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铅酸电池的优缺点,锂电池和磷酸铁锂电池的发展

2021-12-16

1859年,法国医生Gaston Planté开创了铅酸的商业使用--第一种可充电电池。近年来,铅酸电池因其可靠性和低廉的每瓦特成本而在众多应用中得到了优化,但铅酸电池制造商仍然面临着某些新的缺点-缺陷增多。

铅酸组成.jpg

图片1. 铅酸电池的组成部分(来源:thebatteryclinic.co.nz)

 

电解液充盈或过剩的电池。

这种电解液大量过剩的低维护铅酸电池,含有固定电解液和压敏阀的电池,通常被称为吸收性玻璃微裂纹(AGM)阀控式铅酸电池(VRLA)。

优点

缺点

价格低廉,制造简单;

每瓦特小时成本低 ,规格能量低;

低自放电,在可充电电池中价格较低;

高规格的功率,能承受高放电电流。

充电速度慢,完全饱和充电需要14-16小时

重量能量比差;

必须在充电状态下储存,以防止硫酸盐化;

循环寿命有限,反复循环寿命有限,反复深循环会减少电池寿命;

淹没式版本需要浇水,淹没式电池的运输限制不利于环保。

 

锂离子在20世纪70年代开始浮出水面,然而这些直接的电池是不能充电的。因此在20世纪80年代,可充电版本被制造出来。如今,它是商业使用中最常见的电池。与其他金属相比,锂的重量很轻,每公斤的密度最高。因此,锂是最理想的电池,因为它含有大量的能量,具有最大的电化学潜力。

锂离子电池如何工作?

锂离子电池内有一个负极和正极。阴极是由钴酸锂(LiCoO2)构成。阳极由碳制成,阳极和阴极都被压制在电解质中。电池在阴极和阳极之间配备了一个分离器,然后锂离子从阴极通过电极和分离器游走到阳极上。


 电池电极剖析图.jpg

根据Kejie Zhao的论文 "Fracture Of Electrodes In Lithium-Ion Batteries Caused By Fast Charging"。应用物理学杂志》(2010年),来自阴极的电子穿过电池外的金属线,在这个过程中,电池中产生了3.7伏的电压。在其充电状态下,所有这些都被逆转,锂离子被送回阴极。

 

磷酸锂离子这一发展可以追溯到1996年。德克萨斯大学发现磷酸盐作为可充电锂电池的正极材料。磷酸锂具有良好的电化学性能和低电阻。这是通过纳米级磷酸盐正极材料实现的(电池大学,2021)。它的基本优点是良好的热稳定性、广泛的安全性、宽容度、高额定电流和长期循环寿命。

 

即使在储存空间内囤积一年,锂离子磷酸盐电池仍然具有类似的能量密度,因为其能量密度下降缓慢。磷酸铁锂电池比标准化的锂离子电池更可靠、更安全。它在高热操作下不会分解,在充电和放电过程中更难点燃。


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