1. 容量(Capacity,單位:Ah)
這是大家比較關(guān)心的一個參數(shù)。電池容量是衡量電池性能的重要性能指標(biāo)之一,它表示在一定條件下(放電率、溫度、終止電壓等)電池放出的電量(可用JS-150D做放電測試),即電池的容量,通常以安培·小時為單位(簡稱,以A·H表示,1A·h=3600C)。例如一個電池為48V 200ah,那么就是說該電池可以存儲48V*200ah=9.6KWh,即9.6度電。電池容量按照不同條件分為實(shí)際容量、理論容量與額定容量。實(shí)際容量指在一定的放電制下(一定沉度,一定的電流密度和終止電壓),電池所能給出的電量。實(shí)際容量一般都不等于額定容量,它與溫度、濕度、充放電倍率等直接相關(guān)。一般情況下,實(shí)際容量比額定容量偏小一些,有時甚至比額定容量小很多;理論容量指的是活性物質(zhì)全部參加電池反應(yīng)所給出的電量。即最理想狀態(tài)下的容量;額定容量是指銘牌上所標(biāo)明的電機(jī)或電器在額定工作條件下能長期持續(xù)工作的容量。通常對變壓器指視在功率,對電機(jī)指有功功率,對調(diào)相設(shè)備指視在功率或無功功率,單位為VA,kVA,MVA;應(yīng)用中,極板的幾何尺寸、終止電壓、溫度、放電率等對電池容量都會產(chǎn)生影響,比如北方的冬季,如果在室外使用手機(jī),電池容量會迅速下降。
2. 能量密度(Energy Density, 單位:Wh/kg或Wh/L)
能量密度,電池能量密度,對于給定的電化學(xué)儲能裝置,所能充入的能量與儲能介質(zhì)的質(zhì)量或體積之比。前者稱“質(zhì)量能量密度”,后者稱“體積能量密度”,單位分別為瓦·時/千克Wh/kg,瓦·時/升Wh/L。這里的電量,是上面提到的容量(Ah)與工作電壓(V)的積分。在應(yīng)用的時候,能量密度這個指標(biāo)比容量更具有指導(dǎo)性意義。
基于當(dāng)前的鋰離子電池技術(shù),能夠達(dá)到的能量密度水平大約在100~200Wh/kg,這一數(shù)值還是比較低的,在許多場合都成為鋰離子電池應(yīng)用的瓶頸。這一問題同樣出現(xiàn)在電動汽車領(lǐng)域,在體積和重量都受到嚴(yán)格限制的情況下,電池的能量密度決定了電動汽車的單次最大行駛里程,于是出現(xiàn)了“里程焦慮癥”這一特有的名詞。如果要使得電動汽車的單次行駛里程達(dá)到500公里(與傳統(tǒng)燃油車相當(dāng)),電池單體的能量密度必須達(dá)到300Wh/kg以上。鋰離子電池能量密度的提升,是一個緩慢的過程,遠(yuǎn)低于集成電路產(chǎn)業(yè)的摩爾定律,這就造成了電子產(chǎn)品的性能提升與電池的能量密度提升之間存在一個剪刀差,并且隨著時間不斷擴(kuò)大。
3. 充放電倍率(Charge/Discharge rate, 單位:C)
充放電倍率是充電快慢的一種量度。這個指標(biāo)會影響鋰離子電池工作時的連續(xù)電流和峰值電流,其單位一般為C(C-rate的簡寫),如1/10C,1/5C,1C,5C,10C等。例如電池的額定容量是20Ah,如果其額定充放電倍率是0.5C,那么就意味著這個電池,可以以20Ah*0.5C=10A的電流,進(jìn)行反復(fù)的充放電,一直到充電或放電的截止電壓。如果其最大放電倍率是10C@10s,最大充電倍率5C@10s,那么該電池可以以200A的電流進(jìn)行持續(xù)10秒的放電,以100A的電流進(jìn)行持續(xù)10秒的充電。
充放電倍率指標(biāo)定義的越詳細(xì),對于使用時的指導(dǎo)意義越大。尤其是作為電動交通工具動力源的鋰離子電池,需要規(guī)定不同溫度條件下的連續(xù)和脈沖倍率指標(biāo),以確保鋰?離子電池使用在合理的范圍之內(nèi)。
4. 電壓(Voltage, 單位:V)
鋰離子電池的電壓,有開路電壓、工作電壓、充電截止電壓、放電截止電壓等一些參數(shù)。開路電壓就是電池外部不接任何負(fù)載或電源,測量電池正負(fù)極之間的電位差,此即為電池的開路電壓。工作電壓就是電池外接負(fù)載或電源,處在工作狀態(tài),有電流流過時,測量所得的正負(fù)極之間的電位差。工作電壓與電路組成情況以及設(shè)備的工作狀態(tài)相關(guān),是變化值。一般來說,由于電池內(nèi)阻的存在,放電狀態(tài)時的工作電壓低于開路電壓,充電時的工作電壓高于開路電壓。充/放電截止電壓是指電池允許達(dá)到的最高和最低工作電壓。超過了這一限值,會對電池產(chǎn)生一些不可逆的損害,導(dǎo)致電池性能的降低,嚴(yán)重時甚至造成起火、爆炸等安全事故。
5. 壽命(Cycle Life, 單位: times)及放電深度(Depth of discharge,DoD)
放電深度是表示電池放電量與電池額定容量的百分比。淺循環(huán)蓄電池的放電深度不應(yīng)超過25%,深循環(huán)蓄電池則可釋放80%的電量。電池的上限電壓開始放電,到下限電壓放電終止。把所有放出來的電量定義為100%。電池標(biāo)準(zhǔn)80%DOD意思就是放80%的電量。比如初始的SOC是100%,我放到20%就停止,這就是80%DOD。鋰離子電池的壽命會隨著使用和存儲而逐步衰減,并且會有較為明顯的表現(xiàn)。仍然以智能手機(jī)為例,使用過一段時間的手機(jī),可以很明顯的感覺到手機(jī)電池“不耐用”了,剛開始可能一天只充一次,后面可能需要一天充電兩次,這就是電池壽命不斷衰減的體現(xiàn)。鋰離子電池的壽命分為循環(huán)壽命和日歷壽命兩個參數(shù)。循環(huán)壽命一般以次數(shù)為單位,表征電池可以循環(huán)充放電的次數(shù)。當(dāng)然這里也是有條件的,一般是在理想的溫度、濕度下,以額定的充放電電流進(jìn)行深度的充放電(80%DOD),計(jì)算電池容量衰減到額定容量的20%時,所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)。
日歷壽命的定義則比較復(fù)雜,電池不可能一直在充放電,有存儲和擱置,也不可能一直處于理想環(huán)境條件,會經(jīng)歷各種溫濕度條件,充放電的倍率也是時刻在變化的,所以實(shí)際的使用壽命就需要模擬和測試。簡單的說,日歷壽命就是電池在使用環(huán)境條件下,經(jīng)過特定的使用工況,達(dá)到壽命終止條件(比如容量衰減到20%) 的時間跨度。日歷壽命與具體的使用要求是緊密結(jié)合的,通常需要規(guī)定具體的使用工況,環(huán)境條件,存儲間隔等。日歷壽命比循環(huán)壽命更具有實(shí)際意義,但由于日歷壽命的測算非常復(fù)雜,而且耗時太長,所以一般電池廠家只給出循環(huán)壽命的數(shù)據(jù)。如需要獲得日歷壽命的數(shù)據(jù),通常要額外付費(fèi),且要等待很長時間。
6. 內(nèi)阻(internal resistance, 單位:Ω)
鋰離子電池的內(nèi)阻是指電池在工作時,電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力,它包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻,極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化內(nèi)阻和濃差極化內(nèi)阻。
歐姆內(nèi)阻由電極材料、電解質(zhì)、隔膜電阻及各部分零件的接觸電阻組成。極化內(nèi)阻是指電化學(xué)反應(yīng)時由極化引起的電阻,包括電化學(xué)極極化和濃差極化引起的電阻。內(nèi)阻的單位一般是毫歐姆(mΩ),內(nèi)阻大的電池,在充放電的時候,內(nèi)部功耗大,發(fā)熱嚴(yán)重,會造成鋰離子電池的加速老化和壽命衰減,同時也會限制大倍率的充放電應(yīng)用。所以,內(nèi)阻做的越小,鋰離子電池的壽命和倍率性能就會越好。
7. 自放電
自放電現(xiàn)象就是電池如果一直閑置不使用,也會損耗電量的現(xiàn)象。電池在放置的時候,其容量是在不斷下降的,容量下降的速率稱為自放電率,通常以百分?jǐn)?shù)表示:%/月。自放電是我們不希望看到的,一個充滿電的電池,放個幾個月,電量就會少很多,所以我們希望鋰離子電池的自放電率越低越好。這里需要特別注意,一旦鋰離子電池的自放電導(dǎo)致電池過放,其造成的影響通常是不可逆的,即使再充電,電池的可用容量也會有很大損失,壽命會快速衰減。所以長期放置不用的鋰離子電池,電池一定要記得定期充電,避免因?yàn)樽苑烹妼?dǎo)致過放,性能受到很大影響。
8. 工作溫度范圍
由于鋰離子電池內(nèi)部化學(xué)材料的特性,鋰離子電池有一個合理的工作溫度范圍(常見的數(shù)據(jù)在-20℃~60℃之間),如果超出了合理的范圍使用,會對鋰離子電池的性能造成較大的影響。 不同材料的鋰離子電池,其工作溫度范圍也是不一樣的,有些具有良好的高溫性能,有些則能夠適應(yīng)低溫條件。鋰離子電池的工作電壓、容量、充放電倍率等參數(shù) 都會隨著溫度的變化而發(fā)生非常顯著的變化。長時間的高溫或低溫使用,也會使得鋰離子電池的壽命加速衰減。因此,努力創(chuàng)造一個適宜的工作溫度范圍,才能夠最 大限度的提升鋰離子電池的性能。除了工作溫度有限制之外,鋰離子電池的存儲溫度也是有嚴(yán)格約束的,長期高溫或低溫存儲,都會對電池性能造成不可逆的影響。