鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:4368次 | 2018年05月31日
關(guān)于特斯拉的18650鋰電池
電池的出現(xiàn)確實(shí)解決了很多的問(wèn)題,極大的提高各種生活效率,而鋰電池的出現(xiàn)更加使得人們對(duì)電的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入了,18650鋰電池就是使用時(shí)間最為悠久,并且目前依然存在的一種鋰電池,在很多地方領(lǐng)域都能夠看到18650鋰電池的影子。
因?yàn)檫@種電池相比其他的電池,優(yōu)勢(shì)非常的明顯,并且安全性也相對(duì)來(lái)講比較好,甚至已經(jīng)被用在了大型設(shè)備上,本文就為大家介紹一下18650電池的知識(shí),介紹一下為何會(huì)出現(xiàn)爆炸的事件。
一、18650鋰電池的優(yōu)點(diǎn)
一般認(rèn)為將鋰電池的空載電壓放到3.0V以下就認(rèn)為電用完了(具體值需要看電池保護(hù)板的門限值,比如有低到2.8V,也有3.2V的)。大部分鋰電池放電不能將空載電壓放到3.2V以下的,否則過(guò)度放電會(huì)損害電池(一般市場(chǎng)上的鋰電池基本都是帶保護(hù)板才使用的,因此過(guò)度放電還會(huì)導(dǎo)致保護(hù)板檢測(cè)不到電池,從而無(wú)法給電池充電)。
4.2V是電池充電的最高限制電壓,一般認(rèn)為將鋰電池的空載電壓充到4.2V就認(rèn)為電充滿了,電池充電過(guò)程中,電池的電壓在3.7V逐漸上升到4.2V,鋰電池充電不能將空載電壓充到4.2V以上的,否則也會(huì)損害電池,這就是鋰電池特殊的地方,一般來(lái)講,18650鋰電池具有以下的優(yōu)點(diǎn)。
1、使用范圍廣
筆記本電腦、對(duì)講機(jī)、便攜式DVD,儀器儀表、音響設(shè)備、航模、玩具、攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)等電子設(shè)備。
2、串聯(lián)
可串聯(lián)或并聯(lián)組合成18650鋰電池組。
3、內(nèi)阻小
聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小,國(guó)產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻甚至可以做到35m僖韻攏蟮募醯土說(shuō)緋氐淖院牡紓映な只拇奔?,完全可以达到訝际接箶棠水平。这址NС執(zhí)蠓諾緄緦韉木酆銜镲綹且?嗇P偷睦硐胙≡?,成为租k邢M媧獾緋氐牟貳£
4、沒(méi)有記憶效應(yīng)
在充電前不必將剩余電量放空,使用方便。
5、電壓高
18650鋰電池的電壓一般都在3.6V、3.8V和4.2V,遠(yuǎn)高于鎳鎘和鎳氫電池的1.2V電壓。
6、安全性能高
18650鋰電池安全性能高,不爆炸,不燃燒;無(wú)毒,無(wú)污染,經(jīng)過(guò)RoHS商標(biāo)認(rèn)證;各種安全性能一氣呵成,循環(huán)次數(shù)大于500次;耐高溫性能好,65度條件下放電效率達(dá)100%。為防止電池短路現(xiàn)象,18650鋰電池的正負(fù)極是分開的。所以它發(fā)生短路現(xiàn)象的可能已經(jīng)降到了極致??梢约友b保護(hù)板,避免電池過(guò)充過(guò)放,這樣還能延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
7、使用壽命長(zhǎng)
18650鋰電池的使用壽命很長(zhǎng),正常使用時(shí)循環(huán)壽命可達(dá)500次以上,是普通電池的兩倍以上。
8、容量大
18650鋰電池的容量一般為1200mah~3600mah之間,而一般電池容量只有800左右,如果組合起18650鋰電池來(lái)成18650鋰電池組,那18650鋰電池組是隨隨便便都可以突破5000mah的。
二、18650鋰電池對(duì)比聚合物電池
所謂聚合物鋰電池是指使用了聚合物作為電解質(zhì)的鋰離子電池,具體來(lái)分又分為“半聚合物”與“全聚合物”兩種。“半聚合物”是指在隔離膜上涂一層聚合物(一般是PVDF),使電芯的粘合力更強(qiáng),電池可以做得更硬,其電解質(zhì)仍然是液態(tài)電解液。
而“全聚合物”是指使用聚合物在電芯內(nèi)部形成凝膠網(wǎng)絡(luò),然后再注入電解液形成電解質(zhì)。雖然“全聚合物”電池仍然要使用液態(tài)電解液,但用量要少很多,這對(duì)鋰離子電池的安全性能有極大的提高。據(jù)筆者所知,現(xiàn)在只有SONY在量產(chǎn)“全聚合物”鋰離子電池。
從另一個(gè)方面來(lái)說(shuō),聚合物電池是指使用鋁塑包裝膜作為外包裝的鋰離子電池,也就是俗稱的軟包電池。這種包裝膜由三層構(gòu)成,分別是PP層、Al層與尼龍層,由于PP與尼龍是聚合物,所以這種電芯被稱為聚合物電池。
1、價(jià)格更低
18650的國(guó)際價(jià)格大約在1USD/pcs,按照2Ah來(lái)計(jì)算的話大約合3RMB/Ah。而聚合物鋰電的價(jià)格,低端的山寨廠在4RMB/Ah,中端的在5~7RMB/Ah,中高端的在7RMB/Ah以上。像ATL、力神這種的,一般都能賣到10RMB/Ah左右,而且你單小了人家還不愿意接。
2、不可定做
SONY一直想把鋰離子電池做成像堿性電池一樣,有一定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),就像5號(hào)電池、7號(hào)電池,全世界基本上都一樣。但由于鋰離子電池的一大優(yōu)點(diǎn)就是可以根據(jù)客戶的需求進(jìn)行外形設(shè)計(jì),不可能有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),所以到現(xiàn)在鋰離子電池工業(yè)界基本上只有18650這一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)型號(hào),其他的都是根據(jù)客戶需求進(jìn)行設(shè)計(jì)的。
3、安全性差
我們知道鋰離子電池在極端情況下(如過(guò)充、高溫等),內(nèi)部會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生大量的氣體。18650電池使用的是金屬外殼,有一定的強(qiáng)度,當(dāng)內(nèi)部氣壓達(dá)到一定的時(shí)候鋼殼會(huì)破裂爆炸,發(fā)生極恐怖的安全事故。
這也是為什么測(cè)試18650電池的房間一般都必須用層層保護(hù),而且測(cè)試時(shí)絕對(duì)不能進(jìn)人。聚合物電池就不存在這個(gè)問(wèn)題,即使同樣在極端情況下,由于包裝膜強(qiáng)度較低,只要?dú)鈮荷愿呔蜁?huì)破裂,不會(huì)產(chǎn)生爆炸,最最惡劣的情況就是燃燒。所以從安全性上來(lái)說(shuō)聚合物電池要優(yōu)于18650電池。
4、能量密度低
一般的18650電池容量能做到2200mAh左右,這樣算下來(lái)能量密度大約在500Wh/L,而聚合物電池的能量密度現(xiàn)階段量產(chǎn)能夠接近600Wh/L。
但聚合物電池也有自己的缺點(diǎn)。主要是成本較高,由于可以按照客戶需求設(shè)計(jì),這里面的研發(fā)成本就要算進(jìn)去。而且外形多變、種類繁多,導(dǎo)致在制造過(guò)程中各種工裝夾具是非標(biāo)準(zhǔn)件,也相應(yīng)的增加了成本。聚合物電池本身的通用性差,這也是靈活設(shè)計(jì)帶來(lái)的,往往為了那么1mm的區(qū)別就需要重新為客戶設(shè)計(jì)一款。
三、18650鋰電池的應(yīng)用
在能源電池行業(yè)鋰二次電池的應(yīng)用得益于其優(yōu)越的性能。隨著鋰二次電池技術(shù)的不斷發(fā)展,已廣泛的應(yīng)用于我們的日常生活中;多次使用的充電電池越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞。關(guān)注能源電池行業(yè)、充分認(rèn)識(shí)電池進(jìn)而讓我們做到“為我所用”,目前18650鋰電池在下面的領(lǐng)域有一定的應(yīng)用。
1、儲(chǔ)能類
主要應(yīng)用于基站電源、清潔能源儲(chǔ)能、電網(wǎng)電力儲(chǔ)能、家庭光儲(chǔ)系統(tǒng)等。
2、動(dòng)力類
主要指電動(dòng)交通工具,電動(dòng)自行車、新能源汽車等。
3、數(shù)碼類
手機(jī)、平板、筆記本電腦、電動(dòng)玩具、MP3/MP4、耳機(jī)、充電寶、航模、移動(dòng)電源等。
四、18650鋰電池分類
18650鋰電池生產(chǎn)均需要有保護(hù)線路,防止電池被過(guò)充過(guò)放電。當(dāng)然這個(gè)對(duì)于鋰電池來(lái)說(shuō)都是必須的,這也是鋰電池的一個(gè)通弊,因?yàn)殇囯姵夭捎玫牟牧匣径际氢捤徜嚥牧?,而鈷酸鋰材料的鋰電池不能大電流放電,安全性較差,從分類上來(lái)看,18650鋰電池的分類可以通過(guò)下面的方式來(lái)進(jìn)行分類。
1、按電池實(shí)用性能分類
功率型電池和能量型電池。能量型電池以高能量密度為特點(diǎn),主要用于高能量輸出;功率型電池以高功率密度為特點(diǎn),主要用于瞬間高功率輸出、輸出的電池。而功率能量型鋰電池是伴隨著插電式混合動(dòng)力車的出現(xiàn)而出現(xiàn)的。它要求電池儲(chǔ)存的能量較高,可以支持一段距離的純電行駛,也要具備較好的功率特性,在低電量的時(shí)候進(jìn)入混合動(dòng)力模式。
簡(jiǎn)單理解,能量型類似于馬拉松選手,要有耐力,就是要求高容量,對(duì)大電流放電性能要求不高;那么功率型就是短跑選手,拼的是暴發(fā)力,但耐力也要有,不然容量太小就跑不遠(yuǎn)。
2、按電解質(zhì)材料分
鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)。
液態(tài)鋰離子電池使用液體電解質(zhì)(目前動(dòng)力用電池多為此種)。聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來(lái)代替,這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,目前大部分采用聚合物凝膠電解質(zhì)。關(guān)于固態(tài)電池,嚴(yán)格意義上的是指電極和電解質(zhì)均為固態(tài)的。
3、按產(chǎn)品外觀分類
分為:圓柱、軟包、方形。
圓柱和方形外包裝多為鋼殼或者鋁殼。軟包外包裝為鋁塑膜,其實(shí)軟包也是一種方形,市場(chǎng)上習(xí)慣將鋁塑膜包裝的稱為軟包,也有人將軟包電池稱為聚合物電池。
對(duì)于圓柱形鋰離子電池,其型號(hào)一般為5位數(shù)字。前兩位數(shù)字為電池的直徑,中間兩位數(shù)字為電池的高度。單位為毫米。例如18650鋰電池,它的直徑為18毫米,高度為65毫米。
4、按極片材料分類
正極材料:磷酸鐵鋰電池(LFP)、鈷酸鋰電池(LCO)、錳酸鋰電池(LMO)、(二元電池:鎳錳酸鋰/鎳鈷酸鋰)、(三元:鎳鈷錳酸鋰電池(NCM)、鎳鈷鋁酸鋰電池(NCA))。
負(fù)極材料:鈦酸鋰電池(LTO)、石墨烯電池、納米碳纖維電池。
關(guān)于市場(chǎng)上的石墨烯概念,主要是指石墨烯基電池,即在極片中加入石墨烯漿料,或在隔膜上加入石墨烯涂層。鎳酸鋰、鎂基電池市場(chǎng)上基本不存在。
五、18650鋰電池的充放電
按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō),對(duì)于鋰電池,一般標(biāo)稱的容量是最小容量,這個(gè)容量是一批電池中,在25度室溫條件下,先以cc/cv0.5c充滿,并靜置一段時(shí)間后(一般是12小時(shí))。以0.2c電流恒流放電放電至3.0v(也有標(biāo)準(zhǔn)是2.75V,不過(guò)影響不大,3v到2.75v下降的很快沒(méi)多少容量的),所放出的容量值,由于一批電池肯定有個(gè)體差異,實(shí)際放出容量最低的那個(gè)電池的容量值。也就是是說(shuō),這一批任何一個(gè)電池實(shí)際容量都應(yīng)該大于或等于標(biāo)稱容量。
1、18650鋰電池的充電過(guò)程
有些充電器使用廉價(jià)的方案實(shí)現(xiàn)的,在控制精度上不夠好,容易造成電池充電異常,甚至損壞電池。選購(gòu)充電器的時(shí)候盡量選擇大品牌的18650鋰離子電池充電器,質(zhì)量和售后有保證,延長(zhǎng)電池的使用壽命。品牌保障的18650鋰離子電池充電器擁有四重保護(hù):短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、電池反接保護(hù)功能等。過(guò)充電保護(hù):當(dāng)充電器對(duì)鋰離子電池過(guò)充電時(shí),為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升,需終止充電狀態(tài)。
為此,保護(hù)器件需監(jiān)測(cè)電池電壓,當(dāng)其到達(dá)電池過(guò)充電壓時(shí),即激活過(guò)充電保護(hù)功能,中止充電。過(guò)放電保護(hù):為了防止鋰離子電池的過(guò)放電狀態(tài),當(dāng)鋰離子電池電壓低于其過(guò)放電電壓檢測(cè)點(diǎn)時(shí),即激活過(guò)放電保護(hù),中止放電,并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機(jī)模式。過(guò)電流及短路保護(hù):當(dāng)鋰離子電池的放電電流過(guò)大或短路情況產(chǎn)生時(shí),保護(hù)器件將激活過(guò)電流保護(hù)功能。
鋰電池充電控制是分為兩個(gè)階段的,第一階段是恒流充電,在電池電壓低于4.2V時(shí),充電器會(huì)以恒定電流充電。第二階段是恒壓充電階段,當(dāng)電池電壓達(dá)到4.2V時(shí),由于鋰電池特性,如果電壓再高,就會(huì)損壞,充電器會(huì)將電壓固定在4.2V,充電電流會(huì)逐步減小,當(dāng)電流減小到一定值時(shí)(一般是1/10設(shè)置電流時(shí)),切斷充電電路,充電完成指示燈亮,充電完成。
鋰離子電池過(guò)度充放電會(huì)對(duì)正負(fù)極造成永久性損壞。過(guò)度放電導(dǎo)致負(fù)極碳片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷,而塌陷會(huì)造成充電過(guò)程中鋰離子無(wú)法插入;過(guò)度充電使過(guò)多的鋰離子嵌入負(fù)極碳結(jié)構(gòu),而造成其中部分鋰離子再也無(wú)法釋放出來(lái)。
2、18650鋰電池的充電原理
鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí),電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。
同樣道理,當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)(即我們使用電池的過(guò)程),嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出,又運(yùn)動(dòng)回到正極?;氐秸龢O的鋰離子越多,放電容量越高。我們通常所說(shuō)的電池容量指的就是放電容量。
不難看出,在鋰離子電池的充放電過(guò)程中,鋰離子處于從正極→負(fù)極→正極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅,搖椅的兩端為電池的兩極,而鋰離子就象優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)健將,在搖椅的兩端來(lái)回奔跑。所以,專家們又給了鋰離子電池一個(gè)可愛(ài)的名字搖椅式電池。
六、18650鋰電池為什么有爆炸歷史
18650電池絕大多數(shù)使用鋼殼封裝,質(zhì)量不過(guò)關(guān)的電池由于沒(méi)有保護(hù)功能,在過(guò)充(過(guò)度充電)的情況下,會(huì)使其內(nèi)部壓力驟增,當(dāng)超過(guò)承受值時(shí),便會(huì)爆炸。而短路、溫度過(guò)高或電池被擠壓變形甚至刺穿等問(wèn)題都可能會(huì)引起電池爆炸。
經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展,18650電池制備工藝已經(jīng)非常成熟,除了性能有了極大提升之外,其安全性也非常完善。為了避免密封的金屬外殼發(fā)生爆炸,現(xiàn)在18650電池都會(huì)在頂部配有一個(gè)安全閥,安全閥是每一顆18650電池的標(biāo)配,也是最重要的一道防爆屏障。
當(dāng)電池內(nèi)部壓力過(guò)大時(shí),其頂部安全閥會(huì)開啟排氣減壓,避免爆炸。但是,當(dāng)安全閥開啟之后,電池內(nèi)部泄露出的化學(xué)物質(zhì)在高溫的條件下會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),仍然有可能出現(xiàn)起火的情況。另外,現(xiàn)在部分18650電池還自帶保護(hù)板,具有過(guò)充過(guò)放和短路保護(hù)等功能,安全性能十分高。
而此前發(fā)生的移動(dòng)電源爆炸事件,全部是因?yàn)闊o(wú)良廠家為節(jié)省成本使用不合格的劣質(zhì)18650電池,甚至是二手廢電引起的。目前各大電池廠商如松下、索尼、三星等等生產(chǎn)的18650電池其實(shí)是非常安全的,而且18650電池使用率非常高,我們?cè)谌粘J褂脮r(shí)能夠做到正確的使用以及避免電池短路,受損或溫度過(guò)高,完全不用擔(dān)心電池會(huì)爆炸。我們不能一竹竿打翻一船人,以個(gè)別劣質(zhì)產(chǎn)品來(lái)定性18650的安全性。
七、總結(jié)
其實(shí)對(duì)于鋰電池來(lái)講,會(huì)出現(xiàn)爆炸原因也是可以理解的,畢竟在以前的時(shí)候,對(duì)于這種穩(wěn)定性的把握不會(huì)那么厲害,但是18650作為一種性能對(duì)比性非常高的鋰電池,其應(yīng)用肯定會(huì)越來(lái)越廣泛的,畢竟目前對(duì)于這種不可或缺的電池來(lái)講,18650鋰電池是最好的一個(gè)選擇。