机为例,使用过一段时间的手机,可以很明显的感觉到手机电池“不耐用”了,刚开始可能只充一次,后面可能需要充电两次,这就是电池寿命不断衰减的体现。
锂离子电池的寿命分为循环寿命和日历寿命两个参数。循环寿命一般以次数为单位,表征电池可以循环充放电的次数。当然这里也是有条件的,一般是在理想的温湿度下,以额定的充放电电流进行深度的充放电(100% DOD或者80%DOD),计算电池容量衰减到额定容量的80%时,所经历的循环次数。
日历寿命的定义则比较复杂,电池不可能一直在充放电,有存储和搁置,也不可能一直处于理想环境条件,会经历各种温湿度条件,充放电的倍率也是时刻在变化的,所以实际的使用寿命就需要模拟和测试。简单的说,日历寿命就是电池在使用环境条件下,经过特定的使用工况,达到寿命终止条件(比如容量衰减到80%)的时间跨度。日历寿命与具体的使用要求是紧密结合的,通常需要规定具体的使用工况,环境条件,存储间隔等。
日历寿命比循环寿命更具有实际意义,但由于日历寿命的测算非常复杂,而且耗时太长,所以一般电池厂家只给出循环寿命的数据。如需要获得日历寿命的数据,通常要额外付费,且要等待很长时间。
表述锂离子电池储能大小的参数是能量密度,在数值上大约相当于电压与锂电池容量的乘积,为了有效提高锂电池的储电量,人们一般会用增加电池容量的方法达到目的。但是,限于所用原材料的性质,容量提升总是有限度的,于是提高电压值成为提升锂电池储电能力的另一条途径。大家知道,锂电池标称电压是3.6V或3.7V,高电压是4.2V。那么,锂电池的电压什为什么不能获得更大的突破呢?说到底,这也是由锂电池的材料及结构性质决定的。
锂电池的电压是由电极电势决定的。电压也称作电势差或电位差,是衡量电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。锂离子的电极电势约是3V,锂电池的电压随材料不同而有变化。如,一般的锂离子电池额定电压为3.7V,满电电压为4.2V;而磷酸铁锂电池额定电压为3.2V,满电电压为3.65V。换句话说,实用中的锂离子电池正极和负极之间的电势差不能超过4.2V,这是一种基于材料和使用安全性的需要。
假如以Li/Li+电极为参照电位,设μA为负极材料的相对电化学势,μC为正极材料的相对电化学势,电解液电势区间Eg为电解液低电子未占有能级和高电子占有能级之差。那么,决定锂电池高电压值的就是μA、μC、Eg这三个因素。
锂离子电池的正负极材料
我们经常会看到磷酸铁锂,三元等专业的锂离子电池术语,这些都是根据锂离子电池正极材料来区分锂离子电池的类型。相对来讲,锂离子电池的正、负极材料对电池性能的影响比较大,是大家比较关心的方面。那么,当前市场上都有哪些常见的正负极材料呢?用他们做锂离子电池,又有哪些优缺点?
1.正极材料
首先,我们来看看正极材料,正极材料的选择,主要基于以下几个因素考虑:
1)具有较高的氧化还原反应电位,使锂离子电池达到较高的输出电压;
2)锂元素含量高,材料堆积密度高,使得锂离子电池具有较高的能量密度;
3)化学反应过程中的结构稳定性要好,使得锂离子电池具有长循环寿命;
4)电导率要高,使得锂离子电池具有良好的充放电倍率性能;
5)化学稳定性和热稳定性要好,不易分解和发热,使得锂离子电池具有良好的安全性;
6)价格便宜,使得锂离子电池的成本足够低;
7)制造工艺相对简单,便于大规模生产;
8)对环境的污染低,易于回收利用。
当前,锂离子电池的能量密度、充放电倍率、安全性等一些关键指标,主要受制于正极材料。