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兩種大型應用奠定磷酸鐵鋰電池下一步成長路徑

A

鋰離子電池風光無限,鋰電池產能在國內是否投資過剩的判斷不能僅僅著眼于當前,尤其應著眼于未來,而未來主要是指大型應用。大型應用表現為兩個市場:電動車(包括電動自行車和電動汽車)和儲能。而儲能又主要指新能源并網、城市的削峰填谷發電。

根據十二五規劃的目標要求,有業內學者預計,到2015年純電驅動的新能源汽車銷量可達到25萬輛,而包括所有新能源汽車的銷量將在2015年達到同類車型總銷量的1%左右,從而引來電動車高潮。誠能如此,則中國對鋰的需求將超過現在全球鋰的供應量,這一趨勢促使電動車所用磷酸鐵鋰電池上游材料行業的爭奪戰在中國愈演愈烈。而另有專家指出,如果中國現有車輛全部(1億多輛)全部轉換成電動車,將等于重建一個國家電網的投入。

儲能電池的市場將是目前所有鋰電池應用市場的十倍以上規模,隨著城市化建設的向前發展,中國已經有超過50%的人口生活在城市中,這給城市用電造成了困難,新能源并網和城市電力的削峰填谷成為必然。從儲能環節來看,儲能鋰電池可保證接入的新能源電力的持續與穩定,而在使用方面,對于白天黑夜之間巨大的需求差異也需要削峰填谷?,F在,國內儲能只不過占裝機總量的2%,其市場空間幾乎尚未開發,國內唯一一個運營成功的鋰電池電網儲能設施是比亞迪在河北張北縣實施的磷酸鐵鋰電池包項目,該項目投資達1.5億元人民幣。儲能電池動輒上億元的投資可以印證未來的鋰電儲能市場巨大。

在中國,磷酸鐵鋰電池因為是大型應用的電池材料。因此,其所涉及到的正副及材料、隔膜、電解質都被預期看好。國內股票市場鋰概念的風光無二蓋緣于此。杉杉新能源、中國寶安、天齊鋰業出現的高溢價現象首先是來自于股民對于鋰電池電動車的期待,可以想見,如果儲能、電車雙向發展,則磷酸鐵鋰電池的未來成長之路將會多么寬廣。


Q

日本企業以硅負極材料提升電池容量的方法

A

與現在通行的用石墨作負極的鋰電池生產方法不同,日本鋰電池界掀起了提升鋰電池容量的高潮,其具體措施就是依靠硅負極。

GS湯淺公司試制了磷酸鐵鋰電池,其中,以碳酸鋰為負極的可以提高電池壽命,以硅為負極的可以提高電池容量。通過實驗可以證明,與石墨負極相比較,循環使用300次后的電池剩余容量提高了近一倍,由原來的40%提高到約80%。另外,硅負極鋰電池的低溫性能良好,也可使電池容量增加。硅負極方面的成功案例,在電動車方面有湯淺鋰電池在三菱汽車上的應用,在消費電子領域有日立麥克賽爾的硅納米負極材料。

硅納米材料的出現是由硅的物理性質決定的,雖然硅可以儲存石墨10倍之多的能量,但其膨脹和收縮時的體積差高達4倍,而且,隨使用次數的增加,電極材料的爐子間以及電極材料與集電體的結合力會變弱,從而影響鋰離子電池的性能穩定。

日本的鋰電池研究專家們認為,這個問題的解決方案理論上是將硅離子間的間距擴大,但如過分擴大,電子和鋰離子的移動又會減少,電池性能反而下降。這一問題首先在麥克賽爾的消費類鋰離子電池領域得以解決,即,將硅粒子縮小至納米尺寸,并與石墨混合使用。硅綱米材料的使用確保了原來采用石墨時相同的容量,但循環使用500次后的容量顯著提高了。

另一家硅負極鋰電池生產商三井金屬決心把這種鋰電池應用研究到消費類電子和電動汽車兩個領域。目標是:2012年在消費類領域實用化,2015年作為車載動力鋰電池使用。


Q

主要電池類型回收方法及其回收目的

A

不同種類電池被廣泛運用于不同場合,更加科學和節約地回收廢舊電池,以進行再利用是一件利于自然和人類健康的事業。在經過數百年發展后,目前對主要的電池品牌,全球各國的基本回收方法是一致的。

一、干電池:堿錳干電池和鋅錳干電池,即,通常所稱的碳性電池和堿性電池。這類電池目前已被要求禁止用汞,因此在生活中是安全的。為此,對這類電池不要求回收,當然,有愿意回收的可以從事這方面的經營,使用者放入垃圾筒中也無妨,回收的目的是獲得金屬鋼和銅。

二、鎳電池:鎳也是一種有毒物質,鎳電池包括鎳鎘和鎳氫電池,它們在很多場合是作為堿性鋅錳電池的替代品使用的。鎳鎘和鎳氫電池在一些公共場所有回收點,消費者可以把廢電池集中起來交到回收點?;厥蘸蟮挠锰幨峭ㄟ^加熱,獲得金屬鎳、鐵、鋅、鎘,其他的金屬氧化物可以進行再處理。

三、鈕扣電池:包括氧化銀電池和扣式鋰錳電池等,這種小型電池通常用在計算器、手表、電腦、鼠標等小型設備中,這類電池的特點是:用量少、體積小、含汞金屬。其回收方法是由專業人士替換掉舊電池。因此,當用電設備發生電池不能用的情況時,可以攜帶用電設備去維修點,從那里換取新電池,回收后的處理是壓碎并回收金屬。

四、鋰離子電池。鋰電池是一類制造成本高的環保電池,由于電池通常是設備的主要配件,因此,設備回收場所一般都愿意回收鋰電池?;厥漳康模轰囯x子電池的正負極及部分電解液可以再利用。

五、鉛酸電池:是所有電池中回收率最高的,原因在于,1、危險性物質多,是危害較大的,2、廢舊電池中可利用的成分最高,它們包括:塑膠、硫酸和鉛,均是應用廣泛的化工原料。

除了干電池基本沒有污染外,其他電池或者因為價格高,或者因為有污染,或者因為可回收利用率高都成為回收對象。一般來說,它們都是含有重金屬的電池產品。當然,這類電池都是人們日常生活中經常遇到的,至于工業電池則不在討論之列,這類電池往往自己就是大型設備了。

Q

聚合物鋰電池循環壽命測試方法

A

聚合物鋰電池循環壽命測試方法 

國標定義:在環境溫度20℃±5℃的條件下,以1C充電,當電池端電壓達到充電限制電壓4.2V時,改為恒壓充電,直到充電電流小于或等于1/20C,停止充電,擱置0.5h~1h,然后以1C電流放電至終止電壓2.75V,放電結束后,擱置0.5h~1h,再進行下一個充放電循環,直至連續兩次放電時間小于36min,則認為壽命終止。


Q

聚合物鋰電池的優缺點

A

聚合物鋰電池優點:

1. 單體電池的工作電壓高達3.6v~3.8v 遠高于鎳氫和鎳鎘電池的1.2v 電壓。

2. 容量密度大,其容量密度是鎳氫電池或鎳鎘電池的1.5~2.5 倍,或者更高。

3. 自放電小,在放置很長時間后其容量損失也很小。

4. 壽命長,正常使用其循環壽命可達到500 次以上。

5. 沒有記憶效應,在充電前不必將剩余電量放空,使用方便。

6.安全性能好

聚合物鋰電池在結構上采用鋁塑軟包裝,有別于液態電芯的金屬外殼,一旦發生安全隱患,液態電芯容易爆炸,而聚合物電芯最多只會氣鼓。

7.厚度小,能做得更薄

超薄,電池能夠組裝進信用卡中。普通液態鋰電采用先定制外殼,后塞正負極村料的方法,厚度做到3.6mm以下存在技術瓶頸,聚合物電芯則不存在這一問題,厚度可做到1mm以下,符合時下手機需求方向。

8.重量輕

采用聚合物電解質的電池無需金屬殼來作為保護外包裝。聚合物電池重量較同等容量規格的鋼殼鋰電輕40%,較鋁殼電池輕20%。

9.容量大

聚合物電池較同等尺寸規格的鋼殼電池容量高10~15%,較鋁殼電池高5~10%,成為彩屏手機及彩信手機的首選,現在市面上新出的彩屏和彩信手機也大多采用聚合物電芯。

10.內阻小

聚合物電芯的內阻較一般液態電芯小,目前國產聚合物電芯的內阻甚至可以做到35mω以下,極大的減低了電池的自耗電,延長手機的待機時間,完全可以達到與國際接軌的水平。這種支持大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的理想選擇,成為最有希望替代鎳氫電池的產品。

11.形狀可定制

制造商不用局限于標準外形,能夠經濟地做成合適的大小。聚合物電池可根據客戶的需求增加或減少電芯厚度,開發新的電芯型號,價格便宜,開模周期短,有的甚至可以根據手機形狀量身定做,以充分利用電池外殼空間,提升電池容量。

12.放電特性佳

聚合物電池采用膠體電解質,相比液態電解質,膠體電解質具有平穩的放電特性和更高的放電平臺。

13.保護板設計簡單

聚合物鋰電池的缺點:

1. 電池成本高,電解質體系提純困難。

2. 需要保護線路控制,過充或者過放都會使電池內部化學物質的可逆性遭到破壞,從而嚴重影響電池的壽命。


Q

18650鋰電池技術的缺點是什么?如何預防移動電源出事?

A

括蘋果產品在內的智能手機、平板電腦因內置鋰電池發生的燃燒、爆炸事故使人們對于同樣動力驅動的移動電源產品也充滿了疑惑,消費者擔心移動電源或將成為這類不安全因素的另外一個源頭,而18650鋰電池技術即是其軟肋之一。

作為全球技術最為成熟的液態鋰離子電池類型,18650圓柱鋰電池或以單體形式,或以電池組形式被廣泛運用于移動終端設備,特別是平板電腦和智能手機上;不過,18650電池結構的特點使其不可避免地存在著一定缺陷,從已經報道過的上述設備發生爆炸的事故來看,都是由18650鋰電池(組)短路引起的:如果使用不當或者因為電芯設計自身的問題,會使鋰電池(組)內部壓力過大,在壓力外泄的情況下,對電池的堅硬外殼(鋼殼或鋁殼)造成壓力,導致外殼爆炸。

目前的移動電源產品采用鋰電池作為儲能單元,這種“鋰電池”有兩種技術路線,一種是液態鋰離子電池電芯,因18650型號技術最為成熟,因而又以18650鋰電池為代表。所謂18650鋰電池,是就其直徑為18mm,高度為65mm的規格型號而言;另一種是聚合物鋰電池,一般設計為方形鋰電池。聚合物鋰電池因其可任意形狀化,也被采用作為很多設備的電力驅動,如果用到移動電源上,可以使消費者對于移動電源小型化、薄型化的訴求得以實現。但是,聚合物鋰電池由于采用的材料不同于液態鋰離子電池,因而出廠成本較高。

許多消費者對于移動電源高容量、低價格的追求似乎永無止境,他們不太了解:在電池技術既有水平下,這兩者的要求是有矛盾的。目前處于一線的幾個移動電源品牌,如羽博、品勝、品能等為了打開市場通路,前期無一例外地會采用價格相對便宜的18650電池技術,如前所述,18650電池在其他移動終端上出現的問題應用到移動電源上也不能完全避免,消費者對市售移動電源的擔憂并非杞人憂天,如果消費者無意之中購買了劣質移動電源,或者對其過充過放,都會使移動電源在工作過程中使電解質電解時產生氫氣,釋放高出正常水平的熱量,而不能有效預防,這就為電池內部短路進而引發爆炸、燃燒埋下了伏筆。所以消費者除了盡量選擇聚合物鋰電池移動電源,還要選擇正規廠家的產品,雖然價格略高些,但安全性更有保證。


Q

鎳氫電池的標識、充電與保養

A

就一般狀況而言,充電電池(鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池)的實際放電電量取決于充放電機制。充放電電流和終止電壓不同,實際的容量也不同,為了衡量不同電池的充放電性能,常以相同的充放電機制(倍率)放電以便于比較。

充放電倍率=充放電電流/額定容量。電池的放電倍率常見的有0.1C、0.2C和1.0C等,常以0.2C倍率作為衡量標準。通常,倍率越高,放電電流越大,電池的極化越嚴重,實際放出的電量越小。明白了充放電倍率,我們就可以對鎳氫電池的標識方法作一個說明,因為在IEC標準里,鎳鎘電池與鎳氫電池總是相伴而行的,因此這里把二者聯系起來一起說明。

一、根據IEC標準鎳鎘/鎳氫充電電池標識由5部分組成 。

1. 電池種類:KR表示鎳鎘電池,HF表示方形鎳氫電池,HR表示圓柱型鎳氫電池。

2. 電池尺寸:包括圓形電池的直徑、高度;方型電池的高度、寬度、厚度。數值之間用斜杠隔開,單位mm。

3. 放電特性符號:L表示適宜放電電流倍率在0.5C以內;M表示適宜放電電流倍率在0.5-3.5C以內;H表示適宜放電電流倍率在3.5-7.0C以內;X表示電池能在7C-15C高倍率的放電電流下工作。 

4. 高溫電池符號:用T表示。 

5. 電池連接片表示符號:CF代表無連接片;HH表示電池帶有拉狀串聯連接用的連接片;HB表示電池帶有并排串聯連接用的連接片。

例如:

1、HF18/07/49表示方形鎳氫電池、寬度為18mm、厚度為7mm、高度為49mm;

2、KRMT33/62CF表示鎳鎘電池、放電倍率在0.5C-3.5之間、高溫系列單體電池、無連接片、直徑33mm、高度為62mm。 

二、鎳氫電池出廠時是以放電態(就是沒有充電的狀態)出廠的,使用前用0.1C的倍率電流(恒流充電)充12到14小時后就可以使用。新買回來的,或者是長時間未使用的鎳氫電池,需要一段“激活”時間來恢復電池電量。因此,一些新的鎳氫電池需要經過幾次充放電循環才能達到它們的標稱電量。在此后的日常使用過程中,每次全部放完電再充,這樣就可以保證電池的壽命,平時不要過充,長時間不用要放完電再保存。因為鎳氫電池有記憶效應,不象鋰電池,可以隨時充電。  

三、對于鎳氫電池的長期保養來說,使用低頻脈沖-大電流的的充電方式要比使用涓流充電方式更能保持好電池狀態。


Q

鋰電池過充過放會對鋰電池造成的傷害有哪些

A

所謂過充,顧名思義,就是充電過頭了,即電池被充滿電之后,繼續對其充電。

充滿電后繼續充電到一定程度,鋰離子電池中的電解液分解所產生的氣體會導致電池膨脹,甚至冒煙。如此,電池就不能正常工作了。就像氣球,充滿氣后繼續充,氣球遲早會爆破一樣。




有的客戶,為了自己產品的美觀,或者為了適合產品模具設計要求,往往只采購電芯,自己設計保護板,這也是容易引起過充的。一方面,因為他們的電池專業水準不高,實驗設備落后,設計的過充保護參數有出入;另一方面,由于不同電芯廠家生產的電芯質量不一樣,所用鋰材料也不一樣,如果他們不能判斷,始終用同樣的工藝來設計過充保護參數,這樣也容易出現差錯,導致過充。當然,過充一兩次,對電池的傷害并不大,用戶體驗也不深,但時間長了,過充次數多了,電池就會因量變而質變,直到充不進,也放不出,結果可想而知。


所謂過放,是指電池放完內部儲存的電量,電壓下降到一定值后,繼續放電,就造成了過放。通常根據放電電流來確定放電截止電壓,也就是判斷是否過放的臨界電壓值,對于3.7V的鋰電池而言,0.2C-2C放電一般設定3.0V,3C以上放電的,如5C或10C放電的,設定為2.4V。


電池過放往往會給電池帶來災難性的惡果,尤其是大電流過放,或反復過放,對電池電性能的影響更大。這就好比一個人,一次失血三五百毫升,不會影響人的身體健康,但一旦失血過多,人的正常身體機能就無法維持,多到一定程度,人就會死亡一樣。于電池而言,過放電會使電池內壓升高,正、負極活性物質可逆性功能受到破壞,即使通過充電補救,也很難全部恢復,自然,容量明顯衰減,衰減到一定程度,電池“死亡”,再無起死回生之法。


為了避免過分造成惡果,我們應該依據電池自身特性,針對性很強地做好前期保護參數設置,而后期使用,我們更應該嚴格按照使用說明書的電池“使用條例”不折不扣、保質保量地執行。最好是給電池留有“余電”,正如“做事留一線,日后好見面”一樣,為再次充電打個“基礎”,好比做事一樣,從“零”開始畢竟艱難。我們一直在強調,充電電池是一門應用的科學,使用尤其重要,使用好了,它會乖乖聽您使喚,為您盡忠職守,效勞到您滿意為止,特別是活性極強的鋰離子電池,更應小心伺候,否則,它會向一匹難于馴服的烈馬,棄您而去,讓您哭笑不得。


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