鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:11799次 | 2018年05月31日
鋰離子電池的主要參數(shù)指標(biāo)分析
主要參數(shù)指標(biāo)
鋰離子電池具有能量密度高、轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、無充放電延時、自放電率低、工作溫度范圍寬和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),因而成為電能的一個比較理想的載體,在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
一般而言,我們在使用鋰離子電池的時候,會關(guān)注一些技術(shù)指標(biāo),作為衡量其性能“優(yōu)劣”的主要因素。那么,哪些指標(biāo)是我們需要在使用的時候,應(yīng)該予以特別關(guān)注呢?
1.容量
這是大家比較關(guān)心的一個參數(shù)。智能手機(jī)早已普及,我們在使用智能手機(jī)的時候,最為擔(dān)心的就是電量不足,需要頻繁充電,有時還找不到地方充電。早期的功能機(jī),正常使用情況下,滿充的電池可以待機(jī)3~5天,一些產(chǎn)品甚至可以待機(jī)7天以上??墒堑搅酥悄軝C(jī)時代,待機(jī)時間就顯得慘不忍睹了。這里面很重要的一個原因,就是手機(jī)的功耗越來越大,而電池的容量卻沒有同比例的增長。
容量的單位一般為“mAh”(毫安時)或“Ah”(安時),在使用時又有額定容量和實(shí)際容量的區(qū)別。額定容量是指滿充的鋰離子電池在實(shí)驗(yàn)室條件下(比較理想的溫濕度環(huán)境),以某一特定的放電倍率(C-rate)放電到截止電壓時,所能夠提供的總的電量。實(shí)際容量一般都不等于額定容量,它與溫度、濕度、充放電倍率等直接相關(guān)。一般情況下,實(shí)際容量比額定容量偏小一些,有時甚至比額定容量小很多,比如北方的冬季,如果在室外使用手機(jī),電池容量會迅速下降。
2.能量密度
能量密度,指的是單位體積或單位重量的電池,能夠存儲和釋放的電量,其單位有兩種:Wh/kg,Wh/L,分別代表重量比能量和體積比能量。這里的電量,是上面提到的容量(Ah)與工作電壓(V)的積分。在應(yīng)用的時候,能量密度這個指標(biāo)比容量更具有指導(dǎo)性意義。
基于當(dāng)前的鋰離子電池技術(shù),能夠達(dá)到的能量密度水平大約在100~200Wh/kg,這一數(shù)值還是比較低的,在許多場合都成為鋰離子電池應(yīng)用的瓶頸。這一問題同樣出現(xiàn)在電動汽車領(lǐng)域,在體積和重量都受到嚴(yán)格限制的情況下,電池的能量密度決定了電動汽車的單次最大行駛里程,于是出現(xiàn)了“里程焦慮癥”這一特有的名詞。如果要使得電動汽車的單次行駛里程達(dá)到500公里(與傳統(tǒng)燃油車相當(dāng)),電池單體的能量密度必須達(dá)到300Wh/kg以上。
鋰離子電池能量密度的提升,是一個緩慢的過程,遠(yuǎn)低于集成電路產(chǎn)業(yè)的摩爾定律,這就造成了電子產(chǎn)品的性能提升與電池的能量密度提升之間存在一個剪刀差,并且隨著時間不斷擴(kuò)大。
3.充放電倍率
這個指標(biāo)會影響鋰離子電池工作時的連續(xù)電流和峰值電流,其單位一般為C(C-rate的簡寫),如1/10C,1/5C,1C,5C,10C等。舉個例子來闡述倍率指標(biāo)的具體含義,某電池的額定容量是10Ah,如果其額定充放電倍率是1C,那么就意味著這個型號的電池,可以以10A的電流,進(jìn)行反復(fù)的充放電,一直到充電或放電的截止電壓。如果其最大放電倍率是10C@10s,最大充電倍率5C@10s,那么該電池可以以100A的電流進(jìn)行持續(xù)10秒的放電,以50A的電流進(jìn)行持續(xù)10秒的充電。
充放電倍率對應(yīng)的電流值乘以工作電壓,就可以得出鋰離子電池的連續(xù)功率和峰值功率指標(biāo)。充放電倍率指標(biāo)定義的越詳細(xì),對于使用時的指導(dǎo)意義越大。尤其是作為電動交通工具動力源的鋰離子電池,需要規(guī)定不同溫度條件下的連續(xù)和脈沖倍率指標(biāo),以確保鋰離子電池使用在合理的范圍之內(nèi)。
4.電壓
鋰離子電池的電壓,有開路電壓、工作電壓、充電截止電壓、放電截止電壓等一些參數(shù),本文不再分開一一論述,而是集中做個解釋。
開路電壓,顧名思義,就是電池外部不接任何負(fù)載或電源,測量電池正負(fù)極之間的電位差,此即為電池的開路電壓。
工作電壓,就是電池外接負(fù)載或電源,處在工作狀態(tài),有電流流過時,測量所得的正負(fù)極之間的電位差。一般來說,由于電池內(nèi)阻的存在,放電狀態(tài)時的工作電壓低于開路電壓,充電時的工作電壓高于開路電壓。
充/放電截止電壓,是指電池允許達(dá)到的最高和最低工作電壓。超過了這一限值,會對電池產(chǎn)生一些不可逆的損害,導(dǎo)致電池性能的降低,嚴(yán)重時甚至造成起火、爆炸等安全事故。
電池的開路電壓和工作電壓,與電池的容量存在一定的對應(yīng)關(guān)系。
5.壽命
鋰離子電池的壽命會隨著使用和存儲而逐步衰減,并且會有較為明顯的表現(xiàn)。仍然以智能手機(jī)為例,使用過一段時間的手機(jī),可以很明顯的感覺到手機(jī)電池“不耐用”了,剛開始可能一天只充一次,后面可能需要一天充電兩次,這就是電池壽命不斷衰減的體現(xiàn)。
鋰離子電池的壽命分為循環(huán)壽命和日歷壽命兩個參數(shù)。循環(huán)壽命一般以次數(shù)為單位,表征電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。當(dāng)然這里也是有條件的,一般是在理想的溫濕度下,以額定的充放電電流進(jìn)行深度的充放電(100%DOD或者80%DOD),計(jì)算電池容量衰減到額定容量的80%時,所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)。
工作電壓,就是電池外接負(fù)載或電源,處在工作狀態(tài),有電流流過時,測量所得的正負(fù)極之間的電位差。一般來說,由于電池內(nèi)阻的存在,放電狀態(tài)時的工作電壓低于開路電壓,充電時的工作電壓高于開路電壓。
充/放電截止電壓,是指電池允許達(dá)到的最高和最低工作電壓。超過了這一限值,會對電池產(chǎn)生一些不可逆的損害,導(dǎo)致電池性能的降低,嚴(yán)重時甚至造成起火、爆炸等安全事故。
電池的開路電壓和工作電壓,與電池的容量存在一定的對應(yīng)關(guān)系。
5.壽命
鋰離子電池的壽命會隨著使用和存儲而逐步衰減,并且會有較為明顯的表現(xiàn)。仍然以智能手機(jī)為例,使用過一段時間的手機(jī),可以很明顯的感覺到手機(jī)電池“不耐用”了,剛開始可能一天只充一次,后面可能需要一天充電兩次,這就是電池壽命不斷衰減的體現(xiàn)。
鋰離子電池的壽命分為循環(huán)壽命和日歷壽命兩個參數(shù)。循環(huán)壽命一般以次數(shù)為單位,表征電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。當(dāng)然這里也是有條件的,一般是在理想的溫濕度下,以額定的充放電電流進(jìn)行深度的充放電(100%DOD或者80%DOD),計(jì)算電池容量衰減到額定容量的80%時,所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)。