铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂电池:性能指标与优缺点对比
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铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂电池:性能指标与优缺点对比
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随着电动汽车和便携式电子设备的快速发展,电池技术成为人们关注的焦点。本文将从电压、能量密度、循环寿命等多个维度,对铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池进行详细比较,帮助读者更好地了解各种电池的优缺点和适用场景。
常用二次电池性能指标比较
性能指标 | 铅酸电池 | 镍镉电池 | 镍氢电池 | 锂电池 |
|---|---|---|---|---|
电压 | 2V | 1.2V | 1.2V | 3.7V |
重量比能量 | 30-45Wh/kg | 40-60Wh/kg | 60-80Wh/kg | 110-190Wh/kg |
体积比能量 | 60-90Wh/L | 100-150Wh/L | 150-200Wh/L | 200-500Wh/L |
循环寿命 | 300-500次 | 500-1000次 | 500-1000次 | 500-2000次 |
每月自放电率 | 4-5% | 20-30% | 30-35% | <5% |
有害物质 | 含铅 | 含镉 | 无 | 无 |
安全性 | 良好 | 优秀 | 好 | 优秀 |
充电速度 | 中 | 较快 | 较快 | 较快 |
环保性 | 差 | 差 | 中 | 高 |
使用成本 | 低 | 低 | 中 | 高 |
铅酸电池
铅酸电池是传统的二次电池之一,技术发展成熟,成本较低。但其体积大、容量低、安全性较差,且含有铅,污染较重。较低的比能量和循环寿命决定了其不适合作为汽车的动力电池。
镍镉电池
镍镉电池的应用程度仅次于铅酸电池。与铅酸电池相比,镍镉电池可以快速充电,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:
- 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:
- 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。
- 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。
- 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。
- 锂电池自放电率低,每月不到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。
- 无记忆效应。
缺点:
- 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。
- 使用成本高。
动力电池组构成比较
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(一般用12V, 10Ah的铅酸电池串联,而每只12V, 10Ah的电池中有 6 个单格组成也就是由 6 节单体电池组成) |
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 | 高 |
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 | 佳 | 可接受 | 最佳 |
长期使用成本 | 经济 | 高 | 可接受 | 高 |
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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