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铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池的全面比较

创作时间:
作者:
@小白创作中心

铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池的全面比较

引用
1
来源
1.
https://www.bilibili.com/read/mobile?id=34526693

本文将对铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池进行详细的比较分析,从电压、能量密度、循环寿命、自放电率、安全性、环保性等多个维度进行对比,帮助读者全面了解各种电池的优缺点。

常用二次电池比较

性能指标
铅酸电池
镍镉电池
镍氢电池
锂电池
电压(V)
2
1.2
1.2
3.7
重量比能量(Wh/kg)
30-45
40-60
60-80
110-190
体积比能量(Wh/L)
60-90
100-150
150-200
200-500
循环寿命(次)
300-500
500-1000
500-1000
500-2000
每月自放电率(%)
4-5%
20-30%
30-35%
<5%
有害物质
安全性
良好
优秀
优秀
充电速度
较快
较快
较快
环保性
使用成本

铅酸电池和镍镉电池属于传统的二次电池。铅酸电池技术发展成熟,成本比较低,但是体积大,容量低,安全性相对较差,并且含有铅,污染较重。较低的比能量和循环寿命短决定了其不适合作为汽车的动力电池。

镍镉电池的应用程度仅次于铅酸电池,与铅酸电池相比,可以快速充电,循环寿命较长。但是镍镉电池含有镉,具有毒性,对肾有伤害,污染严重;并且镍镉电池具有严重的记忆效应,充电处理不当就会大大缩短使用寿命。

镍氢电池

优点:

  • 镍氢电池化学特性与镍镉电池基本相似,可完全替代镍镉电池;
  • 可以消除重金属的污染;
  • 大大减少镍镉电池的“记忆效应”;
  • 比能量高,单体容量大;
  • 循环寿命长。

缺点:

  • 体积大、自身重量大;
  • 有记忆效应;
  • 自放电现象比较严重

锂电池

优点:

  1. 锂电池单体工作电压高,这也使得锂电池比能量较高的重要原因之一,在组成相同电压的电池组时,锂电池使用的串联数目会大大减少。可参考表二。
  2. 锂电池的重量轻、体积小、比能量大。锂电池减轻了整车重量,相同电压和相同容量的电池行驶里程更长。
  3. 锂电池循环寿命长,以容量保持60%计算,电池组100%充放电循环次数可以达到600次以上,使用年限可以达到3-5年。
  4. 锂电池自放电率低,每月不到5%。
  5. 允许工作温度范围宽,低温性能好,可在-20至+55度之间工作。
  6. 无记忆效应。

缺点:

  1. 存在安全隐患,锂电池比能量高,材料稳定性差,容易出现安全问题,比如在高温130度时,容易出现爆炸现象。
  2. 使用成本高。

动力电池组构成

电池类型
锂离子电池
铅酸电池
镍氢电池
单体电池标称电压
3.7V
3.2V
2V
24V所需单体电池数
7串(25.9V)
8串(25.6V)
12串
36V所需单体电池数
10串(37V)
12串(38.4V)
18串
48V所需单体电池数
13串(48.1V)
15串(48V)
24串

锂离子电池性能比较

性能
磷酸铁锂
钴酸锂
锰酸锂
三元材料
电压平台(V)
3.2
3.6
3.7
3.5
振实密度 (g/cm3)
1.0-1.4
2.8-3.0
2.2-2.4
2.0-2.3
比表面积 (m2/g)
12-20
0.4-0.6
0.4-0.8
0.2-0.4
克容量 (mAh/g)
130-140
135-150
100-115
155-165
过渡金属
非常丰富
贫乏
丰富
贫乏
原料成本
低廉
很高
低廉
环保性
无毒
含钴
无毒
含镍钴
安全性
安全性佳
稳定性差,不安全
尚可接受
稳定性极差,非常不安全
循环次数
≥ 2000次
≥ 300次
≥ 500次
≥ 800次
能量密度
可接受
可接受
最佳
长期使用成本
经济
可接受
温度耐受性
耐高温,低于0oC则衰退
高于55oC或低于-20oC则衰退
高于50oC则迅速衰退
高于55oC或低于-20oC则迅速衰退
使用领域
动力电池
小电池
动力电池
小电池/小型动力电池
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