現在,市場流行的鋰離子蓄電池(LIB)是以犧牲電池性能獲取性和使用壽命的折衷方案,其電化學反應如下:
LIB是由涂有LiCoO2活性物質的鋁集電體作為正極、碳(石墨或活性碳)和溶解有LiPF6的有機溶液構成的。當充電時,LiCoO2中分層結構里Li離子游向負極被分層結構的碳所吸附;當放電時,碳分層結構里吸附的鋰離子又回游到正極,于是正極復原成LiCoO2分層結構,負極也復原成碳分層結構。也就是說,該蓄電池在周而復始的充放電過程中,出現的只是鋰離子而不是活潑的鋰金屬。因此,LIB具備較好的性和可使用的壽命。
LIB的主要特點是具有較高的重量能量密度,平穩(wěn)的放電電壓為3.6 V,可在-20℃~60℃的溫度范圍內工作,無存儲效應,自放電率低(因而不能大電放逐電)。為了地使用LIB,要求具備嚴防過充電和過放電的保護設施。
各種蓄電池比較
上述NiCd、NiMH和LIB蓄電池的電化學反應機制不同,各個蓄電池的特點也不盡相同。為了便于比較,需要用到評價蓄電池性能的標準或者是參數。通常使用的評價參數,如像平衡放電時的蓄電池端電壓Vdc、再充電次數(Recharges)或者充放電周期個數、價格比率(Price Ratio)、能量密度(細分為重量能量密度和體積能量密度)和功率密度等,都是用定量的數值表示的。例如,NiCd和NiMH的Vdc=1.2V,而LIB的Vdc高達3.6V。當需要3.6V供電電壓時,人們都寧愿用1塊LIB而不用3塊NiCd(或NiMH)蓄電池串聯供電。這一實例說明,利用定量的參數可對各種蓄電池進行橫向比較,便于選擇應用。
除此之外,蓄電池的性和是否具有記憶效應等,也是影響蓄電池廣泛應用的重要因素,值得留意。
根據以上所述,可把現在常用的電能轉換器件和電能儲存器件的各種參數列于表1,以便用戶選擇。其中,Wh/kg是蓄電池的重量能量密度,表示每kg蓄電池能提供出的Wh(瓦小時)電能;Wh/Liter是蓄電池的體積能量密度,表示每公升(Liter)蓄電池能提供出的Wh電能;W/kg表示蓄電池的功率密度,表示每kg蓄電池能提供出的瓦數(W),即電功率;Price Ratio是蓄電池之間的價格比率,表示各種蓄電池的相對價格。
從表1中能夠清楚地看到,NiCd、NiMH、LIB和雙電荷層電容器都各有短長,各項參數都十全十美的器件,目前市場上還未出現。因此,蓄電池器件的選用,必須結合具體應用實際加以選擇,公道搭配使用。
蓄電池的應用
NiCd蓄電池嚴重的題目是其廢棄物對環(huán)境造成嚴重污染,危及人類健康。由于在歐美和日本已建立回收再利用機制,環(huán)境污染題目也基本上獲得解決。至于NiCd蓄電池存儲(記憶)效應,只要使用時牢記,一定要使它充分放電后再進行充電就可避免;否則,假如NiCd蓄電池在放電很淺的情況下就又充電,它就會記憶住放電深度,用未幾久就又需要充電。