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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

创作时间:
作者:
@小白创作中心

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

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

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
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

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:

  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
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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