锂电池一般能用几年?锂电池的寿命是多长?
锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。所以,锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。
锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。
电池寿命
锂离子电池只能充放电500次?
相信绝大部分消费者都听说过,锂电池的寿命是“500次”,500次充放电,超过这个次数,电池就“寿终正寝”了,许多朋友为了能够延长电池的寿命,每次都在电池电量完全耗尽时才进行充电,这样对电池的寿命真的有延长作用吗?答案是否定的。锂电池的寿命是“500次”,指的不是充电的次数,而是一个充放电的周期。
一个充电周期意味着电池的所有电量由满用到空,再由空充到满的过程,这并不等同于充一次电。比如说,一块锂电在第一天只用了一半的电量,然后又为它充满电。如果第二天还如此,即用一半就充,总共两次充电下来,这只能算作一个充电周期,而不是两个。因此,通常可能要经过好几次充电才完成一个周期。每完成一个充电周期,电池容量就会减少一点。不过,这个电量减少幅度非常小,高品质的电池充过多次周期后,仍然会保留原始容量的80%,很多锂电供电产品在经过两三年后仍然照常使用。当然,锂电寿命到了最终后仍是需要更换的。
而所谓500次,是指厂商在恒定的放电深度(如80%)实现了625次左右的可充次数,达到了500个充电周期。(80%*625=500)(忽略锂电池容量减少等因素)
而由于实际生活的各种影响,特别是充电时的放电深度不是恒定的,所以"500个充电周期"只能作为参考电池寿命。正确的说法:锂电寿命和充电周期的完成次数有关,和充电次数没有直接关系。
简单的理解,例如,一块锂电在第一天只用了一半的电量,然后又为它充满电。如果第二天还如此,即用一半就充,总共两次充电下来,这只能算作一个充电周期,而不是两个。因此,通常可能要经过好几次充电才完成一个周期。每完成一个充电周期,电量就会减少一点。不过,减少幅度非常小,高品质的电池充过多次周期后,仍然会保留原始电量的80%,很多锂电供电产品在经过两三年后仍然照常使用,就是这个原因。当然锂电寿命到了最终还是需要更换的。
锂电的寿命一般为300~500个充电周期。假设一次完全放电提供的电量为Q,如不考虑每个充电周期以后电量的减少,则锂电在其寿命内总共可以提供或为其补充300Q-500Q的电力。由此我们知道,如果每次用1/2就充,则可以充600-1000次;如果每次用1/3就充,则可以充900~1500次。以此类推,如果随机充电,则次数不定。总之,不论怎么充,总共补充进300Q~500Q的电力这一点是恒定的。所以,我们也可以这样理解:锂电池寿命和电池的总充电电量有关,和充电次数无关。深放深充和浅放浅充对于锂电寿命的影响相差不大。
事实上,浅放浅充对于锂电更有益处,只有在产品的电源模块为锂电做校准时,才有深放深充的必要。所以,使用锂电供电的产品不必拘泥于过程,一切以方便为先,随时充电,不必担心影响寿命。
如果在高于规定的操作温度,即35°C以上的环境中使用锂电,电池的电量将会不断的减少,即电池的供电时间不会像往常那样长。如果在这样的温度下,还要为设备充电,那对电池的损伤将更大。即使是在较热的环境中存放电池,也会不可避免的对电池的质量造成相应的损坏。所以,尽量保持在适益的操作温度是延长锂电寿命的好方法。
如果在低温环境,即4°C以下中使用锂电,同样也会发现电池的使用时间减少了,有些手机的原装锂电在低温环境中甚至充不上电。但不必太担心,这只是暂时状况,不同于高温环境下的使用,一旦温度升起来,电池中的分子受热,就马上恢复到以前的电量。
要想发挥锂离子电池的最大效能,就需要经常用它,让锂电内的电子始终处于流动状态。如果不经常使用锂电,请一定记得每月给锂电完成一个充电周期,做一次电量校准,即深放深充一次。
正规叫法是“充放电循环”,不等于“充电次数”,循环指的是,电池从满电到用光,这是一个循环,如果你的电池从满电状态,用了十分之一的电量,然后又充满了,这是十分之一个循环,这样充10次,才基本算一个循环。同样,从满电,用了一半然后充满,再用到一半再充满,这也是一个循环,这时你是充了两次电。所以,循环仅仅是取决于“从电池累计放出多少电”,而跟“充电次数”没有直接关系。
而且这个标称的充放电循环次数也不是说用完了就不能用了,而是做了这么多循环以后,电池能储存电量的能力会下降到一个程度,比如某锂电池,标称的充放电循环是“500次后不低于标称容量的60%”也就是500个循环后,这个电池最多只能存新电池的时候的60%那么多电了,是性能下降到一定的程度了,是这个意思锂电池没有固定充电次数限制,正规厂家出来的电池一般至少可以充放电500次,且容量保持在初始容量的80%以上,一天一充可以用2年。通常手机电池充电1000次,就会造成电池严重不耐用。
手机电池保养方法:
1、每次完全充满电使用,减少充电次数,提高电池使用寿命。
2、不用把电池完全放电,通常电量低于10%就需要充电。
3、使用原装充电器充电,不要使用万能充充电。
4、手机充电过程中,不要使用手机。
5、不要过分充电,电池充满以后停止继续充电。
是的,根据实验结果,锂电池的寿命是随着与充电次数增加而不断衰减的,一般锂电池充电次数是2000-3000次循环就是使用,我们是在使用电池,关心的是使用的时间,为了衡量充电电池到底可以使用多长时间这样一个性能,就规定了循环次数的定义。实际的用户使用千变万化,因为条件不同的试验是没有可比性的,要有比较就必须规范循环寿命的定义。国标规定的锂电池循环寿命测试条件及要求:在环境温度20℃±5℃的条件下,以1C充电,当电池端电压达到充电限制电压4.2V时,改为恒压充电,直到充电电流小于或等于1/20C,停止充电,搁置0.5h~1h,然后以1C电流放电至终止电压2.75V,放电结束后,搁置0.5h~1h,再进行下一个充放电循环,直至连续两次放电时间小于36min,则认为寿命终止,循环次数必须大于300次。
国标规定的解释:
A.这个定义规定了循环寿命的测试是以深充深放方式进行的
B.规定了锂电池的循环寿命按照这个模式,经过≥300次循环后容量仍然有60%以上然而,不同的循环制度得到的循环次数是截然不同的,比如以上其它的条件不变,仅仅把4.2V的恒压电压改为4.1V的恒压电压对同一个型号的电池进行循环寿命测试,这样这个电池就已经不是深充方式了,最后测试得到循环寿命次数可以提高近60%。那么如果把截止电压提高到3.9V进行测试,其循环次数应该可以增加数倍。
这个关于循环充放电一次就少一次寿命的说法,我们要注意的是,锂电池的充电周期的定义:一个充电周期指的是锂电池的所有电量由满用到空,再由空充电到满的过程。而这并不等同于充电一次。另外大家在谈论循环次数的时候不能忽视循环的条件,抛开规则谈论循环次数是没有任何意义的,因为循环次数是检测电池寿命的手段,而不是目的!
能否让锂电池焕发全新能量?复合聚合物电解质的固化是否是答案?
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文|张博然的研究室
编辑|张博然的研究室
前言
当谈到便携式电子产品和电动汽车的发展时,高能量密度和稳定操作性的小型/微型储能装置至关重要。在这方面,固态电池被认为是最有前途的技术之一,因为它具有高能量密度和高安全性。
固态电池的核心组件是固态电解质,相对于传统液体电解质,SSE通常具有多种优点,如不易燃、不挥发、无泄漏风险以及与金属锂的高兼容性。
在固态电解质的研究可简单分为两类:无机离子导体和聚合物。 无机离子导体包括氧化物和硫化物,它们具有较高的化学/电化学稳定性和相对较高的离子电导率。这些材料存在界面电阻和脆性问题,限制了它们在固态电池中的应用。
氧化物和硫化物类固态电解质
聚合物电解质具有高柔韧性、高化学稳定性和与电极良好的相容性,因此显示出巨大的应用潜力,聚环氧乙烷基聚合物电解质受到广泛关注。由于聚合物电解质与电极之间的接触不良,导致它们在室温下表现出较低的固有离子电导率和较高的界面阻抗。
为了改善聚合物电解质的电导率,提出了许多策略,并取得了显著进展。在这一背景下,孙先生及其团队报道了一种基于聚乙二醇-聚醚胺的互穿网络聚合物电解质。
这种电解质在25℃和100℃下分别表现出5.6×10^-5和1.1×10^-3 S cm^-1的高离子电导率,较之前的报道有了显著提升。 将LiFePO4锂金属电池的首次放电容量提高到156.2 mA hg^-1,并在超过200个循环中保持稳定,表现出出色的循环性能。
为固态电池技术的发展提供了新的方向和潜在解决方案。互穿网络聚合物电解质的优异性能显示出了聚合物电解质在固态锂离子电池中的重要应用前景。通过持续改进聚合物电解质的性能,有望实现更安全、高能量密度的固态电池,推动储能技术的进一步发展和应用。
还有其他有关PEO基固态电解质的研究,一种PEO基固态电解质,其中包含与聚多巴胺涂覆的Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12纳米颗粒复合物。该复合电解质在30°C下表现出1.1×10^-4 S cm^-1的电导率,并且在正极和负极之间具有良好的相容性粘附力。
这些研究为开发高性能固态电解质提供了重要的参考和启示。通过不断改进和优化复合材料的结构和特性,可以为固态锂离子电池的发展提供更稳定、高效的电解质材料。
在探索改善电解质和电极之间接触的方法中,原位聚合被认为是一种简便有效的途径。采用紫外固化在阴极上原位构建复合电解质的方法,成功降低了界面阻抗69.1%,使得全固态LiFePO4/Li电池在室温下表现出优异的电化学性能。
虽然这种复合电解质在电化学性能方面取得了进展,但其离子电导率仍然相对较低,导致倍率性能相对较差。
通过结合不同材料的优势,优化复合材料的组成和结构,以及利用原位聚合等方法,可以进一步提高固态电解质的性能。这些努力有望为固态锂离子电池的发展带来更大的突破,推动电动汽车、可再生能源存储等领域的技术进步和应用。
采用二(乙二醇)二丙烯酸酯(A2)作为单体,通过紫外固化与PEO生成复合电解质。这一复合电解质在室温下表现出高电导率,达到3.6×10^-5 S cm^-1,比由三臂或四臂丙烯酸甲酯单体衍生的复合电解质高出60%。
增强电解质与电极之间的接触
复合电解质展现出优异的枝晶抑制性能和宽广的电化学窗口。这些特性使得具有复合电解质的全固态LiFePO4/Li电池呈现出约155 mA hg^-1的高容量,并在室温下保持良好的容量保持率。
研究通过原位聚合的方法成功地开发了一种具有优异电导率和枝晶抑制性能的复合电解质,为固态锂离子电池的高性能应用带来了重要的突破。
研究为固态电池的进一步发展和应用提供了有益的启示,并为构建更高性能的固态电解质开辟了新的研究方向。随着不断的研究和优化,这种新型复合电解质有望成为未来固态锂离子电池中的重要组成部分,推动电动汽车和其他可再生能源存储技术的发展。
使用傅里叶变换红外光谱技术对二丙烯酸二乙二醇酯的聚合过程以及聚二丙烯酸二乙二醇酯和聚环氧乙烷之间的相互作用进行了深入研究。
单体A2的光谱显示了在1610和1640cm^-1之间的峰,这些峰与C=C基团相关联,而PA2和30wt% PA2在同一光谱区域中则没有观察到这些峰。 这暗示A2单体通过紫外固化聚合形成了PA2聚合物。
在PA2-30% PEO的FTIR光谱中,PEO和PA2的CO峰位发生了明显的偏移,表明这两者之间存在相互作用。相对于PEO的CO峰,PA2-30% PEO的CO峰明显向低波数区域移动。
这可能是由于PA2与PEO之间相互作用引起的电子效应,降低了PA2-30% PEO中羧基的能量。这种相互作用可能导致复合电解质的结构和特性的变化,有助于优化电解质与电极之间的接触,从而提高电池性能。
通过差示扫描量热图谱研究了样品的热性质。PA2-30% PEO的玻璃化转变温度高于PEO,这表明PA2-30% PEO在室温下更可能呈现出更高的无序度。这种无序度的增加可能有助于提高电解质的离子导电性能,因为较大的蠕动空间有利于离子的传输。
使用交流阻抗技术测量不同PEO含量样品的离子电导率。 在这些样品中,PA2-30% PEO在25℃时表现出最高的离子电导率,达到了3.6×10^-5 S cm^-1,相比之前报道的电导率高出60%。
说明通过添加30 wt.% PEO成功地提高了复合电解质的离子传导性能,使其成为具有潜在应用价值的固态电解质。
在使用线性扫描伏安法测试SSE的电化学窗口时,观察到与电导率相似的趋势。在添加了30 wt.% PEO的复合材料中,最高的氧化电位出现在相对于Li+/Li约为4.7 V的位置,且没有出现明显的氧化峰。
相对于Li+/Li,在高于5.0 V的电势下充电时,样品表现出最小的氧化电流。这表明复合电解质具有较宽的电化学窗口,能够在较高的电势范围内工作,这对于实现高能量密度的固态锂电池至关重要。
复合固态电解质的重要性与应用前景
为了进一步了解不同PEO含量对复合材料结晶度的影响,采用X射线衍射技术进行了分析。与PA2和PA2-10% PEO相比,PA2-30% PEO仍然表现出非晶态性质,这意味着PA2-30% PEO中各组分分布均匀。
当PEO含量增加至50 wt%时,在PA2-50% PEO的谱图中可以观察到PEO的尖峰,这表明样品的结晶度较高,较低的结晶度为聚合物链提供了较大的蠕动空间,有利于提高固态电解质的离子电导率。
PA2-30% PEO相对较低的结晶度表明PA2和PEO之间存在良好的相互作用,并且没有组分偏析。这种相互作用产生了电子整平效应,有助于优化复合电解质的结构,从而实现更广泛的电化学窗口和更好的性能。
进一步通过扫描电子显微镜观察了在LiFePO4正极上原位合成的PA2-30% PEO的表面形貌。SEM图像显示PA2-30% PEO呈现出光滑的表面,且没有观察到聚集现象,这意味着复合电解质在正极上均匀分散。
这是一个重要的观察表明通过紫外固化原位构建的复合电解质能够与锂铁磷酸盐正极良好地相容,没有出现聚集或不良的界面现象。进一步的测试通过b中的Li/SSE/Li电池在0.10 mA cm^-2的电流密度下进行,研究PA2-30% PEO与锂金属负极的相容性。
在该电池中,PA2-30% PEO和锂金属之间表现出良好的电化学和热力学稳定性。 该电池的极化电位约为0.25 V,在超过230小时的循环测试中,没有出现显著增加的现象,这进一步证明了复合电解质与锂金属之间的良好相容性,有助于电池的长期稳定性和安全性。
在室温下组装并测试了Li/PA2-30%PEO/LiFePO4电池,以深入研究复合电解质的电化学性能,并通过紫外固化在阴极上原位构建固态电解质。该电池表现出约155 mA hg^-1的高可逆容量,并在0.1 C倍率下的初始库仑效率为94.92%。
在50个循环测试中,该电池的容量保持率约为86%,这表明复合电解质具有良好的循环稳定性,能够在长时间内保持较高的容量。该全固态锂离子电池在室温下还展现出出色的倍率性能。
在0.05 C倍率下,电池的首次放电容量为156.2 mA hg^-1,在0.2 C倍率下仍然保持着显着的142.5 mA hg^-1的放电容量。即使在0.5 C倍率下,电池的放电容量也只下降至85 mA hg^-1,仍然远高于相同倍率的其他电池。
通过多臂单体形成的复合材料,通过调整单体的结构来调节基体结构,以增强固态电解质的电化学性能是可行且有效的。这些通过采用原位构建的PA2-30% PEO复合电解质,电解质的性能得到了显著提升,有望为固态锂离子电池的应用提供更好的选择。
特别是在高倍率放电时,该复合电解质的性能得到了明显改善,并在电池的循环测试中表现出良好的容量保持率。 这些发现对于推动固态电池技术的发展和构建更安全、高能量密度的储能装置具有重要的意义。
结论
通过调整单体的结构并通过在阴极上原位紫外固化的方法,开发了一种新型复合固态电解质。这种复合电解质为PA2-30%PEO,在室温下表现出最高的离子电导率,达到3.6 × 10^-5 S cm^-1,比由三臂单体衍生的复合电解质高出60%。
PA2-30%PEO复合电解质还具有与锂电极优异的相容性和良好的枝晶抑制性能。Li/PA2-30%PEO/LiFePO4电池在25℃、0.1 C倍率下表现出155 mA hg^-1的高容量和长时间的循环稳定性。
含有PA2-30%PEO的电池也展现出良好的倍率性能,考虑到许多研究未能揭示固体电池在室温下的电化学性能,而仅显示高温条件下的由双臂单体形成的复合聚合物电解质将成为一种替代方案,用于固态锂离子电池的SSE。
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