现在,市场流行的锂离子蓄电池(LIB)是以牺牲电池性能获取性和使用寿命的折衷方案,其电化学反应如下:
LIB是由涂有LiCoO2活性物质的铝集电体作为正极、碳(石墨或活性碳)和溶解有LiPF6的有机溶液构成的。当充电时,LiCoO2中分层结构里Li离子游向负极被分层结构的碳所吸附;当放电时,碳分层结构里吸附的锂离子又回游到正极,于是正极复原成LiCoO2分层结构,负极也复原成碳分层结构。也就是说,该蓄电池在周而复始的充放电过程中,出现的只是锂离子而不是活泼的锂金属。因此,LIB具备较好的性和可使用的寿命。
LIB的主要特点是具有较高的重量能量密度,平稳的放电电压为3.6 V,可在-20℃~60℃的温度范围内工作,无存储效应,自放电率低(因而不能大电放逐电)。为了地使用LIB,要求具备严防过充电和过放电的保护设施。
各种蓄电池比较
上述NiCd、NiMH和LIB蓄电池的电化学反应机制不同,各个蓄电池的特点也不尽相同。为了便于比较,需要用到评价蓄电池性能的标准或者是参数。通常使用的评价参数,如像平衡放电时的蓄电池端电压Vdc、再充电次数(Recharges)或者充放电周期个数、价格比率(Price Ratio)、能量密度(细分为重量能量密度和体积能量密度)和功率密度等,都是用定量的数值表示的。例如,NiCd和NiMH的Vdc=1.2V,而LIB的Vdc高达3.6V。当需要3.6V供电电压时,人们都宁愿用1块LIB而不用3块NiCd(或NiMH)蓄电池串联供电。这一实例说明,利用定量的参数可对各种蓄电池进行横向比较,便于选择应用。
除此之外,蓄电池的性和是否具有记忆效应等,也是影响蓄电池广泛应用的重要因素,值得留意。
根据以上所述,可把现在常用的电能转换器件和电能储存器件的各种参数列于表1,以便用户选择。其中,Wh/kg是蓄电池的重量能量密度,表示每kg蓄电池能提供出的Wh(瓦小时)电能;Wh/Liter是蓄电池的体积能量密度,表示每公升(Liter)蓄电池能提供出的Wh电能;W/kg表示蓄电池的功率密度,表示每kg蓄电池能提供出的瓦数(W),即电功率;Price Ratio是蓄电池之间的价格比率,表示各种蓄电池的相对价格。
从表1中能够清楚地看到,NiCd、NiMH、LIB和双电荷层电容器都各有短长,各项参数都十全十美的器件,目前市场上还未出现。因此,蓄电池器件的选用,必须结合具体应用实际加以选择,公道搭配使用。
蓄电池的应用
NiCd蓄电池严重的题目是其废弃物对环境造成严重污染,危及人类健康。由于在欧美和日本已建立回收再利用机制,环境污染题目也基本上获得解决。至于NiCd蓄电池存储(记忆)效应,只要使用时牢记,一定要使它充分放电后再进行充电就可避免;否则,假如NiCd蓄电池在放电很浅的情况下就又充电,它就会记忆住放电深度,用未几久就又需要充电。