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两种大型应用奠定磷酸铁锂电池下一步成长路径

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锂离子电池风光无限,锂电池产能在国内是否投资过剩的判断不能仅仅着眼于当前,尤其应着眼于未来,而未来主要是指大型应用。大型应用表现为两个市场:电动车(包括电动自行车和电动汽车)和储能。而储能又主要指新能源并网、城市的削峰填谷发电。

根据十二五规划的目标要求,有业内学者预计,到2015年纯电驱动的新能源汽车销量可达到25万辆,而包括所有新能源汽车的销量将在2015年达到同类车型总销量的1%左右,从而引来电动车高潮。诚能如此,则中国对锂的需求将超过现在全球锂的供应量,这一趋势促使电动车所用磷酸铁锂电池上游材料行业的争夺战在中国愈演愈烈。而另有专家指出,如果中国现有车辆全部(1亿多辆)全部转换成电动车,将等于重建一个国家电网的投入。

储能电池的市场将是目前所有锂电池应用市场的十倍以上规模,随着城市化建设的向前发展,中国已经有超过50%的人口生活在城市中,这给城市用电造成了困难,新能源并网和城市电力的削峰填谷成为必然。从储能环节来看,储能锂电池可保证接入的新能源电力的持续与稳定,而在使用方面,对于白天黑夜之间巨大的需求差异也需要削峰填谷。现在,国内储能只不过占装机总量的2%,其市场空间几乎尚未开发,国内唯一一个运营成功的锂电池电网储能设施是比亚迪在河北张北县实施的磷酸铁锂电池包项目,该项目投资达1.5亿元人民币。储能电池动辄上亿元的投资可以印证未来的锂电储能市场巨大。

在中国,磷酸铁锂电池因为是大型应用的电池材料。因此,其所涉及到的正副及材料、隔膜、电解质都被预期看好。国内股票市场锂概念的风光无二盖缘于此。杉杉新能源、中国宝安、天齐锂业出现的高溢价现象首先是来自于股民对于锂电池电动车的期待,可以想见,如果储能、电车双向发展,则磷酸铁锂电池的未来成长之路将会多么宽广。


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日本企业以硅负极材料提升电池容量的方法

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与现在通行的用石墨作负极的锂电池生产方法不同,日本锂电池界掀起了提升锂电池容量的高潮,其具体措施就是依靠硅负极。

GS汤浅公司试制了磷酸铁锂电池,其中,以碳酸锂为负极的可以提高电池寿命,以硅为负极的可以提高电池容量。通过实验可以证明,与石墨负极相比较,循环使用300次后的电池剩余容量提高了近一倍,由原来的40%提高到约80%。另外,硅负极锂电池的低温性能良好,也可使电池容量增加。硅负极方面的成功案例,在电动车方面有汤浅锂电池在三菱汽车上的应用,在消费电子领域有日立麦克赛尔的硅纳米负极材料。

硅纳米材料的出现是由硅的物理性质决定的,虽然硅可以储存石墨10倍之多的能量,但其膨胀和收缩时的体积差高达4倍,而且,随使用次数的增加,电极材料的炉子间以及电极材料与集电体的结合力会变弱,从而影响锂离子电池的性能稳定。

日本的锂电池研究专家们认为,这个问题的解决方案理论上是将硅离子间的间距扩大,但如过分扩大,电子和锂离子的移动又会减少,电池性能反而下降。这一问题首先在麦克赛尔的消费类锂离子电池领域得以解决,即,将硅粒子缩小至纳米尺寸,并与石墨混合使用。硅纲米材料的使用确保了原来采用石墨时相同的容量,但循环使用500次后的容量显著提高了。

另一家硅负极锂电池生产商三井金属决心把这种锂电池应用研究到消费类电子和电动汽车两个领域。目标是:2012年在消费类领域实用化,2015年作为车载动力锂电池使用。


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主要电池类型回收方法及其回收目的

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不同种类电池被广泛运用于不同场合,更加科学和节约地回收废旧电池,以进行再利用是一件利于自然和人类健康的事业。在经过数百年发展后,目前对主要的电池品牌,全球各国的基本回收方法是一致的。

一、干电池:碱锰干电池和锌锰干电池,即,通常所称的碳性电池和碱性电池。这类电池目前已被要求禁止用汞,因此在生活中是安全的。为此,对这类电池不要求回收,当然,有愿意回收的可以从事这方面的经营,使用者放入垃圾筒中也无妨,回收的目的是获得金属钢和铜。

二、镍电池:镍也是一种有毒物质,镍电池包括镍镉和镍氢电池,它们在很多场合是作为碱性锌锰电池的替代品使用的。镍镉和镍氢电池在一些公共场所有回收点,消费者可以把废电池集中起来交到回收点。回收后的用处是通过加热,获得金属镍、铁、锌、镉,其他的金属氧化物可以进行再处理。

三、钮扣电池:包括氧化银电池和扣式锂锰电池等,这种小型电池通常用在计算器、手表、电脑、鼠标等小型设备中,这类电池的特点是:用量少、体积小、含汞金属。其回收方法是由专业人士替换掉旧电池。因此,当用电设备发生电池不能用的情况时,可以携带用电设备去维修点,从那里换取新电池,回收后的处理是压碎并回收金属。

四、锂离子电池。锂电池是一类制造成本高的环保电池,由于电池通常是设备的主要配件,因此,设备回收场所一般都愿意回收锂电池。回收目的:锂离子电池的正负极及部分电解液可以再利用。

五、铅酸电池:是所有电池中回收率最高的,原因在于,1、危险性物质多,是危害较大的,2、废旧电池中可利用的成分最高,它们包括:塑胶、硫酸和铅,均是应用广泛的化工原料。

除了干电池基本没有污染外,其他电池或者因为价格高,或者因为有污染,或者因为可回收利用率高都成为回收对象。一般来说,它们都是含有重金属的电池产品。当然,这类电池都是人们日常生活中经常遇到的,至于工业电池则不在讨论之列,这类电池往往自己就是大型设备了。

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聚合物锂电池循环寿命测试方法

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聚合物锂电池循环寿命测试方法 

国标定义:在环境温度20℃±5℃的条件下,以1C充电,当电池端电压达到充电限制电压4.2V时,改为恒压充电,直到充电电流小于或等于1/20C,停止充电,搁置0.5h~1h,然后以1C电流放电至终止电压2.75V,放电结束后,搁置0.5h~1h,再进行下一个充放电循环,直至连续两次放电时间小于36min,则认为寿命终止。


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聚合物锂电池的优缺点

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聚合物锂电池优点:

1. 单体电池的工作电压高达3.6v~3.8v 远高于镍氢和镍镉电池的1.2v 电压。

2. 容量密度大,其容量密度是镍氢电池或镍镉电池的1.5~2.5 倍,或者更高。

3. 自放电小,在放置很长时间后其容量损失也很小。

4. 寿命长,正常使用其循环寿命可达到500 次以上。

5. 没有记忆效应,在充电前不必将剩余电量放空,使用方便。

6.安全性能好

聚合物锂电池在结构上采用铝塑软包装,有别于液态电芯的金属外壳,一旦发生安全隐患,液态电芯容易爆炸,而聚合物电芯最多只会气鼓。

7.厚度小,能做得更薄

超薄,电池能够组装进信用卡中。普通液态锂电采用先定制外壳,后塞正负极村料的方法,厚度做到3.6mm以下存在技术瓶颈,聚合物电芯则不存在这一问题,厚度可做到1mm以下,符合时下手机需求方向。

8.重量轻

采用聚合物电解质的电池无需金属壳来作为保护外包装。聚合物电池重量较同等容量规格的钢壳锂电轻40%,较铝壳电池轻20%。

9.容量大

聚合物电池较同等尺寸规格的钢壳电池容量高10~15%,较铝壳电池高5~10%,成为彩屏手机及彩信手机的首选,现在市面上新出的彩屏和彩信手机也大多采用聚合物电芯。

10.内阻小

聚合物电芯的内阻较一般液态电芯小,目前国产聚合物电芯的内阻甚至可以做到35mω以下,极大的减低了电池的自耗电,延长手机的待机时间,完全可以达到与国际接轨的水平。这种支持大放电电流的聚合物锂电更是遥控模型的理想选择,成为最有希望替代镍氢电池的产品。

11.形状可定制

制造商不用局限于标准外形,能够经济地做成合适的大小。聚合物电池可根据客户的需求增加或减少电芯厚度,开发新的电芯型号,价格便宜,开模周期短,有的甚至可以根据手机形状量身定做,以充分利用电池外壳空间,提升电池容量。

12.放电特性佳

聚合物电池采用胶体电解质,相比液态电解质,胶体电解质具有平稳的放电特性和更高的放电平台。

13.保护板设计简单

聚合物锂电池的缺点:

1. 电池成本高,电解质体系提纯困难。

2. 需要保护线路控制,过充或者过放都会使电池内部化学物质的可逆性遭到破坏,从而严重影响电池的寿命。


Q

18650锂电池技术的缺点是什么?如何预防移动电源出事?

A

括苹果产品在内的智能手机、平板电脑因内置锂电池发生的燃烧、爆炸事故使人们对于同样动力驱动的移动电源产品也充满了疑惑,消费者担心移动电源或将成为这类不安全因素的另外一个源头,而18650锂电池技术即是其软肋之一。

作为全球技术最为成熟的液态锂离子电池类型,18650圆柱锂电池或以单体形式,或以电池组形式被广泛运用于移动终端设备,特别是平板电脑和智能手机上;不过,18650电池结构的特点使其不可避免地存在着一定缺陷,从已经报道过的上述设备发生爆炸的事故来看,都是由18650锂电池(组)短路引起的:如果使用不当或者因为电芯设计自身的问题,会使锂电池(组)内部压力过大,在压力外泄的情况下,对电池的坚硬外壳(钢壳或铝壳)造成压力,导致外壳爆炸。

目前的移动电源产品采用锂电池作为储能单元,这种“锂电池”有两种技术路线,一种是液态锂离子电池电芯,因18650型号技术最为成熟,因而又以18650锂电池为代表。所谓18650锂电池,是就其直径为18mm,高度为65mm的规格型号而言;另一种是聚合物锂电池,一般设计为方形锂电池。聚合物锂电池因其可任意形状化,也被采用作为很多设备的电力驱动,如果用到移动电源上,可以使消费者对于移动电源小型化、薄型化的诉求得以实现。但是,聚合物锂电池由于采用的材料不同于液态锂离子电池,因而出厂成本较高。

许多消费者对于移动电源高容量、低价格的追求似乎永无止境,他们不太了解:在电池技术既有水平下,这两者的要求是有矛盾的。目前处于一线的几个移动电源品牌,如羽博、品胜、品能等为了打开市场通路,前期无一例外地会采用价格相对便宜的18650电池技术,如前所述,18650电池在其他移动终端上出现的问题应用到移动电源上也不能完全避免,消费者对市售移动电源的担忧并非杞人忧天,如果消费者无意之中购买了劣质移动电源,或者对其过充过放,都会使移动电源在工作过程中使电解质电解时产生氢气,释放高出正常水平的热量,而不能有效预防,这就为电池内部短路进而引发爆炸、燃烧埋下了伏笔。所以消费者除了尽量选择聚合物锂电池移动电源,还要选择正规厂家的产品,虽然价格略高些,但安全性更有保证。


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镍氢电池的标识、充电与保养

A

就一般状况而言,充电电池(镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池)的实际放电电量取决于充放电机制。充放电电流和终止电压不同,实际的容量也不同,为了衡量不同电池的充放电性能,常以相同的充放电机制(倍率)放电以便于比较。

充放电倍率=充放电电流/额定容量。电池的放电倍率常见的有0.1C、0.2C和1.0C等,常以0.2C倍率作为衡量标准。通常,倍率越高,放电电流越大,电池的极化越严重,实际放出的电量越小。明白了充放电倍率,我们就可以对镍氢电池的标识方法作一个说明,因为在IEC标准里,镍镉电池与镍氢电池总是相伴而行的,因此这里把二者联系起来一起说明。

一、根据IEC标准镍镉/镍氢充电电池标识由5部分组成 。

1. 电池种类:KR表示镍镉电池,HF表示方形镍氢电池,HR表示圆柱型镍氢电池。

2. 电池尺寸:包括圆形电池的直径、高度;方型电池的高度、宽度、厚度。数值之间用斜杠隔开,单位mm。

3. 放电特性符号:L表示适宜放电电流倍率在0.5C以内;M表示适宜放电电流倍率在0.5-3.5C以内;H表示适宜放电电流倍率在3.5-7.0C以内;X表示电池能在7C-15C高倍率的放电电流下工作。 

4. 高温电池符号:用T表示。 

5. 电池连接片表示符号:CF代表无连接片;HH表示电池带有拉状串联连接用的连接片;HB表示电池带有并排串联连接用的连接片。

例如:

1、HF18/07/49表示方形镍氢电池、宽度为18mm、厚度为7mm、高度为49mm;

2、KRMT33/62CF表示镍镉电池、放电倍率在0.5C-3.5之间、高温系列单体电池、无连接片、直径33mm、高度为62mm。 

二、镍氢电池出厂时是以放电态(就是没有充电的状态)出厂的,使用前用0.1C的倍率电流(恒流充电)充12到14小时后就可以使用。新买回来的,或者是长时间未使用的镍氢电池,需要一段“激活”时间来恢复电池电量。因此,一些新的镍氢电池需要经过几次充放电循环才能达到它们的标称电量。在此后的日常使用过程中,每次全部放完电再充,这样就可以保证电池的寿命,平时不要过充,长时间不用要放完电再保存。因为镍氢电池有记忆效应,不象锂电池,可以随时充电。  

三、对于镍氢电池的长期保养来说,使用低频脉冲-大电流的的充电方式要比使用涓流充电方式更能保持好电池状态。