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揭秘“三元鋰電池”究竟是哪“三元”?

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       熟悉鋰電池的朋友對“三元鋰電池”一定并不陌生,那么此“三元”到底是哪“三元”?今天我們就為大家詳細解答一下:
        三元是指一種正極材料,三元鋰電池的三元指的是鎳(Ni)鈷(Co)錳(Mn)三種元素。而這三種元素中鎳和鈷是活性金屬,錳不參與電化學反應。一般來說,活性金屬成分含量越高,電池容量就越大,但當鎳的含量過高時,會引起鎳離子占據鋰離子的位置,加劇了陽離子混排,致使容量降低。鈷也是活性金屬,它能起到抑制陽離子混排的作用,從而穩定材料層狀結構。錳作為非活性金屬主要起到穩定反應從而提高安全性的作用。三元鋰電池正極材料中鎳鈷錳比例可在一定范圍內調整,其性能也會隨著三者比例不同而變化。
        三元鋰電池近年來憑借其容量高、循環穩定性好、成本適中等優點,逐漸替代了鎳氫電池、鈷酸鋰電池,成為目前市場上的主流電池。
UPS用鋰電池—大勢所趨

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       UPS(Uninterruptible Power System ),即不間斷電源,是一種含有儲能裝置,以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。主要用于給單臺計算機、計算機網絡系統或其它電力電子設備提供不間斷的電力供應。當市電輸入正常時,UPS 將市電穩壓后供應給負載使用,此時的UPS就是一臺交流市電穩壓器,同時它還向機內電池充電;當市電中斷(事故停電)時, UPS 立即將機內電池的電能,通過逆變轉換的方法向負載繼續供應220V交流電,使負載維持正常工作并保護負載軟、

硬件不受損壞。UPS 設備通常對電壓過大和電壓太低都提供保護。

 

 

         電池是UPS系統的“心臟”,隨著鋰電池(三元鋰/磷酸鐵鋰)環保、安全、重量輕、體積小、溫度范圍廣等優勢逐漸深入人心,越來越多的UPS電源廠商用鋰電池取代了傳統蓄電池。

 

 

         國內外已有多家大型企業開始布局鋰電池UPS市場,雖然鋰電池較鉛蓄電池價格要貴2-3倍,但隨著鋰電池UPS技術的不斷提高,成本也將大幅下降,未來幾年,鋰電池的價格將會逐漸與鉛蓄電池價格趨同。

 

 

        鋰電池UPS已經廣泛應用到各個領域:

 

 

        車載UPS應用—航天部飛行器指控車

 

 

        通信基站應用—中國移動

 

 

        工業領域應用—寶鋼集團

 

 

        數據中心—學校機房電源

 

 

        應急救援—鋰電便攜式UPS

 

        鋰電池壽命周期比蓄電池更長。從長遠來看,由于更換頻率更低,鋰電池成本要低于蓄電池。未來鋰電池價格將不斷下降,性價比更高,而且鋰電池較鉛蓄電池更加環保,因此鋰電池UPS是未來大勢所趨。
為什么選擇鋰電池叉車?

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        受到續航里程及充電設備的限制,目前鋰電汽車多應用于通勤車,電力維修車,環衛清潔車和短線的公交車等。由于叉車大多在廠區內作業,工作強度和環境固定,因此鋰電池的諸多優勢可以在電動叉車中得到發揮。 

鋰電池叉車的優勢:
      1、降低物流成本
         壽命長:比傳統鉛酸電池壽命長三倍。
         省費用:節電40%以上,降低管理成本。
         免維護:無需加水,無滴漏腐蝕等污染,節能、環保。
       2、提高運營效率
        快速充電模式,1-3小時快充模式適合鋰電池叉車多班次作業。
        即充即用免去更換電池的時間和安全風險。
        動力更強勁,鋰電池叉車完全可以替代內燃叉車。
        技術監控叉車及電池狀態,提升鋰電池叉車管理水平。
        物流行業的快速發展,需要一款充電時間短、使用時間長、性能穩定、可以承受高強度作業、自動化智能化程度高的叉車,鋰電池相比于傳統鉛酸電池,具備無 可比擬的優勢,未來必將成為市場主導。
鋰電池叉車
三元鋰電池的優劣

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      三元鋰電池是鋰電池的一種: 用鎳鈷錳酸鋰做正極材料的鋰電池俗稱三元材料鋰電池,價格比鈷酸鋰便宜,耐壓略高一點,平均電壓略低(電池界稱電池平臺),克容量略高一點但壓實比低一點,同型號的電池容量略低于鈷酸鋰電池。
      三元鋰電池的最大特點就是單位電能比較大,這是與磷酸鐵鋰電池相比的結果。
      但是三元鋰電池的一個較大缺點是受到撞擊和高溫時起火點較低。所以對三元鋰電池的保護要求很高,以防意外發生。
     三元鋰電池在容量與安全性方面比較均衡,是一款綜合性能優越的電池。三種金屬元素的主要作用如下: 
     鈷:減少陽離子混合占位,穩定材料的層狀結構,降低阻抗值,提高電導率,提高循環和效率性能。 
     鎳:可提高材料的容量,而由于鋰和鎳相似的半徑,過多的鎳也會因為與鋰發生錯位現象導致鋰鎳混排,鋰層中鎳離子濃度越大,鋰在層狀結構中的脫嵌越難, 導致電化學性能變差。
    錳:不僅可以降低材料成本,而且還可以提高材料的安全性和穩定性。但過高的錳含量會容易出現尖晶石相而破壞層狀結構,使容量降低,循環衰減。 
      能量密度高是三元鋰電池的最大優勢,而電壓平臺是電池能量密度的重要指標,決定著電池的基本效能和成本,電壓平臺越高,比容量越大,所以同樣體積、重量,甚至同樣安時的電池,電壓平臺比較高的三元材料鋰電池續航時間更長。
      單體三元鋰電池放電電壓平臺高達3.7V,磷酸鐵鋰為3.2V,而鈦酸鋰僅為2.3V,因此從能量密度方面來說,三元鋰電池有絕對優勢。

     三元鋰電池在冬季低溫0-5度的氣溫下,放電量大約是夏天的90%左右,略有下降。溫度越低,放電量越低。 三元鋰電池的放電溫度區間是零下18到60度。 

如何避免手機電池安全事故?

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      要想成功地讓鋰電池爆炸,就必須要讓鋰原子或鋰離子直接與氧氣接觸,能創造這種條件的方法,只有暴力損壞電池外殼(如外力、投入火中等)、過充或短路等幾種,當然,使用劣質電池也包含在內。
       先來看看鋰電池充電的原理:開始,鋰原子僅存儲于正極和負極中,兩極中間由電解質或電解液分隔(鋰離子電池為電解液,鋰聚合物電池為非液態的電解質)。在這種情況下,兩極中的鋰還算比較穩定的。尤其在鋰聚合物電池中,由于鋰以化合物形式存在,所以即使接觸氧氣也不易直接起火爆炸。
在充電或放電時,電池內的情況便發生變化:一個電極中的鋰原子失去一個電子,變成鋰離子,并穿過中間的電解質或電解液,進入另外一極,重新變為原子態。最危險的情況則恰恰出現在鋰離子遷移的這個過程中。下面就要看看你是如何折磨這些鋰離子或電解質(液)的了。
1、短路
      鋰電池短路后,電解質或電解液就會開始積蓄熱量。少量的發熱似乎并沒有太大的問題,而一旦熱到一定程度,電解質就會開始膨脹,電解液則直接從液態變為蒸汽。這種情況造成的最壞結果就是電池外殼漲破,于是正在“搬家”的鋰離子終于獲得了和氧氣“親密接觸”的機會,后果當然可想而知了。
2、過充
      過充造成爆炸的原理與短路比較類似,不過罪魁禍首并不在電解質或電解液,而是負極。當電池真正面臨過充的時候,負極原本比較穩定的鋰原子會化身為針狀鋰金屬結晶,刺破電解質(液)與電極間的隔膜,于是電荷就和正極連通,造成內部短路,結果就請大家參考第一點了。
3、電池外殼損壞
      既不依靠電解質(液),也不用過充,而是直接一刀殺向電池外殼,外殼破損,氧氣就成功地進入電池內部,你還沒來得及做“拆解評測”呢,電池就已經起火或者爆炸了。
       聽到這兒估計你害怕了,這鋰電池和大雷子、二踢腳還有啥區別?筆者想跟你說,確實是有區別的。先說短路,對此我們有三道防線:使用完好優質的充電線材防止外部短路;手機內部保護機制防止短路充電;電池內部可閉合的隔膜防止過熱時鋰離子繼續運動。有了這三步,短路直接導致起火爆炸的情況就已經是極小概率事件了。而對于過充,目前主流的品牌手機都有過充保護電路,不會讓滿電的電池持續被充電。所以,科學家們早就預見到了這些危險,而且采用了對應的防護機制,鋰電池才敢“堂而皇之”地進入我們的手機中。

       避免電池爆炸,該怎么做呢?如果你的電池“鼓包”了,就第一時間更換電池,因為這樣的電池內部已經發生過短路的情況,繼續使用可能會讓外殼漲破,極易引起起火爆炸。另外,一定要用正品電池、正規充電器,千萬別貪便宜買地攤貨。做到以上幾點,正常的充電操作是不會構成起火爆炸威脅的。 

鋰電池防火攻略

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       鋰電池一般分為鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池因可充電且能量密度高,應用越來越廣泛。鋰離子電池的安全性是抑制鋰離子電池及相關行業(如新能源汽車)發展的瓶頸。鋰離子電池內部的電解液是易燃液體,電極是可燃材料,在過充、短路、過熱、穿刺或碰撞等情況下發生熱失控,容易起火甚至爆炸,手機、電動自行車和電動汽車因電池著火引發火災的案例時有發生。
  本文分享幾種針對鋰離子電池的防火方案。
  鋰電池防火需要建立多道防線。除了電池內部盡可能使用不可燃或難燃材料讓電池具有本質安全性能外,電池外部的第一道防線是遠離電池過熱著火的各種誘因,比如過充、短路、撞擊等,這就需要對電氣系統進行安全設計。
  當第一道防線被突破后(比如電池管理系統發生故障未能及時切斷充電電源),電池溫度升高,監控系統中的溫度傳感器或氣體、煙霧探測器等應及時發現故障并報警,提醒工作人員處理故障,消除火災誘因。此為第二道防線。
  當故障未及時處理、第二道防線被突破后,電池燃燒(陰燃)已無法避免,此時消防系統要做的是將燃燒限制在發生故障的電池盒(或箱)內,并隔離相鄰的未著火的電池和設備,避免火勢擴大。由于鋰離子電池熱失控后溫度極高,現有的非水系滅火劑如氣體、干粉無法將電池溫度迅速降下來,滅火效果不太理想。因此將電池防火目標設定為控火,是一種比較現實的方案,技術經濟性較強,此為第三道防線。
  如果控火失敗火情擴大,對人員財產安全造成嚴重威脅,則需要啟動在車內安裝的固定式水基滅火系統或等待消防隊來滅火。

  一般來說,第一道和第二道防線由電池制造商或電動汽車制造商考慮。作為消防專業人士,可為客戶建立牢固的第三道防線,根據電池的具體型號規格性能進行方案定制。 

鋰電池的分類

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鋰電池通常分兩大類:
       鋰金屬電池:鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。
鋰離子電池:鋰離子電池一般是使用鋁合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。
雖然鋰金屬電池的能量密度高,但是由于其性質不夠穩定而且不能充電,無法作為反復使用的動力電池。而鋰離子電池由于具有反復充電的能力,被作為主要的動力電池發展。
   中國電動車行業所用鋰電池主流是三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰。
三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池,三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優點,具有容量高、成本低、安全性好等優異特性,三元鋰電池在動力鋰電領域具有良好的發展前景。
       磷酸鐵鋰作為鋰動力電池材料是近幾年才出現的事,磷酸鐵鋰具有無毒、無污染、安全性能好,原材料來源廣泛,價格便宜。壽命長等優點,是新一代鋰離子電池的理想正極材料。但磷酸鐵鋰電池也有缺點,其正極材料的振實密度較小,因此在微型電池方面不具有優勢。
錳酸鋰是較有前景的鋰離子正極材料之一,具有資源豐富,成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優點,是理想的動力電池正極材料,但其較差的循環性能及電化學穩定性,卻大大限制了其產業化。
鋰電池價格和鋰電池價格影響因素

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       鋰電池價格構成

 

       鋰電池的價格主要是由電芯、保護板、外殼三大部件構成,同時由于受用電器具功耗及電流的大小,對電芯之間的連接片的材料(常規鎳片、成型鎳片、銅鎳復合片、跨接片等)選型會影響到成本,不同的接插件(如航空插頭,從十幾元到上千元的都有)也有可能對成本影響較大,還有就是不同的PACK工藝也會影響到成本。

 

       鋰電池價格的影響因素

 

       一、電芯的選型:

 

       一是不同材料體系電芯的選型會影響到整個鋰電池價格。鋰電池根據正極材料的不同,會有錳酸鋰(3.6V)、鈷酸鋰(3.7V/3.8V)、鎳鈷錳酸鋰(俗稱三元,3.6V)、磷酸鐵鋰(3.2V)、鈦酸鋰(2.3V/2.4V)等多種材料體系的電芯,其不同材料體系的電芯,其電壓平臺、安全系數、循環使用次數、能量密度比、工作溫度等都不相同。

 

       二是不同品牌的電芯的價格也會相差很大,總的價格梯度可分為:特種電芯(包括超低溫、超高溫、超高倍率、異型)、日系(松下、三洋、索尼)、韓系(三星、LG)、國產(國產又分為一線(力神、比克、比亞迪、ATL)、二線,甚至可以分到五線、六線),同材料體系而不同品牌的電芯,價格差異也會非常之大,而且通過市場優勝劣汰出來的各品牌電芯的品質(安全型、一致性、穩定性)基本上是與價格成正比的。

 

       二、鋰電池PCM的需求和設計

 

       PCM設計可分為:基本保護、通訊、BMS

 

       基本保護:基本保護含過充、過放、過流和短路保護,可以根據產品需求增加過溫保護等

 

       通訊:通訊協議可分為I2C、RS485、RS232、CANBUS、HDQ、SMBUS等,還有簡單的電量顯示,可以采用加電量計采用LED指示。

 

       BMS:BMS是BATTERYMANAGEMENTSYSTEM的第一個字母簡稱組合,稱之謂電池管理系統,俗稱之為電池保姆或電池管家,主要就是為了智能化管理及維護各個電池單元,防止電池出現過充電和過放電,延長電池的使用壽命,監控電池的狀態。其主要功能包括:電池物理參數實時監測;電池狀態估計;在線診斷與預警;充、放電與預充控制;均衡管理和熱管理等。次系統多應用于電動汽車電池。

 

       三、鋰電池外殼的需求與設計

 

       鋰電池外殼設計可分為:PVC熱封、塑膠、金屬

 

       PVC熱封:電池組外部具體采用什么樣的外殼封裝形式,主要是取決于客人的產品具體需求,對于采用PVC熱封的封裝形式,一般適用于電芯串并數量不多,整體重量較輕(≤2kg)的情況下,可以采用。但是對于整體重量≥1kg的電池組,需要在電芯之間加固定支架,外圍加玻纖板防護后,再采用PVC熱封。

 

       塑膠:采用塑膠外殼,主要是不同的電池組定型后,涉及到的外殼有可能需要開模,模具費用是一筆不小的開支,如開發前期,產品未定型,可以采用手板外殼打樣(手板強度不如開模定型后材質強度),對外殼的材質和工藝(特別是帶三防要求)要求不同,也會影響成本。

 

       金屬:金屬外殼也是和塑膠外殼一樣,產品未定型前或數量需求不多,建議采用鈑金制樣,這樣主要是制樣交期較短,如批量較大,也建議開模。對于金屬外殼有防水等級要求的,也會大大影響到成本,還有就是特殊材質(如鈦合金等)金屬外殼要求的,成本會更高。

 

       鋰電池的成本主要由電芯、PCM、結構件構成,另需要加上企業的PACK費用、老化費用、管理費用等。同時由于產品技術難度,采購用量,不良率的要求不同,鋰電池價格也會相差很大!

鋰電池的正確使用方法

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       鋰電池是應用越來越廣泛的一種儲能轉換裝置,因為其卓越的電化學性能實現著小型——中型——大型這樣一條與時俱進的市場應用場景,當我們說起鋰電池的正確使用方法時,通常指小型應用方面,即消費電子,如智能手機、手提電腦。因為大中型應用是以小型應用技術為基礎,因而小型應用具有共性特點,而大中型應用復雜得多,通常,中型應用就是在新能源汽車上面,一般我們稱之為動力電池;大型應用通常在基站上面,一般我們們稱之為儲能電池。所以我們說到“鋰電池使用方法”時,將鋰電池限定在小型應用領域符合人們的習慣認識。

       鋰電池工作原理無外乎充電以儲備能量,放電轉化為其他能量并釋放。在既不充電也不放電時處于閑置狀態,因此,鋰電池的正確使用方法就其大的方面說有三:正確充電、正確放電、正確保養。

       鋰電池正確充電方法

       把握時間,防過充。正確的時間做正確的事,雖然,鋰電池本身具有優異的電化學性能,然而,任何一種事物在背離平衡狀態后都會存在安全隱患。細說來,

       1.當充則充。在智能手機出現初期,每家手機廠商出于保護自己利益的初衷,往往強調用原裝充電器(包括充電線)來給用電設備充電,有的廠家設計專門的數據線,并且不支持別的充電器(包括充電線)。后來,隨著智能手機和手提電腦應用越來越廣,再這樣下去明顯是作繭自縛,所以現在大家基本都統一了標準,一種充電器/線能夠給不同品牌和性質的用電器具充電了。充電方便了,用戶要注意的一個問題就是盡量隨時保持電池帶有正常使用的電量。正常情況下,當電量過少時,手機和手提電腦都會有提醒,這時你就需要及時補電,雖然電量過低不會導致直接的安全事故,但過度使用,久而久之就會對電池結構造成破壞。

       2、充滿即可。鋰電池電芯內部也是由諸多元器件所構成的,新電池還好,如果是用了比較長的時間,說不定哪個元器件的功能就會衰退,因此就會發生過充安全風險。三星、蘋果被曝光的典型事故,有幾起都是因為電器主人睡覺時把手機放床頭充電,最后引發燃燒和爆炸。

       3、切忌一心二用。筆者有過體會,一邊充電一邊使用手機,特別是玩游戲時極容易感覺手機發熱,道理也很簡單,手機等于同時打兩份工,這使其不得不付出超倍的勞動力,身體自然會發熱了。

       鋰電池正確放電方法

       及時充電,防過放。普通的手機使用者對于過放的危害沒有意識,因為通常過放沒有出現過安全事故的報道。而且,有人甚至認為定期的深度放電對于電池性能的維護有好處。實則不然,因為鋰電池的記憶效應可以忽略不計,不存在深度放電消除記憶效應的說法。理論上來說,鋰電池深度放電總的循環壽命會更大些,但其風險是電池過度放電將導致電池電壓過低,不能正常充電,有時開機也會要很長時間,甚至開不了機。兩害相權取其輕,使用壽命短一點總比不能使用好,所以奉勸廣大手機和手提電腦的用戶不要經常使用到黑屏。

       鋰電池正確保養

       溫度適宜,防冷熱。在閑置時,鋰電池通常不會發生安全事故,日常保養的目的就是使鋰電池置于適宜的環境中,從而延遲電池的老化。事實上,鋰電池參數設計中有一個就是適宜溫度,相對來說,溫度低一些問題不大,但如果放在較高的溫度下,俗話說物極必反,也是會產生安全問題的。我們說的閑置狀態僅僅是就正常環境而言,如果把鋰電池放到水里或靠近火源那就已經脫離“保養”的話題了,那么,在正常環境下要做的是什么呢?水的方面防潮和熱的方面防暴曬。故而,鋰電池日常保養的適宜環境應是四個字:通風、陰涼。無論鋰電池是獨立閑置還是在用電器具中待用,均應遵循這四個字。

       在鋰電池的正確使用方法中,鋰電池充電方法是最重要的,因為不正確的充電方法會引發安全問題,而放電與日常保養影響的僅僅是鋰電池的使用壽命,鋰電池本身也是一種耗材,無論我們采取什么辦法也避免不了它最終的損耗,只是我們用正確的方法,延緩其衰老而已。

延長鋰電池太陽能路燈蓄電池壽命的方法

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       隨著太陽能路燈越來越廣泛的應用到道路照明中,太陽能路燈的壽命顯得尤為重要。對于普通太陽能路燈來說,太陽能膠體蓄電池的使用壽命直接關系到整個太陽能路燈的壽命。我們日常使用過程中,需要注意哪些細節才能保證蓄電池的壽命呢,下面為大家簡要介紹一下:

河北鑫動力太陽能路燈專用鋰電池

       1、溫度控制。蓄電池的最佳工作溫度是25度,不能過高,也不高過低,以是我們必要對溫度舉行控制。尤其是北方寒冷的地區,安裝的時候采取保溫措施,要將蓄電池埋在凍土層以下。

       2、防止雨水進入。蓄電池箱密封性能要好,以防止雨水進入電池箱內部,造成短路。

       3、對充電放電的控制。蓄電池的壽命受發電深度的影響非常大,放電深度越深,使用壽命越短,因此在設計的時候要采用合理的配置。

       4、放電充電的安穩性。在充電和放電的進程中,不能出現電壓過高和過低的現象。

       依據以上4點我們就可以提高蓄電池的利用壽命。此外蓄電池的質量也是一個非常重要的因素,不能一味追求低價的產品,這樣只會提高維護的成本,是得不償失的。

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