温适应性。锂离子电池可以在-20℃60℃的环境中使用，经过工艺上的处理，可以在-45℃的环境中使用。

(8)环境保护。在生产、使用或报废过程中，不含或不出现铅、汞、镉等有毒重金属物质。

(9)锂、锰、铁、钒是我国锂离子电池的重要原料，资源丰富;生产过程耗水量少，这对水资源匮乏的国家来说是件好事。

然而，锂离子电池也有其自身不可克服的缺陷，重要表现在以下几个方面:

(1)低温时电池性能明显下降，放电平台减小，输出功率减小，可用功率减小。

(2)使用不当存在安全隐患。由于锂离子电池组件非常活跃，假如使用不当会发生电解液分解、燃烧甚至爆炸等重大事故。

(3)不同的放电速率对电池的使用容量影响较大。

(4)过充过放会对电池造成不可逆的损害。鉴于以上缺点，一般采用大容量的锂离子电池组来监测电池保护装置的使用情况。

表1为锂离子电池与其他电池性能比较。

表1各种电池性能比较

二次电池的分类锂离子电池镍金属氢化物电池镍镉电池铅酸电池

正极系统锂过渡金属氧化物氢氧化镍氢氧化镍二氧化铅

石墨等多层储氢合金氧化镉海绵铅负极系统

隔膜系统PP/PEPP或PEPP尼龙玻璃纤维棉

电解液为有机锂电解液KOH水溶液KOH水溶液稀硫酸

标称电压3.0~3.71.21.22.0

体能密度350~400wh/l320~350wh/l160~180wh/l65~wh/l

重量能量密度180~200wh/kg60~65wh/kg40~45wh/kg25~30wh/kg

离子迁移氧化还原氧化还原氧化还原

充放电方式恒流恒压恒流充电恒流充电恒流充电恒流充电

充电端子控制恒流/电压极限恒流极限恒流电压调节器

安全具有一定的安全隐患

环境保护环境保护镉污染铅污染

最佳操作温度为0℃~45℃~20℃~45℃~20℃~60℃~40℃~70℃

价格(2.2~2.8元/wh)/wh3.5~4.0/wh2.2~2.8/wh0.7~1.0/wh

充电器成本高(恒流、恒压)一般(控制恒流源)一般(控制恒流源)低(电压调节器)