18650鋰電池是什么電池?
18650電池是一類電池的統(tǒng)稱,現(xiàn)在大多是指18650鋰電池,其中18650是指電池的外形尺寸其中18表示直徑為18mm,65表示長(zhǎng)度為65mm,0表示為圓柱形電池。
一、18650電池有哪些種類
18650電池的種類有18650鎳氫電池、18650鋰離子電池、18650磷酸鐵鋰電池。
由于18650鎳氫電池有與材料特性,在能量密度上是比不過(guò)鋰電池的,也就是在同等體積下,鋰電池的容量密度要比鎳氫電池大,最終導(dǎo)致18650鎳氫電池在市場(chǎng)上淘汰了,使得目前市場(chǎng)上常見的18650電池都是鋰電池。但是18650鋰電池也分為鋰離子電池、磷酸鐵鋰電池。鋰離子電池電壓為標(biāo)稱電壓為3.7v,充電截止電壓為4.2v,磷酸鐵鋰電池標(biāo)稱電壓為3.2V,放電截止電壓為3.6v,容量通常為1200mAh-3350mAh,常見容量是2200mAh-2600mAh。
二、每個(gè)種類18650的優(yōu)缺點(diǎn)
(一)18650鋰離子電池
18650鋰離子電池是液態(tài)鋰電池,其電解液是液態(tài)的,目前多為圓柱形的,鋼殼外殼的電池。
1、18650鋰離子電池優(yōu)點(diǎn)
(1)、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800mah左右,如果組合起來(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。
(2)、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。
(3)、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。
(4)、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。
(5)、沒有記憶效應(yīng) 在充電前不必將剩余電量放空,使用方便。
(6)、內(nèi)阻?。?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35mΩ以下,極大的減低了電池的自耗電,延長(zhǎng)手機(jī)的待機(jī)時(shí)間,完全可以達(dá)到與國(guó)際接軌的水平。這種支持大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的理想選擇,成為最有希望替代鎳氫電池的產(chǎn)品。
(7)、可串聯(lián)或并聯(lián)組合成18650鋰電池組
(8)、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、18650鋰離子電池缺點(diǎn)
(1)、18650鋰電池的最大的缺點(diǎn)就是他的體積已經(jīng)固定好了,裝在一些筆記本或是一些產(chǎn)品時(shí)候不是很好定位,當(dāng)然這個(gè)缺點(diǎn)也可以說(shuō)是優(yōu)點(diǎn),這是相對(duì)其他聚合物鋰電池等鋰電池的可定制和可變換大小來(lái)講這就是一個(gè)缺點(diǎn)了。而相對(duì)于一些指定電池規(guī)格的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)又成了一個(gè)優(yōu)勢(shì)所在。
(2)、18650鋰電池容易發(fā)生短路或發(fā)生爆炸,也是相對(duì)于聚合物鋰電池來(lái)說(shuō)的,如果相對(duì)一般的電池,這一缺點(diǎn)就不是那么明顯了。
(3)、18650鋰電池生產(chǎn)均需要有保護(hù)線路,防止電池被過(guò)分充量而導(dǎo)致放電。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。
(4)、18650鋰電池的生產(chǎn)條件要求高,相對(duì)于一般的電池生產(chǎn),18650鋰電池對(duì)生產(chǎn)條件要求很高,這無(wú)疑增加了生產(chǎn)成本。
(二)18650磷酸鐵鋰電池
18650磷酸鐵鋰電池是近幾年發(fā)明的,是在鋰離子電池發(fā)展中發(fā)明的,也是鋰離子電池的一種。
1、磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點(diǎn)
(1)、安全性能的改善
磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固,難以分解,即便在高溫或過(guò)充時(shí)也不會(huì)像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì),因此擁有良好的安全性。有報(bào)告指出,實(shí)際操作中針刺或短路實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有小部分樣品出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象,但未出現(xiàn)一例爆炸事件,而過(guò)充實(shí)驗(yàn)中使用大大超出自身放電電壓數(shù)倍的高電壓充電,發(fā)現(xiàn)依然有爆炸現(xiàn)象。雖然如此,其過(guò)充安全性較之普通液態(tài)電解液鈷酸鋰電池,已大有改善。
(2)、壽命的改善
磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。
長(zhǎng)壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右,最高也就500次,而磷酸鐵鋰動(dòng)力電池,循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上,標(biāo)準(zhǔn)充電(5小時(shí)率)使用,可達(dá)到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護(hù)維護(hù)又半年”,最多也就1~1.5年時(shí)間,而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用,理論壽命將達(dá)到7~8年。綜合考慮,性能價(jià)格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可大電流2C快速充放電,在專用充電器下,1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿,起動(dòng)電流可達(dá)2C,而鉛酸電池?zé)o此性能。
(3)、高溫性能好
磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣(-20C–75C),有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達(dá)350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。
(4)、大容量
電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作,容量會(huì)迅速低于額定容量值,這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性,而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象,電池?zé)o論處于什么狀態(tài),可隨充隨用,無(wú)須先放完再充電。
(5)、重量輕
同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3,重量是鉛酸電池的1/3。
(6)、環(huán)保
磷酸鐵鋰電池一般被認(rèn)為是不含任何重金屬與稀有金屬(鎳氫電池需稀有金屬),無(wú)毒(SGS認(rèn)證通過(guò)),無(wú)污染,符合歐洲RoHS規(guī)定,為絕對(duì)的綠色環(huán)保電池證。所以鋰電池之所以被業(yè)界看好,主要是環(huán)保考量,因此該電池又列入了“十五”期間的“863”國(guó)家高科技發(fā)展計(jì)劃,成為國(guó)家重點(diǎn)支持和鼓勵(lì)發(fā)展的項(xiàng)目。隨著中國(guó)加入WTO,中國(guó)電動(dòng)自行車的出口量將迅速增大,而進(jìn)入歐美的電動(dòng)自行車已要求配備無(wú)污染電池。
但有專家表示,鉛酸電池造成的環(huán)境污染,主要發(fā)生在企業(yè)不規(guī)范的生產(chǎn)過(guò)程和回收處理環(huán)節(jié)。同理,鋰電池屬于新能源行業(yè)不錯(cuò),但它也不能避免重金屬污染的問題。金屬材料加工中有鉛、砷、鎘、汞、鉻等都有可能會(huì)釋放到灰塵和水中。電池本身就是一種化學(xué)物質(zhì),所以有可能會(huì)產(chǎn)生兩種污染:一是生產(chǎn)工程中的工藝排泄物污染;二是報(bào)廢以后的電池污染。
磷酸鐵鋰電池也有其缺點(diǎn):例如低溫性能差,正極材料振實(shí)密度小,等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰離子電池,因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢(shì)。而用于動(dòng)力電池時(shí),磷酸鐵鋰電池和其他電池一樣,需要面對(duì)電池一致性問題。
2、磷酸鐵鋰電池的缺點(diǎn)
一種材料是否具有應(yīng)用發(fā)展?jié)摿?,除了關(guān)注其優(yōu)點(diǎn)外,更為關(guān)鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)在普遍選擇磷酸鐵鋰作為動(dòng)力型鋰離子電池的正極材料,從政府、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)甚至是證券公司等市場(chǎng)分析員都看好這一材料,將其作為動(dòng)力型鋰離子電池的發(fā)展方向。分析其原因,主要有下列兩點(diǎn):首先是受到美國(guó)研發(fā)方向的影響,美國(guó)Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國(guó)內(nèi)一直沒有制備出可供動(dòng)力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲(chǔ)存性能的錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷,歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾點(diǎn):
(1)、在磷酸鐵鋰制備時(shí)的燒結(jié)過(guò)程中,氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質(zhì)鐵的可能性。單質(zhì)鐵會(huì)引起電池的微短路,是電池中最忌諱的物質(zhì)。這也是日本一直不將該材料作為動(dòng)力型鋰離子電池正極材料的主要原因。
(2)、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷,如振實(shí)密度與壓實(shí)密度很低,導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低。低溫性能較差,即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)能系統(tǒng)中心主任DonHillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫性能的時(shí)候,他用terrible來(lái)形容,他們對(duì)磷酸鐵鋰型鋰離子電池測(cè)試結(jié)果表明表明磷酸鐵鋰電池在低溫下(0℃以下)無(wú)法使電動(dòng)汽車行駛。盡管也有廠家宣稱磷酸鋰鐵電池在低溫下容量保持率還不錯(cuò),但是那是在放電電流較小和放電截止電壓很低的情況下。在這種狀況下,設(shè)備根本就無(wú)法啟動(dòng)工作。
(3)、材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低,一致性差。磷酸鐵鋰的納米化和碳包覆盡管提高了材料的電化學(xué)性能,但是也帶來(lái)了其它問題,如能量密度的降低、合成成本的提高、電極加工性能不良以及對(duì)環(huán)境要求苛刻等問題。盡管磷酸鐵鋰中的化學(xué)元素Li、Fe與P很豐富,成本也較低,但是制備出的磷酸鐵鋰產(chǎn)品成本并不低,即使去掉前期的研發(fā)成本,該材料的工藝成本加上較高的制備電池的成本,會(huì)使得最終單位儲(chǔ)能電量的成本較高。
(4)、產(chǎn)品一致性差。目前國(guó)內(nèi)還沒有一家磷酸鐵鋰材料廠能夠解決這一問題。從材料制備角度來(lái)說(shuō),磷酸鐵鋰的合成反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng),有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽,外加碳的前驅(qū)體以及還原性氣相。在這一復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程中,很難保證反應(yīng)的一致性。
(5)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題。目前磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)專利被美國(guó)德州大學(xué)所有,而碳包覆專利被加拿大人所申請(qǐng)。這兩個(gè)基礎(chǔ)性專利是無(wú)法繞過(guò)去的,如果成本中計(jì)算上專利使用費(fèi)的話,那產(chǎn)品成本將會(huì)進(jìn)一步提高。
三、每種18650電池焊接方法:
18650鋰電池生產(chǎn)制造的焊接方法主要有電焊、超聲波焊接、激光焊接、穿透焊和縫焊、脈沖模式焊接、連續(xù)模式焊接等。
目前電池生產(chǎn)廠家最常用的電池焊接方法是超聲波焊接和穿透焊和縫焊。
穿透焊和縫焊穿透焊,連接片無(wú)需沖孔,加工相對(duì)簡(jiǎn)單。穿透焊需要功率較大的激光焊機(jī)。穿透焊的熔深比縫焊的熔深要低,可靠性相對(duì)差點(diǎn)??p焊相比穿透焊,只需較小功率激光焊機(jī)??p焊的熔深比穿透焊的熔深要高,可靠性相對(duì)較好。但連接片需沖孔,加工相對(duì)困難。
超聲波焊接原理是線性振動(dòng)摩擦焊接利用在兩個(gè)待焊工件接觸面所產(chǎn)生的摩擦熱能來(lái)使塑料熔化。熱能來(lái)自一定壓力下,一個(gè)工件在另一個(gè)表面以一定的位移或振幅往復(fù)的移動(dòng)。一旦達(dá)到預(yù)期的焊接程度,振動(dòng)就會(huì)停止,同時(shí)仍舊會(huì)有一定的壓力施加于兩個(gè)工件上,使剛剛焊接好的部分冷卻、固化,從而形成緊密地結(jié)合。
1、超聲波塑料焊接優(yōu)點(diǎn):焊接速度快,焊接強(qiáng)度高、密封性好;取代傳統(tǒng)的焊接/粘接工藝,成本低廉,清潔無(wú)污染且不會(huì)損傷工件;焊接過(guò)程穩(wěn)定,所有焊接參數(shù)均可通過(guò)軟件系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)控,一旦發(fā)現(xiàn)故障很容易進(jìn)行排除和維護(hù)。
2、超聲波金屬焊接優(yōu)點(diǎn):1)、焊接材料不熔融,不脆弱金屬特性。2)、焊接后導(dǎo)電性好,電阻系數(shù)極低或近乎零。
3)、對(duì)焊接金屬表面要求低,氧化或電鍍均可焊接。4)、焊接時(shí)間短,不需任何助焊劑、氣體、焊料。5)、焊接無(wú)火花,環(huán)保安全。
四、每種18650電池的壽命:
現(xiàn)在3.7V的18650鋰離子電池一般循環(huán)壽命可達(dá)500~1000次左右,3.2V的18650磷酸鐵鋰電池一般壽命可達(dá)2000以上,當(dāng)然前提是正規(guī)廠商生產(chǎn)的合格電池,如果是次品或假冒電池,壽命將會(huì)很短。
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。
五、每種18650電池的高低溫性能:
18650鋰離子電池低溫較好。-20攝氏度的時(shí)候根據(jù)放電倍率不同容量損失也不同,電流不大的時(shí)候大約損失30%。
18650鋰離子電池低溫性能:
放電容量:
50℃:≥95%x初始容量;
-40℃:≥75%x初始容量;
在環(huán)境溫度(20±2)℃的條件下,電池做一個(gè)0.2C5A循環(huán),此容量為初始容量;然后電池進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)充電后。按如下條件測(cè)試,要求電池?zé)o漏液、起鼓現(xiàn)象
a、在(50±2)℃下擱置2h,以0.2C5A恒流放電至終止電壓后在室溫狀態(tài)下擱置2h,目測(cè)外觀無(wú)明顯變形、無(wú)破裂、不漏液。
b、在(-40±2)℃下擱置2h,以0.2C5A恒流放電至終止電壓后在室溫狀態(tài)下擱置2h,目測(cè)外觀無(wú)明顯變形、無(wú)破裂、不漏液。
18650磷酸鐵鋰電池低溫性能:
在-40℃下以0.5C放電,放電容量超過(guò)初始容量的60%;在-35℃下以0.3C放電,放電容量超過(guò)初始容量的70%,超過(guò)國(guó)家60%的標(biāo)準(zhǔn),工作溫度范圍寬,最低溫度可達(dá)40℃,而最高溫度高達(dá)55℃,可在-20℃下充電。
六、每種18650電池的用途(應(yīng)用領(lǐng)域):
1、18650鋰離子電池由于單位密度的容量很大,所以大部份用于筆記本電腦電池,除此之外,因18650在工作中的穩(wěn)定性能非常好,廣泛應(yīng)用于各大電子領(lǐng)域:常用于高檔強(qiáng)光手電、隨身電源,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸器,電熱保暖衣、鞋,便攜式儀器儀表,便攜式照明設(shè)備,便攜式打印機(jī),工業(yè)儀器,醫(yī)療儀器等。
2、18650磷酸鐵鋰電池主要應(yīng)用于軍事設(shè)備、航空航天工業(yè)、深海潛水設(shè)備、極地科學(xué)調(diào)查、電力通信、公共安全、醫(yī)療電子、AGV、RV等領(lǐng)域。
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