锂电池即锂金属电池,一般是指使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
锂电池的主要结构有电芯、电解液、隔膜等内部构造和优质材料制成的锂电池外壳,此外可以实时监测锂电池的BMS智能管理系统也是不可或缺的。
如果我们将锂电池比喻成一个人的话,电芯相当于锂电池的心脏,锂电池结构设计相当于锂电池的骨架,而电池管理系统BMS就相当于电池的大脑,只有合理的分工部署才能保障电池的身心健康。
锂电池的电芯包含正极和负极,也称为阴极和阳极。正极是采用铝材质的导体构成,因为铝更耐腐蚀,导电性好,且结构稳定,可以保障电池性能和循环寿命;而负极是由一种铜材质的导体构成,这种材质可以起到提高电池组使用一致性,提高活性材料和集流体的粘接附着力,保护集流体,延长电池的使用寿命。
▲锂电池内部构造图示1(图源网络)
锂电池的电解液则是电池中离子传输的载体,其必须有较好的化学和电化学稳定性,以确保充放电效率和电池循环寿命。
所以,更高品质的电极材料结合更优的电解液配方,可以使电芯获得更好的性能和更长的使用寿命。
而为了避免锂电池短路,在正负极之间,还有一层电子绝缘层——隔膜,它更像是一个保护屏障,可以起到隔离正、负极接触的作用,同时允许细小的锂离子自由通过。
▲锂电池内部构造图示2(图源网络)
目前市面上的锂电池按正极材料分类,主要可以分为三元、磷酸铁锂、锰酸锂等:
三元体系锂电池能量密度较高,循环寿命较好,我们日常使用的采用锂电池的电子设备,都需要反复进行充放电,循环寿命自然决定了它的广泛应用,且这一类型的电池对于加持电池智能管理系统十分友好,但是成本较高。
锰酸锂电池相对三元体系电池循环寿命短,对于日常使用的锂电池产品而言,产品的使用寿命无法保障,虽说成本较为便宜,但在产品应用上却少之又少。
磷酸铁锂电池能量密度较低,成本也相对便宜一些,循环寿命较好,由于各家电池企业仍在进一步研发与实验,所以如今还没有广泛应用。这也是目前很多新能源车企、电动车企业,以及日常使用的小型电子设备都在使用三元体系电池的原因之一。
锂电池充电过程:电池的正极由锂离子生成,生成的锂离子从正极“跳进”电解液里,通过电解液“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,运动到负极,与早就通过外部电路跑到负极的电子结合在一起。通俗来讲,就是电池充电时,锂离子从正极材料脱出,穿过隔膜,最终嵌入到石墨材料颗粒内部,存储在石墨层间,电池就进行充电了。
▲锂电池充电过程图示(图源网络)
锂电池放电过程:电池放电时,电子和锂离子都是同时行动的,方向相同但路径不同,电子从负极通过外部电路跑到正极;锂离子从负极“跳进”电解液里,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电子结合在一起,这样电池使用时,其化学能就可以转化为电能,为各种移动电子设备提供能源。电芯能储存多少能量,以及能工作多久和所采用的材料品质息息相关,而我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。
▲锂电池放电过程图示(图源网络)
如今,市场上有很多小作坊式的厂家,使用电动汽车电池上的退役电芯进行二次利用。这些电芯本身确实是由大厂生产的,但在电动汽车上的使用情况以及退役下来后的品质情况是未知的,使用这些退役电芯重新制造的两轮电动车电池包,在安全方面是没有保障的。
眼见为实,下面我们就来看一个实验。日前,北京市大兴区消防救援支队曾进行了一场电动自行车火灾实验:在充电器不适配的情况下,对一块改装后的电动自行车电池进行充电。
实验过程
接通电源不久:电池部位迸出火花,随之冒出烟雾。
3分钟后:电动自行车的塑料部件开始燃烧。
5分钟后:电池发生爆炸,电动自行车迅速被火舌吞并,呛人的烟味弥漫开来。
实验结果
电动自行车电池3分钟燃烧、5分钟爆炸,同时释放令人窒息的有毒气体,而引起电动车火灾的原因也十分明确,主要是私自改装电池和过度充电所导致的爆燃。
▲实验结果图示
其实正规厂家生产的电动自行车电池,并不容易发生爆燃事故。但是由于不少车主为提升驾驶时速,擅自增加电池容量,将体积大、容量小的铅酸电池私自改装成体积小、容量大的锂电池,但仍使用原来的充电器,且缺乏保护系统,故而易出现爆燃事故。
在此,九哥提醒广大消费者,请勿轻信网传私自改装电池的做法!!!因为
电池组装并不是简单的电池串并联,在制作电池的过程中需要使用专业的设备来进行检测和反复验证,个人组装没有专业的设备来进行质量检查。
组装锂电池需要各种配件,例如镍片和各种线缆之间匹配和过流能力是否合适,需要有专业人员来匹配和测量,品质再好的锂电池组安装的不正确,不但发挥不出电池的最好功效,还会存在巨大的安全隐患。
非专业人士无法辨别商家声称品质很好之类的承诺是否属实。
除了不要私自改装电动车电池外,九哥还建议大家在购买电动车时,挑选有品牌保障、采用大厂电芯,且拥有BMS电池管理系统的电动车厂商,因为这样的产品才更有保障,日常骑行才能更加安心。
本期图文主要为大家科普锂电池的结构、分类、工作原理等知识点,文章到这里,这些小tips已经放送完毕。
对于本期的科普要点,相信大家已经掌握的七七八八了,而对文中多次提及的BMS,大家可能会有一种一头雾水的感觉,这里先留个悬念,下期九哥将会给大家详细讲解什么是BMS、BMS电池管理系统对电池来说究竟有何用处~敬请期待!
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