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聚合物锂离子电池及其应用

聚合物锂离子电池及其应用

点击数:7198 次   录入时间:03-04 11:50:11   整理:http://www.55dianzi.com   元器件特点及应用

  充放电工作原理

     这两种锂电池的正极都是锂的化合物,最常用的是氧化钴锂 (LICoO2),负极是石墨化碳 (C)。在充电时,锂离子 ( Li+)从正极向负极迁移;在放电时)则锂离子从负极向正极迁移,示意图如下图 所示。由于它在充电、放电过程中有锂离子在正负极间来回迁移的特点,就称它为锂离子电池。

  实际锂离子电池中,在正极与负极之间还有隔膜及电解质。隔膜是使正极与负极之间隔离,对电子而言是绝绿体,而对锂离子而言可通行无阻。锂离子电池的电解质是有机液体电解质)所以,锂离子电池也称为液体锂离子电池。

  聚合物锂离子电池与锂离子电池最大的差别是隔膜与电解质。聚合物锂离子电池用的电解质是凝胶聚合物电解质,它具有隔膜与电解质的作用。所以,这种锂电池在锂离子电池"前加了“聚合物”三个字,用来区别这两种电池。两种电池的差别在结构上可以看得更清楚。

  两种电池的结构

     圆柱形锂离子电池的内部结构如上图所示。从上图中可看出,隔膜是在正极及负极之间,通过卷绕形成电池主体。电池主体装入电池外壳时要充入有机液体电解质。另外,在电池上部有安全压力阀,其具体结构如下图所示。这是防止在充电或放电时有过大电流而产生过热时,会产生大气体使内部压力增加而发生爆炸。当内部压力增加时,将铝片向上顶,产生变形,从而使正极引线与铝片分离,断开电池回路,起到安全保护作用。

  图2中的正极温度系数端子是聚合物正温度系数自复保险丝,也是一种过温保护装置。

  一种长方形聚合物锂离子电池的内部结构如上图所示。从上图中可看出:凝胶电解质膜代替了隔膜及有机液体电解质。正极、凝胶电解质、负极卷绕成电池主体。把它装入铝塑料复合薄膜的袋中,经热压后形成软包装电池(一般称为电芯),如下图所示。

  从上图比较可知)它内部没有安全压力阀及聚合物正温度系数自复保险丝。因此,在聚合物锂离子电池的外部需要连接一块保护电路板。在多个电芯经串联(提高输出电压)及并联(提高容量时,保护电路板要保护每个单体电池均压及并联电池的均流'并有过压、过流等保护功能。

  聚合物锂离子电池的特点

      聚合物锂离子电池与锂离子电池相比较,其能晕密度高[用单位体积的能量(用W.h/立方厘米作单位)及单位质量的能量(用W·h/kg作单位卜来表示1;工作安全性更高;循环寿命更长;采用串、并联方式更容易组成不同输出电压及容量的电池(采用软包装时其体积更小、重重更轻);可按用户要求的尺寸、形状加工。

  现将目前应用的几种二次电池的主要参数列在下表中,可以看出聚合物锂离子电池比其它电池在性能上的差别。

  聚合物锂离子电池的应用

     电池生产厂为满足各种不同电子产品的使用要求生产出不同容量的单体电池,并且可根据用户的要求通过串联、并联方式组成不同输出电压(如7.2V、14.4V,最高可达50V)及不同容量的电池。

  目前电池厂生产的聚合物锂离子电池单体(电芯)系列产品的容量从30mAh到1OOOOmAh,最筹的可做到0.5mm。一般放电率为1C,生产的高倍率放电电池可达l2~l5C。

  聚合物锂离子电池的应用范围极广,现将常用的应用领域列于下表。

类型 容量(mAh) 重量(g) 应用范围 小型 30-1000  (单位容量) 1.2-22    (单位重量) 蓝牙耳机、MP3、MP4、MD、数码相机、移动电话、PHS电话、无线鼠标、手机 中型 1200-6000(单位容量) 23-150   (单位重量) 便携式DVD、笔记本电脑、通信装置、摄像机、仪器仪表、航模、车模、电动玩具、电动工具、矿灯、小型UPS 大型(动力电池) 8Ah-100Ah 1.8Kg-45Kg 通信站、UPS、电动自行车、电动汽车、专用动力设备(输出电压有24V、36V及50.4V等)

  锂离子电池与聚合物锂离子电池的标称电压相同,所以聚合物锂离子电池替代锂离子电池是比较容易的。

  但由于聚合物锂离子电池的外形与尺寸往往与锂离子电池不同,就不象用镍氢电池替代镍隔电池那样方便(只要型号相同即可),这一点在产品设计时就要考虑好。另外)大部分聚合物锂离子电芯(单体)是没有安全保护装置,在设计时应配有保护电路,并考虑配套充电装置。

  聚合物锂离子电池的产重不及锂离子电池多,但近年来聚合物锂离子电池的价格不断下降,性能不断提高)特别是在交通工具方面的应用,占了相当大的比例。

  目前采用聚合物锂离子电池来替代铅酸电池用于电动白行车巳逐步增加。使十几公斤的电池减轻到不到2公斤,这样的电动白行车才轻快、便捷。随着交通管理部门对电动自行车的限制开放1这种新型的电动白行车会越来越受到人们的欢迎。下图是一种轻便电动自行车,其所用的聚合物锂离子电池的规格是,标称电压为25.2V、额定容量为8.OAh、终止放电电压为2.94V、正常放电电流0.5C(最大放电电流2C)、重量约1.8kg、尺寸为l75mm(长)x90mm(宽)x70mm(厚)。轻便电动自行车

  标称电压为50.4V(3.6Vx4)、额定容量为lOOAh的聚合物锂离子电池(或称聚合物锂动力电池)是用于电动汽车的。它不仅可驱动小型私家车,并且可用于纯电动公交车。据万向电动汽车有限公司动力电池事业部的资料:采用聚合物锂离子电池的公交车,最高时速可达90km/h;经济时速下的最大续驶里程为280km;百公里平均能量消耗为70kWh。用于电动轿车时,最高时速可达l26km/h;经济时速下最大续驶里程为380km;百公里平均能量消耗为llkWh。下图是一种纯电动小型私家车的照片。纯电动小型私家车

  聚合物锂离子电池也可应用于航空航天领域及军事方面的应用(如鱼雷、潜艇、导弹及军事通信等),由于篇幅有限不再介绍。

  应用注意事项

     1.聚合物锂离子电池需配置相应的保护电路板。它具有过充电保护、过放电保护、过流(或过热)保护及正负极短路保护功能)在电池组中有均流及均压功能,以确保电池的使用安全性。

  2.聚合物锂离子电池需配置相应的充电器,保证充电电压在4.2±0.O5V的范围内。切勿随便用一个锂电池充电器来充电。

  3.勿深度放电(放电到2.75V),放电深度浅时可提高电池的寿命(它没有记忆效应),采用浅度放电时(放电到3V)较合运。

  4.不能与其它种类电池或不同型号电池混用。

  5.不能挤压、折弯电池,否则会损坏电池。

  6.不要放在加热器及火源附近,否则会损坏电池。

  7.长期不用时应定期充电,使电压保持在3.0V以上。

  8.要注意:不同的放电倍率C与放电容量大小有关,如下表所示;

不同环境温度下放电时,与放电容重大小有关,如下表所示。




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