镍镉电池:理论循环次数大于1000次。 内阻很小,可放电至10C以上。 我不怕过度充电或过度放电,但我不忍心没有完全放电就充电。 如果是浅放电,质量不好,只需要1-2次就可以报销。 此类电池自放电小。
镍氢电池:理论循环次数大于1000次。 与镍镉相比,内阻较大,无法高效率、大电流放电。 过度充电释放的热量比镍镉电池多,但其续航能力却比锂电池好很多。 过度放电会对电池造成一定的损害,但还是可以接受的。 它只是有微弱的记忆效应,所以不用完全放电就可以充电。 此类电池自放电较大。
锂电池:理论循环次数大于300次,内阻小,可高效率、大电流放电。 但除非是动力电池,否则不能放电超过2C。 我很怕过度充电,否则很容易着火。 过度放电会对电池造成很大的损害。 基本没有记忆效应,不用完全放电就可以充电。 锂电池对环境污染不大,但会导致土壤盐碱化(氢氧化锂)。 由于锂离子太活泼(碱金属),锂电池无法在高温下工作,否则会爆炸和燃烧。 然而,固体锂电池的工作温度可能比安全温度更宽。 范围还是不如前两者。
镍镉电池(-,通常缩写为 NiCd,发音为“nye-cad”)是一种流行的蓄电池类型。 该电池使用氢氧化镍(NiOH)和金属镉(Cd)作为化学物质来产生电能。
与其他类型电池相比,镍镉电池的优点是重量轻,能储存一定的能量,充电效率高,放电时端电压变化小,内阻小,对充电环境要求低。
镍镉电池的缺点是记忆效应和镉的重金属污染。
需要注意的是,缩写NiCad是注册商标,不应视为一般镍镉电池的缩写。
镍氢电池(NiMH)是镍镉电池(NiCd)的改进型。 与同等价格的镍镉电池相比,它具有更高的容量、更不明显的记忆效应、更低的环境污染(不含镉Cd)。 被称为最环保的电池。 然而,与锂离子电池相比,它们具有相对较高的记忆效应和较高的自放电反应。 镍氢电池适用于高功耗产品,例如数码相机,而镍镉电池则更适合一些需要高放电倍率的设备。
收费
快速充电时,可利用充电器内的微电脑来防止电池过充。 如今的镍氢电池含有催化剂,可以迅速消除过度充电带来的危险。
2H2+O2--催化剂-->2H2O
然而,这种反应仅在过度充电开始后的C÷10小时内有效(C=电池上标记的容量)。 当充电过程开始时,电池的温度会显着升高。 一些快速充电器(小于1小时)内置风扇,以防止电池过热。
一些制造商认为,使用一些简单的恒流(和小电流)充电器,带或不带定时器,都可以安全地为镍氢电池充电。 允许的长期充电电流为C/10h(电池标准称重功率除以10小时)。 事实上,一些廉价的无线电话基站和最便宜的电池充电器正是以这种方式工作的。 虽然这可能是安全的,但可能会对电池的使用寿命产生负面影响。 根据松下()的《镍氢电池充电指南》(页面底部链接),长期使用涓流充电(长时间用小电流充电)可能会导致电池损坏; 为了防止损坏电池,涓流充电电流应限制在每小时 0.033×C 至 0.05×C 之间,最长充电时间为 20 小时。
对于镍氢电池的长期维护,采用低频脉冲大电流充电方式比采用涓流充电方式能够保持更好的电池状态。
新购买或长时间未使用的镍氢电池需要“激活”一段时间才能恢复电池电量。 因此,一些新型镍氢电池需要多次充放电循环才能达到标称容量。
释放
使用电池时也必须小心。 对于串联的几节电池(如数码相机中通常排列的4节AA电池),需要防止电池完全耗尽电量而引起“反充电”()。 这可能会对电池造成不可修复的损坏。 然而,通常这些设备(例如前面提到的数码相机)可以检测串联电池的放电电压,当电压下降到一定水平时,它们会自动关闭以保护电池。
单个电池不存在上述危险,只会继续放电直至电压达到0。这不会对电池造成损坏; 事实上,定期放电然后充电将有助于保持电池的容量和质量。
镍氢电池的自放电效应较高,每月约30%以上。 这高于镍镉电池每月20%的自放电率。 电池充满电后,自放电率越高; 当电池电量下降到一定程度时,自放电率会略有下降。 电池存放场所的温度对自放电率影响很大。 正因为如此,长期不用的镍氢电池最好充电至40%“半满”状态。
自放电效应低的镍氢电池于2005年上市。制造商声称,在20°C的室温下存放一年后,仍能保留70%至85%的电量,并且可以长期使用。用普通镍氢电池充电器充电。 一些自放电效应较低的镍氢电池在低温下的放电特性比碱性电池和锂离子电池更好。
其他
普通AA充电电池(AA)的电压为1.2V,容量在(3960C)至(9720C)之间。 实际容量一般较低,与放电倍率有一定关系。 镍氢电池也含有碱性电解液。 一般镍氢电池的能量密度约为60W·h/kg(220kJ/kg),体积为100W·h/L(360MJ/m3)。
化学
镍氢电池中的“金属”部分实际上是金属间化合物。 镍氢电池的制造中使用了多种类型的金属间化合物,主要分为两类。 最常见的是AB5,A是稀土元素(或)加钛(TI)的混合物; B是镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、(或)和铝(Al)。 一些高容量电池的“多成分”电极主要由AB2组成,其中A为钛(TI)或钒(V),B为锆(Zr)或镍(Ni),再加上添加一些铬(Cr) )、钴(Co)、铁(Fe)和/或锰(Mn)。
所有这些化合物都发挥相同的作用:可逆地形成金属氢化物。 电池充电时,氢氧化钾(KOH)电解液中的氢离子(H+)被释放出来,这些化合物会吸收它,以避免形成氢气(H2),以维持电池内部的压力和体积。 当电池放电时,这些氢离子将通过相反的过程返回到原来的位置。
锂电池是以锂金属或锂合金为负极材料,使用非水电解质溶液的电池。 锂电池的发明者是爱迪生。
由于金属锂的化学性质非常活跃,因此金属锂的加工、储存和使用对环境要求非常高。 因此,锂电池在很长一段时间内都没有被使用。
随着二十世纪微电子技术的发展,小型化器件的数量日益增多,对电源提出了很高的要求。 锂电池随后进入大规模实用化阶段。
它首先用于起搏器。 由于锂电池的自放电率极低,因此放电电压平缓。 这使得植入人体的起搏器可以长时间运行而无需充电。
锂电池一般标称电压高于3.0伏,更适合用作集成电路电源。 二氧化锰电池广泛用于计算机、计算器、相机和手表。
为了开发出性能更好的品种,对各种材料进行了研究。 结果是一个前所未有的产品。 比如锂二氧化硫电池和锂亚硫酰氯电池就很有特色。 它们的正极活性物质也是电解液的溶剂。 这种结构仅出现在非水电化学系统中。 因此,锂电池的研究也推动了非水体系电化学理论的发展。 除了使用各种非水溶剂外,还进行了聚合物薄膜电池的研究。
1992年,索尼成功开发出锂离子电池。 它的实用性大大减轻了人们的手机、笔记本电脑等便携式电子设备的重量和体积。 使用时间大大延长。 由于锂离子电池不含重金属镉,因此与镍镉电池相比,大大减少了环境污染。
发展现状
3C行业中经常提到的锂电池实际上是锂钴电池。 广义上的锂电池是指锂离子电池,还包括锰酸锂、镍酸锂和磷酸铁锂,或LFP(ate)等。这些电池都是根据正极材料、负极材料来定义的。任何电池的电极材料都是碳。
锂电池行业的发展20多年来一直集中在3C行业,很少应用于市场经济规模较大的储能和动力电池(瞬间需要大电流)市场。 该市场涵盖纯电动汽车和油电混合动力汽车。 、中大型UPS、太阳能中大型储能电池、电动手动工具、电动摩托车、电动自行车、航空航天设备及飞机电池等。
主要原因之一是过去锂电池使用的锂钴正极材料(也就是现在最常见的锂电池)无法在需要大电流、高电压、高扭矩、必须承受穿刺的条件下使用,碰撞、高温、低温。 等特殊环境,更重要的是,它被批评无法满足人们对安全的绝对要求。
同时,锂钴电池无法实现快速充电和完全避免二次污染的目标。 而且,必须设计保护电路,防止过度充电或过度放电,否则会造成爆炸等危险,甚至会发生像索尼电池爆炸造成全球性破坏的情况。 品牌NB运营商投入巨资来挽回局面。
此外,钴的价格也越来越高。 全球最大的钴生产国刚果正遭受战争和动乱,导致钴价持续上涨。
近20年来,各国工业界和学术界投入了无数的研发人力和资源,不断寻找能够替代或解决问题的新材料,因为据统计,全球动力储能电池的经济总规模每年市场规模高达500亿美元。 远远大于锂钴电池每年55-6亿美元的需求。
各种锂离子电池的优缺点
全球相关厂商主要开发集中在“”(锂镍电池)、“LiNi0.8Co0.2O2”(锂镍钴电池)、“”(锂锰电池)、“”(锂镍钴锰电池)和LFP(磷酸铁锂电池)。 然而,对于以中大容量、中高功率为主的动力和储能电池来说,正极材料的成本、放电功率、高温性能、安全性非常重要。 并非所有上述材料都能满足这些要求。
锂镍电池成本较低,容量较高。 但生产工艺难度大,材料性能的一致性和再现性较差。 最严重的是,还存在安全问题。
锂镍钴电池是锂镍电池和锂钴电池的固溶体(复合体)。 它兼有镍锂和钴锂的优点。 一度被业界认为是最有可能替代锂钴电池的新型正极材料。 但回收寿命较差,安全性仍无法取得更大突破。
锂锰电池成本低廉,比锂钴安全得多,但循环寿命较差,高温环境下的循环寿命更差。 锰离子甚至可能在高温下溶解。 高温导致严重的自放电,导致储能特性较差。
磷酸铁锂电池同时具有钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂的主要优点,但不含钴等贵重元素。 原材料价格低廉,地球上磷、锂、铁资源丰富,不会出现供应问题。 工作电压适中(3.2V),电容量大(/g),放电功率高,充电快,循环寿命长,在高温高热环境下稳定性高。 目前业界认为它更加环保。 、锂离子电池的安全性和高性能要求。
然而,磷酸铁锂LFP电池的正极材料一直存在专利问题。 目前,这三项主要技术和化合物分别由全球3家公司掌握,其中包括美国德克萨斯大学的公司和另外两家公司(NCO)。
2006年7月至今,包括投资储能设备、研发薄膜锂电池的,还有美国、台湾、加拿大看好新一代锂离子电池——磷酸铁锂的电池行业(LFP、ate)迅速扩张,从全球风险投资和其他资金来源筹集了超过 3 亿美元。
受钴元素价格上涨影响,锂钴电池粉价格持续上涨。 现在价格已经从原来的每公斤40美元涨到了每公斤60美元到70美元。 磷酸铁锂粉末的售价为每公斤 30 美元至 60 美元,具体取决于其质量。
电池理论充电时间
电池的理论充电时间=电池容量除以充电器的输出电流。
例如:取一块容量为供电时间的电池。
新型锂电池
“德国开发新型锂电池有望突破电动汽车发展瓶颈。” 德国车一向以坚固、速度快而闻名,但油耗却很高。 不过,德国东萨克森州的一家公司开发出了一种新型锂电池薄膜。 有望突破电动汽车发展壁垒,让电动汽车普及。