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锂离子电池和铅酸电池到底有什么区分?哪个更好?

2022-02-26   点击量:382

锂离子电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M.S.WhitTIngham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂离子电池长期没有得到应用。


锂离子电池工作原理:


锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。


充电正极上发生的反应为:LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子)


充电负极上发生的反应为:6C+XLi++Xe-=LixC6


充电电池总反应:LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6


正极


正极材料:可选的正极材料很多,主流产品多采用锂铁磷酸盐。不同的正极材料对照:


正极反应:放电时锂离子嵌入,充电时锂离子脱嵌。充电时:LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi++xe-放电时:Li1-xFePO4+xLi++xe-→LiFePO4。


负极


负极材料:多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。


负极反应:放电时锂离子脱嵌,充电时锂离子嵌入。


充电时:xLi++xe-+6C→LixC6


放电时:LixC6→xLi++xe-+6C


二、铅酸电池介绍


铅酸电池(VRLA),是一种电极重要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下,正极重要成分为二氧化铅,负极重要成分为铅;充电状态下,正负极的重要成分均为硫酸铅。


一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V,能放电到1.5V,能充电到2.4V。在应用中,经常用6个单格铅酸电池串联起来组成标称是12V的铅酸电池。还有24V、36V、48V等。


铅酸电池重要特性


安全密封


在正常操作中,电解液不会从电池的端子或外壳中泄露出。没有自由酸


特殊的吸液隔板将酸保持在内,电池内部没有自由酸液,因此电池可放置在任意位置。


泄气系统


电池内压超出正常水平后,VRLA电池会放出多余气体并自动重新密封,保证电池内没有多余气体。


维护简单


由于气体复合系统使出现的气体转化成水,在使用VRLA电池的过程中不要加水。


使用寿命长


采用了有抗腐蚀结构的铅钙合金栏板VRLA电池可浮充使用10-15年。


质量稳定,可靠性高


采用先进的生产工艺和严格的质量控制系统,VRLA电池的质量稳定,性能可靠。电压、容量和密封在线上进行100%检验。


安全认证


所有VRLA电池均通过UL安全认证。


三、锂离子电池和铅酸电池差别比较


我们了解,一般比较储能产品要从重量能量密度、体积能量密度、使用寿命、价格、适用性、国家政策等角度来进行:


重量能量密度


目前的锂离子电池能量密度一般在200~260wh/g,铅酸一般在50~70wh/g,那么重量能密度锂离子电池就是铅酸的3~5倍,这就意味着相同容量的情况下,铅酸电池是锂离子电池的3~5倍,所以在储能装置轻量化上,锂离子电池占居绝对优势。


体积能量密度


锂离子电池的体积容量密度通常是铅酸电池的1.5倍左右,所以相同容量的情况下,锂离子电池比铅酸电池体积要小30%左右。


使用周期


目前较为流行的材料体系是三元和铁锂,三元动力型锂离子电池循环次数通常在1000次以上,磷酸铁锂离子电池的循环次数在2000次以上,铅酸电池的循环次数通常只有300~350次左右,所以锂离子电池的使用寿命是铅酸电池的3-6倍左右。


价格


目前锂离子电池在价格上较铅酸要贵,大约是3倍左右,但是结合使用寿命分析,投入相同的成本,仍然是锂离子电池使用周期要长一些。


适用性


锂离子电池因为安全性较铅酸电池要稍差,所以在使用中要做好各种安全预防工作,比如防止外力或事故对锂离子电池造成损坏,因为这可能会引起着火或爆炸;目前锂离子电池的温度适用性也很好,所以在其他适应性方面,锂离子电池也毫不逊色于铅酸电池。


使用场合


铅酸电池:汽车启动,电动汽车电池,


锂离子电池:手机,电脑,电动工具,现在也用于电动汽车电池。


内部材料


铅酸电池正负极为氧化铅、金属铅、电解液为浓硫酸,


锂电正负极为钴酸锂/磷酸铁锂/锰酸锂、石墨、有机电解液。


锂离子电池在交通方面起的用途重要是体现在现代的汽车、电动汽车、低速车、混动力汽车方面。由于汽车工业作为一个国家的支柱产业,因此这方面的研究和开发不可小觑。


在现代汽车与传统汽车的发展方向明显不同,现代汽车更重视车载电子系统的功能化,人性化,舒适化,除了具备富有现代感与个性化的外形之外,先进的电子设备逐渐成为人们日渐关注的焦点,例如车载特种导航与卫星定位系统、可视电话、智能电脑系统等。关于以上系统无一例外均要求用电,而传统的铅酸电池由于能量密度,体积,重量等问题,无法满足新能源汽车的用车要求,关于燃烧发动机汽车配置的启动电源,一般情下要求使用1.2~2*103W的电力,关于大型的房车,豪华车型等,每次启动均需3~5KW功率的蓄电池才能满足要求。铅酸蓄电池的自放电率高达65%/月;一般车库停泊的汽车,超过50d不启动,他的蓄电池就没有动力,因此从2002年起,联合国在世界范围内强制规定,要求新出厂的汽车将原来的12V铅酸电池替换成36V锂离子电池,该规定一方面是出于环境保护的需求,另一方面也是出于消费者的需求。


就目前而言已有的蓄电池,锂离子电池在综合效率和能量密度方面优于其他的蓄电池体系,是理想的牵引动力,现在电动汽车已能较好的在品质,价格和方便性上满足消费者的要。


1.品质:


包括设计品质,制造品质,续航能力,充电时间,爬坡性剩余电量只是的精准度方面都有较好的完成。


2.价格:


购置,充电,维修等总成本现已低于内燃机车辆成本,更加有国家政府支持,锂离子电池在新能源车中有较大的发展。


3.方便性:


对目前的锂离子电池而言,充电时间较长是一个用户痛点,长期以来被人们所诟病,换电站的诞生为解决这一痛点供应了好的思想,为锂离子电池在新能源动力车上的发展供应了有力的保障。

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钜大特种电池工程研究院

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