天天讲三元锂离子电池,是哪三元你了解吗?

2021-04-14      1642 次浏览

用三元材料作为正极材料的动力锂离子电池近年来凭借其容量高、循环稳定性(电池寿命)好、成本适中等优点,逐渐替代了镍氢电池、钴酸锂离子电池、磷酸铁锂离子电池,成为目前市场上最主流的电池。


三元锂离子电池的三元指的是镍(Ni)钴(Co)锰(Mn)三种元素。


而这三种元素中镍和钴是活性金属,锰不参与电化学反应。一般来说,活性金属成分含量越高,电池容量就越大,但当Ni的含量过高时,会引起Ni2+占据Li+的位置,加剧了阳离子混排,从而导致容量降低。


Co也是活性金属,但能起到抑制阳离子混排的用途,从而稳定材料层状结构。


Mn作为非活性金属重要起到稳定反应提高安全性的用途。


人们发现,三元正极材料中镍钴锰比例可在一定范围内调整,并且其性能随着镍钴锰的比例的不同而变化。


通过大量的研究,世界各国提出了多个具有不同镍钴锰比例组成的三元材料体系,包括333,523,622,811体系等。


简单来讲第一个数字越大,电池的性能越强,生产难度越高,使用条件越苛刻。


最后一个数字越大,电池性能越差,生产成本也越低。


目前333、523型锂离子电池是汽车动力锂电池的主流型号,而622、811型锂离子电池也是我国的重要研究方向。


⑴环境温度对电池的影响较大。环境温度过高,会使电池过充电出现气体,环境温度过低,则会使电池充电不足,这都会影响电池的使用寿命。因此,一般要求环境温度在25℃左右,UPS浮充电压值也是按此温度来设定的。实际应用时,蓄电池一般在5℃~35℃范围内进行充电,低于5℃或高于35℃都会大大降低电池的容量、缩短电池的使用寿命。


⑵放电深度对电池使用寿命的影响也非常大。电池放电深度越深,其循环使用次数就越少,因此在使用时应防止深度放电。虽然UPS都有电池低电位保护功能,一般单节电池放电至10.5V左右时,UPS就会自动关机。但是,假如UPS处于轻载放电或空载放电的情况下,也会造成电池的深度放电。


⑶电池在存放、运输、安装过程中,会因自放电而失去部分容量。因此,在安装后投入使用前,应根据电池的开路电压判断电池的剩余容量,然后采用不同的方法对蓄电池进行补充充电。对备用搁置的蓄电池,每3个月应进行一次补充充电。可以通过测量电池开路电压来判断电池的好坏。以12V电池为例,若开路电压高于12.5V,则表示电池储能还有80%以上,若开路电压低于12.5V,则应该立刻进行补充充电。若开路电压低于12V,则表示电池存储电能不到20%,电池不堪使用。


⑷电池充放电电流一般以C来表示,C的实际值与电池容量有关。例如,100AH的电池,C=100A。松下铅酸免维护电池的最佳充电电流为0.1C左右,充电电流不能大于0.3C。充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命。放电电流一般要求在0.05C~3C之间,UPS在正常使用中都能满足此要求,但也要防止意外情况的发生,如电池短路等。


⑸充电电压。由于UPS电池属于备用工作方式,市电正常情况下处于充电状态,只有停电时才会放电。为延长电池的使用寿命,UPS的充电器一般采用恒压限流的方式控制,电池充满后即转为浮充状态,每节浮充电压设置为13.6V左右。假如充电电压过高就会使电池过充电,反之会使电池充电不足。充电电压异常可能是由电池配置错误引起,或因充电器故障造成。因此,在安装电池时,一定要注意电池的规格和数量的正确性,不同规格、不同批号的电池不要混用。外加充电器不要使用劣质充电器,而且安装时要考虑散热问题。目前,为进一步提高电池寿命,先进的UPS都采用一种ABM(AdvancedBatteryManagement)三阶段智能化电池管理方法,即充电分成初始化充电、浮充电和休息三个阶段:第一阶段是恒流均衡充电,将电池容量充到90%;第二阶段是浮充充电,将电池容量充到100%,然后停止充电;第三阶段是自然放电,在这个阶段里,电池利用自身的漏电流放电,一直到规定的电压下限,然后再重复上述的三个阶段。这种方式改变了以前那种充满电后,仍使电池处于一天24h的浮充状态,因此延长了电池的寿命。


⑹免维护电池由于采用吸收式电解液系统,在正常使用时不会出现任何气体,但是假如用户使用不当,造成电池过充电,就会出现气体,此时电池内压就会增大,将电池上的压力阀顶开,严重的会使电池爆裂。


⑺UPS在运行过程中,要注意监视蓄电池组的端电压值、浮充电流值、每只蓄电池的电压值、蓄电池组及直流母线的对地电阻和绝缘状态。


⑻不要单独新增或减少电池组中几个单体电池的负荷,这将造成单体电池容量的不平衡和充电的不均一性,降低电池的使用寿命。

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