锂电池的日常,看这篇就够了

锂电池分锂离子电池和锂金属电池,我们常说的锂电池多是指锂离子电池,一块完整的锂电池由电芯和保护电路组成。

电芯核心——由正极、负极、电解质和外部接口组成,存储能量。正极材料为锂合金的金属氧化物,通常是钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂和磷酸铁锂,根据应用场景各自不同;负极材料多为石墨,也有使用锂金属和硅碳负极材料等;电解质一般由锂盐和有机溶剂组成。

保护电路——在电池遇到过充、过放、过流、短路和高温情况时通过切断回路,保护电池。

基本理论知识

冲放电时,锂离子在层状结构的正负极往返出入,引起层间距的变化,就像摇椅一样在正负极间摇来摇去,因此有人将锂离子电池形象地称为摇椅电池。

以钴酸锂(LiCoO2)为例。

充电时,正极的锂离子Li+从LiCoO2中脱出,进入电解液,在充电器附加的外电场作用下“穿过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,进入石墨或焦炭组成的负极,在负极形成LiC化合物。

充电时全化学方程式:LiCoO2 + 6C = Li(1-x)CoO2 + LixC6

充电过程锂离子变化:xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放电时,电子和Li+按相同的方向同时运动,但路径不同,电子自负极经过外部电路(上图中将电源换成负载)奔向正极,而锂离子Li+从负极“跳进”电解液,“穿过”隔膜到达正极,与早就跑过来的电子“团聚”。

放电过程锂离子变化:LixC6 → xLi+ + xe- + 6C

容量通常是指锂电池的放电容量,它和电压、电能和活性之间的关系是:

  • 两极电压相同时,容量越大则存储的电能越多
  • 容量相同时,两极电压越高则存储的电能越多
  • 电芯材料和工艺相同时,容量越大则活性越高

日常使用常识

温度对锂电池的影响有多大?

非常大,锂电池最佳工作温度是0~35℃,正常工作温度是-20℃~60℃。低温时,锂离子的活性会大幅降低,长期低温会在电池负极析出金属锂,不再与电解质发生化学反应,那时,锂电池容量将大打折扣。

但是,日常生活环境中的低温最多因活性低而导致临时缩短电池可用时间,并不会损伤电池容量,除非您准备将它长期置于低温环境中,再说,电池容量也不是瞬间缩减到0,所以根本不必故作慌张。

随着科技发展,现在大量低温锂电池、宽温锂电池产品已经广泛应用到各个领域,根本不惧低温影响。

惊喜不惊喜!

快充对锂电池的伤害有多大?

锂电池快速充放电的本质是使锂离子在正负极材料间进行快速脱嵌,常使用提升电压或电流的方式来实现,大功率将锂离子从正极“推”到负极,在没有各种保障技术的前提下,快充对电池的损害的确是非常大、而且极为危险的。

引发危险和伤害电池的直接重要原因依旧是温度,大功率充电必然产生高温,高温会破坏电芯内的化学平衡,如果到达负极的锂离子未及时完成化学反应,后面的锂离子继续“冲”过来,很可能导致两个锂离子“撞死在岸边”,逐渐生成锂枝晶,锂离子越少则电池容量越小,同时,当锂枝晶过长刺破隔膜时将导致电池内部短路从而引发爆燃。

近年来,各大厂商均在发力锂电池快充技术,一边保障锂电池耐用性和安全性,一边提高充电速度。据称,华为移动终端单电芯快充速度已经达到66W,比亚迪汉EV充电功率最高120KW。

刺激不刺激!

循环充电大幅缩短电池寿命?

锂电池的寿命和充电次数的确是最密切的关系,一般通过循环充电次数来估算电池寿命,然而,大部分人认为循环充电是指对电池进行一次深度充电的过程,事实上,根据电池容量和总充电电量来计算循环充电次数才是更准确的方法,即:

循环充电次数 = 总充电电量 ÷ 电池容量

因此,对锂电池的影响最直接的是总充电电量,既不是日常充电次数,也不是深度充电次数,一般情况下,经历500次循环充电后至少还能保持80%的活性。如此看来,锂电池还是容量越大越耐用。

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