锂离子电池的优缺点及其发展

电源

锂离子电池自其原形诞生以来，随着技术的不断进步，其性能较以前有了明显提高。就目前的化学二次电源来看，它具有无可替代的作用。下面对其一些优点和缺点进行简单的说明。

1、锂离子电池的优点
锂离子电池具有以下优点。 ① 能量密度高，其体积能量密度和质量能量密度分别可达450W.h/dm3 和150W.h/kg，而且还在不断提高。例如，对于圆柱形18650锂离子电池而言，比能量密度、比功率密度等自1999年以来得到了明显提高，如图1-2所示。最高的质量能量密度达到193W.h/kg，比1999年报道的高90%，只比美国能源部的长期目标200W.h/kg低5% (Annex V.TheInternational Energy Agency Implementing Agreement for Electric
Vehicle Technologies and Programs.Out-look Document,1996～1997.16)。电池的能量密度自1999年来提高了2倍，比美国能源部的长期目标300W.h/dm3 高约70%。

图1-2 18650型锂离子电池的能量密度发展趋势
● 质量比能量;■ 体积比能量

② 平均输出电压高 (约3.6V)，为Ni-Cd、Ni-MH电池的3倍。
③ 输出功率大。
④ 自放电小，每月10%以下，不到Ni-Cd、Ni-MH的一半。
⑤ 没有Ni-Cd、Ni-MH电池一样的记忆效应，循环性能优越。
⑥ 可快速充放电，1C充电时容量可达标称容量的80%以上。
⑦ 充电效率高，第1次循环后基本上为100%。
⑧ 工作温度范围宽，-30～+45℃，随着电解质和正极的改进，期望能拓宽到-40～+70℃，低温有可能拓展到-60℃。
⑨ 残留容量的测试比较方便。
⑩ 无需维修。
⑪ 对环境较为 “友好”，称为绿色电池。
⑫ 使用寿命长，100% DOD充放电可达900次以上 (图1-3);当采用浅深度 (30%DOD)充放电时，循环次数已经超过了5000次。

图1-3 锂离子电池在100%DOD
进行充放电的循环性能

2、锂离子电池的缺点
   当然，锂离子电池也有一些不足之处:
   ① 成本高，主要是正极材料LiCOO2 的价格高，随着正极技术的不断发展，可以采用LiMn2O4、LiFePO4 等为正极，从而有望大大降低锂离子电池的成本；
   ② 必须有特殊的保护电路，以防止过充或过放；
   ③ 与普通电池的相容性差，因为一般要在用3节普通电池 (3.6V)的情况下才能用锂离子电池进行替代。
   同其优点相比，这些缺点不成为主要问题，特别是用于一些高科技、高附加值产品中，因此应用范围非常广泛。
3、锂离子电池的发展
表1-2为锂离子电池的发展情况。我国从1997年起开始锂离子电池的产业化研制和开发，2000年左右基本上研究开发成功。2001年起为我国锂离子电池的迅速发展和扩张时期。图1-4为全球锂离子电池产值和产量随时间的发展趋势。目前中国的锂离子电池生产处于 “战国”时代，产品质量参差不齐有高档、中档、低档产品，甚至不合格产品也流入市场。随着市场规律不断起作用和国家标准不断强制实施，不合格产品和低档产品将逐渐退出市场，取而代之的是中、高档产品。估计2010年以后的竞争将是中、日、韩三国争雄的局面。

图1-4 全球锂离子电池产值和产量随时间的发展趋势
芒表示预期;f表示推测