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32650磷酸铁锂电池与18650三元锂电池到底那个好?

文章出处:未知 人气:发表时间:2020-01-02

32650磷酸铁锂电池与18650三元锂电池到底那个好?

32650磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池左边是橄榄石结构的LiFePO4材料构成的正极,由铝箔与电池正极连接。右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由铜箔与电池的负极连接。中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,锂离子可以通过隔膜而电子不能通过隔膜。电池内部充有电解质,电池由金属外壳密闭封装。
磷酸铁锂32650电池参数:标准电压:3.3V充电电流:6A充电时间:1H标准容量:6000MA充电电压3.65V外型尺寸32*65mm.

电池结构、性能对比分析

圆柱形电池和方型电池是目前业界两大主流方向。圆柱型电池的基本结构如图 1 所示。正负极之间由隔膜分开,通过卷绕形成卷芯。通常正负极极片焊接有正负极极耳并分别通过两侧引出。极耳焊接于正极和负极外壳。电解液加注于壳体内。图 2 为方型电池结构。方型电池的结构分叠片结构和卷绕结构。叠片式方型锂离子电池由 n 片正极片和 n+1 片负极片叠片组成电池芯胞,正负极片之间用隔膜隔开,分别在正、负极片的一侧预留有正、负极耳区,叠成芯胞时正、负极耳分别从芯胞两侧对称伸出。方型电池的卷绕结构和圆柱型电池的卷绕结构类似,其区别是卷心是扁平形状而非圆柱型。由于圆柱型电池和方型电池形状的不同,结构差别较大。

一般情况下,圆柱型电池由于卷芯电流密度和散热的限制,容量不能做得太大。方型电池保证厚度适当的前提下,通过增大长、宽可以提高容量。其单体容量一般可以超过圆柱型电池的 10 倍以上。表 1 为圆柱型和方型

电池的性能对比。可以看出两种电池具有各自的特色。圆柱形电池结构设计简单,正负极界面紧密,生产线成熟,成本低,成组散热好,安全性能优秀。其缺点是内阻相对较高,成组要求高。方型电池的优势是单体容量

大组合简单。其缺点是生产工艺复杂,大容量电池单体一致性难控制。另外,方型壳体容易产生应力集中,壳体容易破裂,电解液溅出引发安全隐患。
安全性对比分析

1.在极端情况下的安全性对比

圆柱电池容量小,通过串并组合达到动力电池组的容量、电压的要求。以目前 32650 电池为例,电池容量只有 5Ah。而大方型电池单体容量一般都超过几十安时,有的达到 100Ah 以上。在电池出现碰撞、挤压等极端危险情况下,圆柱型小电池其释放的能量要远远小于大方型电池单体。目前32650磷酸铁锂 5Ah 电池的电解液只有 20 克,而大方型电池,如 50Ah 单体,其电解液量要超过 200 克。该方型单体电池的电解液量是小型圆柱电池的 10 倍以上。一旦在事故中某个单体电芯出现漏液,则因电解液泄漏而引起的燃烧程度也会是小型圆柱电池的 10 倍以上。从这方面来讲,小型圆柱电池的安全性比大电池要好很多。

当小型圆柱电池遭到破坏,其燃烧的威力要远远小于大的方型电池。通过对单个电池的分离保护,某一单体电池出现问题,不会波及其他电池。通过将能量分散的方式,使电池的安全 性极大提高。

在承受撞击方面,圆柱型电池和方型电池表现差别较大。圆柱型电池相对于方型电池具

有较好的抗形变能力,各个方向上受力均匀,形变保持能力是目前所有电芯工艺中最优秀的,配合自主研发的安全组合盖帽,安全性得到了极大的提高。即使在高速冲撞挤压过程中,圆

柱形电芯有一定的变形,但也不会起火燃烧。对于方型电池,面积较大的一面容易形变,在高速冲撞挤压过程中,电芯外壳不能很好的保证电芯内部结构,很容易导致内部正负极片的

错位短路;对于这种瞬间的冲击,方型电芯无法迅速做出反应。另外,对于大的方型电芯,由于其侧面面积较大,承受到其他物体撞击的概率要高得多,因此在安全事故中,单体电芯被撞坏而造成短路的可能性要比小的圆柱电芯大很多。而对于小型圆柱电池组合,一旦电池箱受到猛烈撞击,小型圆柱电池首先断开的地方可能是各个单体电芯的铆接点,而由于电芯体积较小,较大的可能性是被撞散,电池组失效。这对提高动力电池组的安全性具有重大意义。因此采用小容量的圆柱型电池组合的电池组在车辆出现事故时,能够提供更长的逃生时间。根据沃特玛的测试,电池在烈火中焚烧,电解液喷出引发

剧烈燃烧的时间在 10 分钟后。

 

2.散热方面的对比

在单体散热方面,由于圆柱型电池和方型电池的形状不同,散热效果表现差别较大。以50Ah 方型电池为例,其表面积容量比大约在 1x10-3 m2/Ah; 32650-5Ah 圆柱电池的表面积容量比约为 1.6x10-3 m2/Ah; 相比之下大了 60%。在外界条件完全相同的情况下,圆柱型小电池在散热方面具有天然的优势。

圆柱型电池在组合时,电池之间有纵向间隙,这为电池的散热提供天然的散热途径。理

3.安全机制对比

两种电池结构都具有防爆安全阀。方型电池的安全阀一般位于端侧,阀面积要大于圆柱电池的安全阀。但是如果考虑到电池的容量,即单位容量的阀面积,方型电池要远远小于圆柱电池。一旦电池出现失效情况,特别是极端的撞击情况,方型电池安全阀的有效性要落后于小型圆柱电池。圆柱电池组合盖帽兼具防爆安全阀和电流切断装置 CID (Currentnterrupt Device),如图 4 所示。这一点在方型电池上很少应用。当出现外部短路或当电池内压达到 1.2MPa 安全警戒值时,首先 CID 装置启动,正负极之间断开,主动切断电流自行保护,电池内部回路断开;当电池内压到 1.8MPa 安全警戒值时,泄压构件安全阀会打开,气体排出,避免爆炸风险。目前,安全型组合盖帽工艺成熟,使圆柱型电芯的安全性得到了很好的保证。

4.成组一致性对比

众所周知,单体电池的一致性对电池组的寿命、安全性等各个方面指标具有较大的影响。

大方型电池生产工艺的复杂性决定了目前单体电池的一致性较差。在成组后电池的一致性问题直接对安全性造成影响。因为容量少,内阻高的电池更多的面临过充过放带来的风险。圆柱电池生产工艺成熟,电池一致性较高。在电池组合后,低容量电池出现的几率较低。即使出现低容量电池,由于多个并联,通过自均衡的方式最大程度上消除了不一致的影响。

 

18650三元锂电池

18650的意思是,直径18毫米,长65毫米。电池寿命理论为循环充电500-800次,最小放电终止电压一般为: 2.75V ,低于这个电压容易导致电池容量严重下降乃至报废,单个电池电芯的容量为:2000MA18650的锂电池组装到220AH电池组会出现什么问题呢,那么我们先来了解一下锂电池一些重要技术指标和参数。

 

    一、充放电倍率:越高越好

C”是形容电池充放电电流大小的专用符号。1C 放电就代表 1 小时内把电池从满电放到空的电流大小。

200AH,则这个电池 1C 放电电流就是 200 安培。一个电池如果用高倍率放

电,通常放出的能量比低倍率少。

不同放电倍率下放出的电量

从上图测试结果可知这颗电池使用 10C 放电放出的能量是 1C 放电下的

85%,使用 20C 放电放出的能量只有 1C 放电下的 70%

 

二、充放电循环次数:越多越好

500 次是锂电池的常见值,根据不同材料制作的锂电池充放电次数从 300-

3000 次不等。这个值的具体含义每个工厂可能略有不同,大致可以理解为:按

厂商规定的充放电倍率(比如 1C 放电,0.3C 充电;每次从 0%充放到

100%,照此循环)下,500 次循环后,电池容量还剩最初的 80%。充放电次

数和使用习惯的关系太大了,我们举几个例子。

 

1、充放电强度对循环次数的影响

工厂标注:每次从 0%充放到 100%1C 放,0.3C 充,500 次后容量衰减到

80%,这是最严苛的测试循环,也可以不这么严格,看下面

如果每次电量的循环都在 25%-75%1C 放,0.3C 充,2000 次后容量衰减到

80%

如果每次电量的循环都在 50%-100%1C 放,0.3 充,1800 次后容量衰减到

80%

 

2、浅充浅放对寿命的影响

工厂标注:每次从 0%充放到 100%1C 放,0.3C 充,500 次后容量衰减到

80%,是最严苛的测试循环,也可以不这么严格,看下面

每次电量的循环都在 25%-75%1C 放,0.3C 充,2000 次后容量衰减到 80%

每次电量的循环都在 50%-100%1C 放,0.3 充,1800 次后容量衰减到 80%

以上两个例子可看出充放电的倍率越小、越有利于寿命提升;浅充浅放也有利

于寿命提升。

 

三、内阻:越小越好

这个参数随负载轻重、温度等因素随时变化,随着电池寿命减少,内阻也在逐

渐增大。内阻越小的电池越可以高倍率充放电,18650 的普通电池内阻在 50mΩ左右,想知道内阻多大需要用专用的设

备测量,普通万用表不行。

测量电池内阻的工具

 

四、电池一致性

采用相同材料、相同工艺生产的电池在容量、内阻、充放电曲线上的一致性越

高越好。电池能否大规模组成电池组这一点非常关键,电池组规模越大对一致

性要求越高。

木桶效应说的是一个木桶能盛多少水取决于围城木头中最短的那个木片的高

度,放在锂电池组上来形容一致性再好不过了。电池一致性表现不好对并联组

数比较多的电池影响更大。


假设图中 6 芯电池中第三颗 18650 因为某种原因容量下降的比较快,很快容量就只剩下 75%了,他们 6 个是并联在一起的,那么放电过程中第三颗电池会最早达到放电终止电压,于是不论另外 5 颗电池还有没有电量,电池组放电都会停止。充电时也是一样。结果另外 5 颗电池没有任何问题,也都跟着有问题的8650 同步充放电,这组电池从外部看就是严重容量衰减的。实际上里面只有一颗有问题。这就是电池一致性的重要性的体现。

现在我们来分析这一块220AH的电池组,如下图。

一排是15个电芯,共20列。单个电池200个。要保证这200个电芯在出厂以后以后使用过程中的电池一致性,基本上很难保证,但是如果使用高品质的原厂电芯可以做到电池的一致性。

  我们再从这块电池上单个电芯看,拆开电池四面查看,如下图所示:

 

四个面观看单个电芯无喷码,意味着单个电芯被重新包装过,三无产品。正规工厂出来的电芯一定会有喷码,表明电芯的出处。如下图所示:


为什么18650在使用过程中出现爆炸事故。

 

爆炸分两类:一类是电池内部短路后温度急剧增加出现

燃烧,产生爆炸;第二类是电池内部产生气体,并没有燃烧,气体撑爆了外

壳。18650 电芯也有安全阀,一旦产生气体压力增加到一定程度阀门会切断电路,于是电池就没有电压也不能继续使用了,但是很多国产 18650 的阀门并不可靠, 18650 电芯确实更容易爆炸。

 钢壳没有空间泄放气体,爆炸

而且采用三元材料的锂电池只要正极物质暴露在空气中,与其中的氧、水接

触,都极易发生燃烧,认为松下、三洋这些品牌的不会,只有国产的垃圾电芯才会燃烧、爆炸,但是只要刺穿 18650 电芯他们全部都会燃烧。进口高档和国产只是在安全阀门上有差异才导致了进口的更安全。

 

18650锂电池燃烧或爆炸的原因

1、内部短路:结构或工艺缺陷导致极耳内插、隔膜包裹富余过少、毛刺、隔膜打折等。极耳内插往往出现在厚电池且内并联的结构中,极耳位绝缘不到位,在后续成品加保护板或使用过程容易导致内部急性短路从而出现燃烧或爆炸,不过现在这种情况几乎很少了,除非外力因素。

2、外部短路:1AH以下的锂电池外短路导致的燃烧后爆炸不多见,通常都是出现鼓胀或干脆把极耳烧断,分析过的是大容量18650电池外短路导致的燃烧。——装金属外盒时不考虑极耳绝缘,使用过程电池组晃动引起电池外部绝缘保护膜破损或者连接线皮破损,最终导致短路燃烧。

3、过充爆炸:这个是最危险的,也是企业最怕出现的,但,还是偶尔会出现。从了解的情况来看有两点:a、使用不匹配的太阳能控制器,从而破坏保护线路且往往充电都是不限时充的,这种情况不炸都难;b18650锂电池配组不合理且保护板失效,这种情况下也会炸的一塌糊涂。单节电池同理。

418650锂电池受热时,电池内部的反应如一个反应链,各个反应相互促进,依次进行。首先是SEI膜分解放出热量加热了电池,促使负极与溶剂的反应放出更多的热量,导致负极与粘结剂的反应、溶剂分解,接接着正极开始进行热分解反应,放出大量的热与气体,最后导致锂电池燃烧或爆炸。

5、制造工艺。18650锂电池的制造工艺也是影响电池安全性能的重要因素,其中最主要的有三方面因素,分别为正负极容量配比、浆料均匀度控制、涂布质量控制。

6、温度。影响锂电池安全性的因素有多,其中电池材料对锂电池的安全性有重要影响,因为电池材料一般都具有热活性,当电池温度持续升高时,其内部就会进行许多热反应,当热量不能及时散失时,很容易引起电池安全事故,所以锂电池正负极材料的选择对于电池安全性能具有重要影响。

 

以上为贵公司提供样品作出的分析报告,此报告只适合所提供的样品,所提出的观点仅供参考!


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