③即使电池内部或外部受到损坏,电池也不燃烧、不爆炸,安全性很好。
④极好的循环寿命,经500次循环,其放电容量仍大于95%。
⑤过放电到0也无损坏。
⑥可快速充电。
⑦成本低。
⑧对环境无污染。
LiFePO4电池的结构与工作原理如图23所示。LiFeP04作为电池的正极,由铝箔和电池正极接线柱连接,中间是聚合物的隔膜,它将正极与负极隔开,锂离子(Li+)可以通过而电子(e)无法通过,由炭(石墨)组成电池负极,铜箔与电池的负极接线柱连接。电池的上下端之间是电池的电解质,电池由金属外壳密闭封装。
LiFePO4电池在充电时,在锂化合物正极材料中的锂离子通过隔板移动到作为负极的材料的层间,形成充电电流;放电时,在负极炭材料层间的锂离子通过隔板移动到锂化合正极材料中,形成放电电流。锂离子电池就是因为铿离子在充放电时来回迁移而命名的。离子电池的特点是充电和放电时,只是锂离子在两极之间移动,电锂液不发生化学反应。
锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质以及隔离膜组成,正极、负极及电解质材上不同工艺卜的差异使电池有不同的性能,特别是正极材料对电池的性能影响最大。锂离电池有方形和圆柱形两种、如图24和图25所示。
锂离子电池根据所采用的电解质材料不同可分为液态电池与聚合物电池两种。
液态锂离子电池的负极材料采用炭材料,主要包括石墨、微珠碳、石油焦、碳纤维、解聚合和裂解碳等;正极材料主要包括LICoO2、LiNiO2 、LlMn2O4等,其中LiCoO2应用较广泛,其可逆性、放电容量、充放电率、电压稳定性等性能都很好。电解质为液态,其剂为无水有机物。隔膜采用聚烯类多孔膜,如PE、PP或复合膜。外壳采用钢或铝材料,体组件具有防焊断电的功能。
聚合物锂离子电池又叫作高分子锂电池,属于第二代锂离子电池。聚合物锂离子电池多层薄膜组成,第一层是金属箔集电极,第二层是负极,第三层是固体电解质,第四层是极,第五层是绝缘层。负极采用高分子导电材料、聚乙炔、人造石墨、聚苯胺或聚对苯酚等正极采用LICoO2、 LiN1O2 、LiMn2O2和L1 (CFSO2)2等,电解质为胶体电解质,如LIPF有机碳酸醋混合物等。
如图26所示为梅塞德斯-奔驰S400混合动力车型应用的锂离子电池。
(3) 锂铁电池的放电特性及寿命锂铁电池作为铁电池的一种,一直受到广泛的关注(有人说锂铁电池其实就是锂离子电池的一种)。下面以型号为STL18650的锂铁电池为例,体介绍一下锂铁电池的放电特性及寿命。
STU 8650的锂铁电池(容量为1100mA·h)在不同的放电率时其放电特性如图27示。最小的放电率是0. 5C,最大的放电率是10c,五种不同的放电率形成一组放电曲线。图27可看出,无论哪一种放电率,其放电过程中电压都是很平坦的(即放电电压平稳基本保持不变),只有快到终止放电电压时,曲线才向下弯曲(放电量达到800m A·h之才出现向下弯曲)。在0. 5~10C的放电率范围内,输出电压大部分在2. 7~3. 2V的范围浮动,这说明该电池有很好的放电特性。
容量为1000mA·h的STL18650锂铁电池在不同温度条件下(-20~40℃)的放电曲如图28所示。若在23℃时放电容量为100%,则在。℃时的放电容量降为78%,而在20℃时降至65%,在40℃放电时其放电容量略大于100%。由图28可看出,STL18650铁电池可以在-20℃下工作,但输出能量要下降35%左右。
STL18650锂铁电池的充放电循环寿命曲线如图29所示。其充放电循环的条件:以1C充电率充电,以2C放电率放电,历经570次充放电循环。从特性曲线可知,在经过570次充放电循环后,其放电容量不变,表示该电池有很长的寿命。
采用ST1.18650 (1100mA·h)锂铁电池做过放电到零电压试验。试验条件:用0. 5C充电率将1100mA·h的STL18650钾铁电池充满,再用1. OC放电率放电到电池电压为0。将放到。的电池分两组,一组存放7天,另一组存放30天,存放到期后用0. 5c充电率充满,然后用1. 0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的电池的差别。
试验的结果为:零电压存放7天后电池无泄漏,性能良好,容量为100%;存放30天后,电池无泄漏,性能良好,容量为98%;存放30天后的电池再做3次充放电循环,容量又恢复至100%。
试验表明,该电池即使出现过放电(甚至到0V),并存放一定时间,电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。
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