在电池业界,流行着这样一句话:一次电池是制造的科学,二次电池是应用的科学。此话尽管有些牵强,须挤掉一些水分,添加一些诠释方能入理,
锂电池、18650锂离子电池不过,二次电池,即可充电池,的确得按需制造,否则,后患无穷(下文有例证)。作为二次电池的锂电池系列产品,也概莫能外。不管是一次电池,还是二次电池,都是电池,其基本属性都差不多,为了更好地了解锂电池,理解锂电池,下面就让我们一起来梳理一下人类在电池研发道路上的简史,列举一些电池的共性吧。
1800年,意大利科学家伏打先生发明了电池。为了纪念他,所有电池的电压都以他的名字命名,简称“伏”,英文字母为“V”,这在我们的中学课本上学过。大家一定还记得下面这个改变人类生活的著名池子吧,它就是伏打先生的千万次实验的工具之一和试验成功的标志,它标志着人类便捷的“移动生活”从此翻开了崭新的一页。这个著名的池子至少给我们两个很直观的启示,一是“电池”名称的由来,顾名思义就是带电的池子;二是只要两种物质之间存在电位差,再加上一定的介质,就可以形成电池,因此,广义地讲,在我们身边,电池其实是无处不在的。不过,这些电池都是十分低级的电池,是化学电池,即只能将化学能转变成电能,不能重新储电,电化反应不能逆转,用完便废弃,属一次性的,与可蓄电的二次电池相对、相反。值得一提的是,1955年碱锰电池诞生,1866年锌锰电池诞生,它们都是一次性的化学电池。
锂离子电池因其电解质的状态不同,可分为液态锂离子电池(如ICR18650锂电池)、凝胶态聚合物锂离子电池(如我们常用的手机电池)和全固态锂离子电池(电解质为高分子胶体全固化状态)。
世上材料千千万,为何大家都热衷于锂材料生产电池,而不采用铁、铝等其它材料呢?那是因为:第一,锂是最轻的金属元素,其比重只有水的1/2,而锂金属的比重只有铝的1/5;第二,锂的电负性为所有金属之最,1g锂分解成锂离子时,能够转化成3.5-4.0Ah的有效电荷;第三,锂离子的还原电位势可以达到-3V,其工作电压可以达到3V以上。它的以上这些优秀品质是其它金属材料望尘莫及的。
锂离子电池主要由正极(锂化合物,比如:LiCoO2、LiFePO4、LiMnO2、三元等)、负极(碳素材料,比如人造石墨、天然石墨等)、隔膜(单层PE或三层复合PP+PE+PP)、电解质(可溶解LiPF6、LiAsF6等有锂盐的有机溶液)、正极耳、负极耳、保护板、包装外壳、焊片、导线、插头等组成
关于锂离子电池的应用,这可是一门永无止尽的大学问,我们从当下市场林林总总的应用领域中,结合制造经验,把锂电池归纳为常规类、高温类、低温类、倍率类、动力类等5大类。具体情况如下:
常规类
1.1方形聚合物锂电池应用领域为平板电脑、移动电源、数码类、蓝牙耳机等便携式产品,尺寸范围为:厚度1mm-12mm、宽度8-150mm、长度15-200mm;容量为20-10000mAh;代表型号有523450-1000mAh、351220-50mAh、126368-6300mAh等。此类电池的主要特性为,一是能量密度能达到450Wh/L以上;二是平台高,循环次数能达到500周以上,批次稳定性好;
1.2圆柱锂电池应用为照明、备用电源、多串多并组合电池组;尺寸范围为10、14、17、18、22、26、32、42等,品种十分齐全;代表型号有10430-350mAh、18650-2300mAh、32650-6000mAh等。其主要特性为,一是能量密度可达到480Wh/L以上;二是从配方、专门配备的高自动化设备、分选保证一致性,适合于多串多并组合;三是循环可达到400周以上。
高温类
2.1方形聚合物锂电池应用领域为GPS、汽车打火、室外作业工具等;尺寸范围为:厚度2mm-10mm、宽度20-150mm、长度20-200mm;容量为500-5000mAh;代表型号有703450-1250mAh等。此类电池的主要特性为,一是材料体系可以在高温80℃环境下循环性能依然良好,不胀气;二是结构设计能确保高温条件下电池的安全性能;三是采用了独特的封边工艺,确保高温高湿下电池的密封性;四是能量密度可达到420Wh/L以上,常温下亦可以正常工作;
2.2圆柱型锂电池应用领域为汽车打火、室外作业工具等;尺寸范围18650、26650等;代表型号为18650-2000mAh、26650-3500mAh等;其主要特性为,一是材料体系可以在高温80℃环境条件下工作,且循环性能良好;二是结构设计能确保高温条件下电池的安全性能;三是一体盖帽,密封性优异,在高温高湿环境下不漏液。
低温类
3.1方形聚合物锂电池应用领域主要为便携式或寒冷地区室外作业工具;尺寸范围为:厚度2-10mm、宽度20-150mm、长度20-200mm;容量为500-3000mAh;代表型号为523450-1000mAh。其主要特性为:一是-40℃、0.2C环境条件下,放电保持率能达到35%以上;-30℃、0.2C环境条件下,放电保持率能达到60%以上;
3.2圆柱型锂电池应用领域同聚合物锂电池一样;尺寸范围为14、17、18、22、26、32等;代表型号为18650-2000mAh。其主要亦同聚合物一样。
倍率类
4.1方形聚合物锂电池应用领域为航模、电动工具等;尺寸范围为:厚度2-10mm、宽度20-150mm、长度20-200mm;容量为40-3000mAh;代表型号为953048-1000mAh、501417-70mAh等。其主要特性为,一是持续25C放电保持能达到85%以上;二是15C、300周循环保持80%以上;三是重量较同行更轻;四是拥有一项结构专利;
4.2圆柱锂电池应用领域主要为电动工具等;尺寸范围为14、17、18、22系列;代表型号为18650-1300mAh、18650-1600mAh等;其主要特性为,一是持续30C放电保持能达到85%以上;二是15C、300周循环保持80%以上;三是安全性能好。
动力类
5.1方形聚合物锂电池应用领域主要为储能设备、电动自行车等;尺寸范围为:厚度6-10mm、宽度50-150mm、长度50-200mm;容量为5000-10000mAh;代表型号为90100135-10Ah-3.2V等。其主要特性为:一是采用磷酸铁锂或锰酸锂,20Ah电芯通过过充、热冲击、重物冲击等常规安全测试无异常;二是磷酸铁锂动力电池能做到0.5C1000周;三是从配方、设备、分选保证了产品的一致性;
5.2圆柱形锂电池应用领域主要为储能设备、电动自行车等;尺寸范围为:32、42系列;代表型号为42100-10000mAh等。其主要特性为:一是磷酸铁锂电池保证了产品的安全;二是批量组合一致性好。