【技术】锂离子电池原理及其优缺点有哪些?
随着人们对于电动汽车需求的不断增加,锂离子电池的应用已成为当今电动汽车市场上最大的趋势。而锂离子电池正是利用锂离子在电介质中的移动向正负极间输运,以储能并释放能量的原理运作的。由多种材料组成的锂离子电池具有轻量化、高能量密度和环保等优越特性,深受广大用户的青睐。正是基于锂离子电池原理以及技术优势,使得锂电池在电动汽车、智能手机、笔记本电脑等领域逐渐得到应用,并有较大潜力应用于储存解决占全总电量45%以上的电站,发展巨大。
图 1
锂离子电池的工作原理是什么?
随着科技的不断进步,锂离子电池已经成为了现代生活中最常用的电池之一,无论是手机、电脑、平板还是其他智能设备,都离不开锂离子电池。那么锂离子电池到底是如何工作的呢?让我们从下面的五个小标题来探究它的工作原理。
1:电池的结构与组成
锂离子电池的结构主要由三个部分组成,分别是正极、负极和电解质。其中正极通常使用的是钴酸锂(LiCoO2),负极则是由石墨或者类似石墨材料构成,电解质则是由有机溶液或聚合物薄膜制成。此外,电池还包括连接器和金属壳体等组件。
当电池充电时,锂离子从正极中向负极移动,同时负极释放出电子,电子流进电路以完成充电。而在放电时,锂离子从负极中向正极移动,在此过程中,电池就会释放出能量,从而为设备供电。
2:电池的充电原理
充电时,电池的正极和负极之间会施加外加电场,使得正极上的锂离子开始流动,进入电解质中并沿着电解质浓度梯度向负极移动。在负极,锂离子将再次与电子结合,并成为嵌入在负极材料中的“锂原子”。在整个充电过程中,负极较为稳定,主要反映在正极上,即钴酸锂作为正极材料,在充电状态下会处于较高价态。
3:电池的放电原理
当电池连接到负载电路时,从电池的正极中流出电子,在正极材料中发生化学反应,将钴酸锂还原成较低价态,同时释放出锂离子。这些锂离子离开正极,并沿着电解质中的浓度梯度向负极移动,在此过程中,它们与负极材料中的锂结合,并形成嵌入在负极材料中的“锂原子”。
4:电池的内阻
与其他电池一样,锂离子电池在工作过程中也存在着内阻,这是由于电池中的电解质、电池壳体及连接器等组件对电流通道的影响所引起的。故而,锂离子电池的实际输出电压会低于理论电压,并且随着电池使用时间的增长,电池的内阻会越来越大,从而降低电池的寿命。
为了适应不同的负载电路,电池以及电池组通常需要被装置电路来匹配负载电路。具体来说,适当的负载电阻可以有效地降低电池的内阻并提高其输出电压。
5:电池的安全性能
虽然锂离子电池具有高能量密度和长循环寿命等优点,但也存在着相应的安全隐患。锂离子电池在暴力钝化、过充放、短路等情况下可能会被激活,并引发放电过程中的喘气、水解反应等,甚至可能在严重情况下引发爆裂、燃烧等危险事件。
因此,为了保证锂离子电池在安全可靠的环境下工作,需要采取一系列的安全措施,比如在电池内部增加保护电路,使用高品质的材料、设计合理的电池壳体、采用安全运输方式等。
图 2
锂离子电池有哪些优点和缺点?
锂离子电池是目前最为常用的电池之一,因其体积小、重量轻、储存能量密度高和环保等优点而被广泛应用。但相应地,也存在着成本高、使用寿命短、容易过热起火等缺点。本文将从多个方面探讨锂离子电池的优点和缺点,以期读者能够对其有更加深入的了解。
1:高能量密度
相较于传统电池,锂离子电池的能量密度更高。这意味着它们可以提供相同体积或重量下更多的储能,比如手机、平板电脑、笔记本电脑和无人机等设备。
同时,高能量密度也使得锂离子电池在电动汽车上有着广泛的应用。电动汽车需要有足够的电力储备才能行驶更远的路程,而相比其他电池,锂离子电池更为适合电动汽车使用。
2:轻便、易携带
锂离子电池相对其他电池而言,体积较小、重量较轻。
在当今人们追求便携化、轻量化的时代,锂离子电池得到了广泛的应用。如智能手表、智能家居、无人机等,都需要电池轻盈便携,以便于携带使用。
3:无记忆效应
“记忆效应”就是电子产品的电池在被反复充电与放电后,电荷接收能力下降的现象。而锂离子电池没有这个问题,无论何时,只要电量耗尽,就可以进行充电使用。
此外,使用锂离子电池的产品能够精确显示电量信息,用户能够准确预估剩余使用时间和充电时间,更便于实际使用。
4:环保
相比传统的干电池和镍氢电池,锂离子电池的环保性能更好。因为它们无需金属汞或镉,更容易回收利用和处理废弃物。
5:充电速度快
相比其他电池,锂离子电池的充电速度较快。对于用户来说,这意味着更短的充电时间和更长的使用时间。
同时,现代科技也在不断改进锂离子电池的充电速度,预计未来还将有更快的充电技术问世。
6:成本高昂
由于生产成本较高,锂离子电池价格相比干电池和镍氢电池更为昂贵。这意味着在大规模生产任何产品之前,成本都需要进行仔细评估。
同时,由于制造锂离子电池所用材料的需求增加,原材料价格波动较大,导致锂离子电池市场价格不稳定。
7:使用寿命短
相较部分其他电池,锂离子电池的使用寿命较短,且会随着使用次数的增加而缩短。一个普遍的现象是,电池随着时间的延长,其储存容量逐渐降低。
因此,在设备的设计之初,需要尽量避免频繁地充放电,以延长电池寿命。
8:容易过热起火
锂离子电池的一个严重问题是过热起火。虽然现代科技和设计已经尽可能地解决了这个问题,如采用高清凉度的电池、防火材料等。但是由于锂离子电池的化学特性,它仍然容易在高温状态下发生反应,形成大量热量进一步加重过热的情况。
此外,如果电池不正确使用或损坏,也会增加过热起火风险,因此使用锂离子电池要格外小心。
图 3
锂离子电池为何成为主流电池类型?
如今,我们的日常生活中使用的许多设备都使用锂离子电池,例如手机、笔记本电脑等。那么,为什么锂离子电池能够成为主流电池类型呢?接下来,我们将从五个方面阐述这个问题。
1、高能量密度
锂离子电池相比于其他电池而言,能量密度更高。因为锂离子在电池放电时,自由电子在电解液中移动前往正极,导致电池电位下降。随着电池电位降低,锂离子从正极离开,并在负极处嵌入石墨中,从而完成电荷循环。由此可见,锂离子电池有更高的能量密度,可以为便携式设备提供更长久的使用时间。
此外,高能量密度使得锂离子电池在轻量化设备中应用广泛,如智能手表和智能眼镜等。
2、低自放电率
锂离子电池在未充电或未使用的情况下,自放电率很低。而其他电池类型却经常出现电量衰减,影响了其使用寿命。例如,镍氢电池每天掉电2%左右,而锂离子电池的自放电率仅为每月1%。
因此,锂离子电池非常适合用在需要长时间放置的设备上。例如,无线摄像头和安全系统等。
3、环保且安全
与其他电池类型相比,锂离子电池对环境的影响更少且更安全。相对于其他电池,锂离子电池无汞、无铅或无镉,不会对土壤和水源造成污染。
此外,虽然锂离子电池也有可能过热或发生短路,但在设计和生产阶段采取一系列措施,如保护电路和温控系统等,可以使得锂离子电池更加安全可靠。
4、长寿命
锂离子电池使用寿命长,这归功于其材料和组装方式。锂离子电池的正极材料是钴、镍、锰、铁或磷酸铁锂,而负极材料是石墨。这些材料不仅具有高效的能量转换能力,还具有较高的循环寿命,可为设备提供长期的使用时间。
在正常使用和储存条件下,锂离子电池的使用寿命可以达到数年。锂离子电池的生命周期是通过充电和放电循环次数来计算的。事实上,锂离子电池寿命可以通过最小化完全放电和充电的次数来优化。因此,在使用时应尽量避免电量过低或过高。
5、广泛的应用
除了智能手机、笔记本电脑等消费电子产品之外,锂离子电池还被广泛应用于无人机、电动汽车等领域。锂离子电池在电动汽车和其他航空器中应用得非常广泛,因为其高能量密度和轻量化设计大大降低了电动汽车和无人机的重量。此外,锂离子电池也适合用于便携式电源以及航天器等领域。
锂离子电池原理是当今电池技术领域的关键点之一,该技术不同于传统的铅酸蓄电池,实现了更大电能密度和更长的循环寿命。通过深入学习锂离子电池的工作原理,我们进一步了解了它在节能环保、新能源汽车和可再生能源等领域的应用前景。我们还发现,锂离子电池从创新到市场落实面临诸多技术和市场挑战,全球各个行业的研究人员都在不断完善锂离子电池的工艺流程以及优化其成本效益。
综上所述,锂离子电池作为当今电池技术领域的热门话题,它使用广泛,并使各个领域的跨界应用成为可能。无论我们是科研工作者还是广大市民,在充分了解其原理的基础上,更多地推广和应用锂离子电池,将对人类的节能减排和可持续发展起到积极的作用。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由三年不鸣转载自格瑞普官网,原文标题为:锂离子电池原理是什么,锂离子电池有哪些优缺点?,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
相关研发服务和供应服务
相关推荐
【技术】一文介绍钛酸锂电池及其优缺点
钛酸锂电池作为新型锂电池,与传统的磷酸铁锂电池、三元锂电池相比,具有独特的优缺点,今天格瑞普电池就带大家来一起了解一下什么是钛酸锂电池,钛酸锂电池优缺点有哪些?钛酸锂电池(简称LTO电池)是一种特殊类型的锂离子电池。
【技术】磷酸铁锂离子电池和三元锂离子电池对比哪个好?
新能源汽车市场上,锂离子电池常见的是磷酸铁锂离子电池和三元锂离子电池,而目前市场上磷酸铁锂电池已经反超三元锂电池,既然这样,那磷酸铁锂离子电池和三元锂离子电池对哪个好呢?本文格瑞普将为你介绍。
【技术】铝离子电池和锂离子电池哪个更好?
随着电子产品的日益普及,电池的种类也越来越丰富。铝离子电池和锂离子电池是目前市面上比较受欢迎的两种电池。那么铝离子电池和锂离子电池哪个更好呢?本文格瑞普为大家讲解两者的区别。
快速充电与慢速充电:哪种方式对锂电池更好?
随着快速充电技术的出现及普及,用户常常想知道哪种充电方式对自己的设备更好。格瑞普小编将深入探究锂电池的充电过程,探讨快速充电和慢速充电这两种方法的优缺点,着重说明它们之间的关键差异,并最终确定哪种方式对您设备的锂电池更为有利。
【应用】功率场效应管DI110N04PQ-AQ用于驱动电动汽车冷却泵,最高结温达175℃
DIOTEC QFN5x6功率封装的功率场效应管DI110N04PQ-AQ适用于液体冷却泵的直流电机驱动,由于最高结温为175℃,因此具有高可靠性。不同的制造商已正在利用这组件来模拟和开发发相应的控制和动力单单元、控制车辆冷却液和发动机舱流量等功能。
解锁15个节省锂电池电量的妙招,延长电池使用寿命
作为专业研发生产锂电池厂商的格瑞普,我们深知优化锂电池电量对您的设备至关重要。无论您使用的是可穿戴设备还是无人机,或者是日常生活中使用到的电池设备,高效利用电池电量都能降低成本并提升性能。在本文中,我们将探讨 15 个实用的小妙招,以帮助您最大限度地延长锂离子电池的使用寿命并提高其使用效率。
【经验】一文解析锂电池能量密度
现如今,随着科技的发展和社会进步,能源成为人们关注的热点话题。锂电池能量密度作为当今高级的电池能量储存技术之一,得到许多人的广泛关注,今天格瑞普电池就带大家来一起了解一下锂电池能量密度是什么,一般锂电池能量密度是多少?锂电池能量密度指的是以单位重量的体积储能量。锂电池能量密度小意味着储能能力有限,电池自然就类肯不耐用。
解析电池校准是什么意思及电池校准如何操作?
电池校准是将电池充满电,再将其放空至关机,以提高电池在同一电量下的容量和性能表现。这项技术适用于所有类型的充电电池,包括锂离子电池、镍镉电池和镍氢电池;而针对手机电池而言,电池校准实际上是一项必要的操作。由于大部分智能手机采用的是锂离子电池,这种电池存在一定的记忆效应,长时间使用之后可能导致电池容量下降。而电池校准就可以解决这一问题,让电池保持较好的性能。
如何提高锂离子电池的能量密度?
高能量密度电池是现代储能解决方案的前沿技术,在为电动汽车、无人机以及便携式电子产品等各种设备供电方面发挥着至关重要的作用。这些电池以能够在紧凑、轻便的形态下存储大量能量为特点,非常适合空间和重量受限的应用场景。在本文中,格瑞普将探讨电池高能量的成因,识别该领域的当前领先者,并讨论其高性能背后的科学原理,重点关注实现如此惊人的储能能力的材料和技术。
新型锂离子电容:超级电容器与锂离子电池的完美结合
现代社会对于电力储存的需求越来越大,锂离子电池和超级电容器都成为了备受关注的技术。而新型的锂离子电容(LIC)则是这两种技术的结合体,拥有着独特的性能和优势。本文合盛科技将介绍LIC的概念、原理、以及其应用前景。
【技术】什么是聚合物锂电池?
什么是聚合物锂电池?相信很多朋友有这么一个小疑问。本文带大家来认识一下聚合物锂电池,同时给大家拓展一下聚合物锂电池的应用领域。聚合物锂电池也称锂聚合物电池,又称高分子锂电池。它也是锂离子电池的一种。
锂离子电池内阻的影响因素有哪些?
随着锂电池的使用,电池性能不断衰减,主要表现为容量衰减、内阻增加、功率下降等,电池内阻的变化受温度、放电深度等多种使用条件的影响。因此本文主要从电池结构设计、原材料性能、制程工艺和使用条件等方面阐述了影响电池内阻的因素。
【技术】解析18650电芯是什么及其用在哪里?
18650电芯是一种经典的锂离子电池,其名称源于其直径和长度(正确来说是18mm x 65mm)。与其他种类的电池或充电池相比,18650电芯具有高能量密度、长使用寿命等显著优点,并已被广泛用于电动车、笔记本电脑、手提电动工具、照明设备等领域。作为可靠的能量源,18650电芯正通过不断的创新不断进步。因此,在当前的社会中,它具有着不可替代的重要性。
【技术】解析无人机动力锂电池和普通锂电池的区别
无人机动力锂电池作为无人机的动力来源,目前主流的无人机电池是锂电池,它有着相对于其他品种更优异的性能。锂电池分为动力电池和普通电池,虽说同为锂电池但还是有很多区别,那无人机动力锂电池和普通锂电池有什么区别?
锂离子电池组装如何选配保护板?
锂离子电池要能更好的应用,充分发挥其效能,配备上合适的电池保护板是必须的。锂离子电池组装应用主要根据实际应用需求而定,比如电池的容量大小,电压大小,充放电电流的大小和使用几个电芯串联或并联等,电池保护板就需要根据这些参数进行选配。本文中格瑞普来为大家介绍锂离子电池组装如何选配保护板?,希望对各位工程师朋友有所帮助。
电子商城
品牌:至诚微
品类:Highly integrated synchronous boost charger IC
价格:¥1.9200
现货: 10,000
现货市场
服务
可自由定制电池形状,锂离子聚合物/磷酸铁锂成分,放电倍率Max. 50C (持续放电倍率) / 150C (脉冲放电倍率),充电倍率:Max. 5,厚度可达0.5mm。
最小起订量: 5000 提交需求>
提供7~27寸工控机定制,支持嵌⼊式/ 壁挂式 /桌⾯式/悬挂式等安装方式,采用纯平⾯板IP65防尘防⽔等级,莫⽒7级硬度触摸屏,兼容多种操作系统:组态软件/安卓/XP/win7/8/10/Linux等,支持主板、接⼝、外观、⽀架、刷卡器、⾝份证阅读器、LOGO、⻨克⻛、系统、电池、蓝⽛、4G/5G、摄像头、GPS系统、⼆维码扫描器、指纹等特殊应⽤场景定制
最小起订量: 1台 提交需求>
登录 | 立即注册
提交评论