浅谈手机锂离子电池的特性及其发展

摘 要:本文主要从锂离子电池的工作原理、锂电池的种类、锂电池的特性、锂离子电池的市场前景分析、燃料电池是未来电池行业的发展方向这几个方面进行阐述,以供参考。

关键词:锂离子电池 手机电池 电池技术

锂离子电池则是一种高能量密度的电池,它与同样大小的镍镉电池、镍金属氢电池相比,具有电量储备大、重量轻、输出功率大、自放电小、无记忆效应、循环寿命长、无污染等优点,在高端消费类电子通讯产品等中小功率电池领域中取得了长足发展。目前,随着手机性能的提升及小型轻量化的发展趋势,手机电池从早期的镍镉电池为主,逐步过度到以镍氢为主。在此,本文就手机锂电池的相关内容进行探讨,以供参考。

1 锂离子电池的工作原理

锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理,即锂离子的嵌入和脱嵌过程。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。同样道理,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回到正极。回到正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。

锂离子电池的充放电过程中,锂离子处于从“正极→负极→正极”的运动状态,被形象地称为“摇椅电池”。

2 锂电池的种类

锂离子电池有液体锂离子电池(LiB)和聚合物锂离子电池(LiP)两种,目前手机用锂电池主要以液体锂离子电池为主。

锂离子电池是锂电池的改进型产品。锂电池很早以前就有了,但由于锂是一种高度活跃的金属,它使用时不太安全,经常会在充电时出现燃烧、爆裂的情况,后来就有了改进型的锂离子电池,加入了能抑制锂元素活跃的成分(比如钴、锰等),从而使锂电真正达到了安全、高效、方便。从电池的标识上,锂电池为Li,锂离子电池为Li—ion。现在,笔记本和手机使用的所谓“锂电池”,其实都是锂离子电池。

新一代的聚合物锂离子电池在聚合物化的程度上很高,所以形状上可做到薄形化(最薄0.5毫米),任意而积化和任意形状化,为手机和其他移动设备设计提供了很好的条件,大大提高了电池造型设计的灵活性,从而可以配合产品需求、做成任何形状与容量的电池;二,聚合物锂离子电池的单位能量比目前的一股锂离子电池提高了50%,其容量、充放电特性、安全性、工作温度范围、循环寿命与环保性能等方面都较锂离子电池有大幅度的提高;三,由于采用铝塑复合膜软包装,相对于硬壳包装的传统锂电池而言,不容易爆炸,具有更高的安全性;四,由于聚锂电池电解质采用凝胶状或固状物质,不会泄漏,因而减少了污染。目前聚锂电池只占据了12%～13% 左右的市场份额。但随着各厂商的不断加入,聚合物锂电池的价格持续下降,聚合物锂离子电池成为锂离子电池的主流只是个时间问题。

3 锂电池的特性

锂离子(Li—ion)和锂聚合物(Li—Pol)电池具有重量轻、容量大、内阻小的特点,因而广泛使用。但它又极容易损坏,如果不按照它的充电特性,可充电次数将大大折扣。

3.1 锂电池充电分为以下4个阶段:

1)PERCHARGE 当电压降低到2.3V以下;

2)CONST CURRENT CHARGE电压在2.3V到4.2V之间;

3)CONST VOLTAGE CHARGE当电压≥4.2V

4)TRICKIE CHARGE当充电电流小于某个值。

3.24个阶段说明

1)PERCHARGE 一般取20mA,预充10min;

2)CONST CURRENT CHARGE一般取0.2C,充至4.2V,其间要求监视电池温度;

3)CONST VOLTAGE CHARGE充至<某个电流值;

4)TRICKIE CHARGE当3结束后,以某一个极小的电流平衡自放电。

4 锂离子电池的市场前景分析

4.1 全球锂离子电池消费品发展迅速

锂离子电池具有工作电压高、体积小、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长等优点,目前已广泛应用于手机、笔记本电脑、PDA、数码相机和携带式光盘等电子产品,其中笔记本电脑占23%,手机占50%,为最大领域。电子、信息及通讯等3C产品均朝向无线化、可携带化方向发展,对于产品的各项高性能组件也往“轻、薄、短、小”的目标迈进,而锂电池是最佳的电源供应来源。

锂离子电池自1992年由索尼公司产业化以来,全球锂电池市场基本由日本独霸天下,近年来,随着中国和韩国的迅速崛起,日本锂电池市场分额逐渐减少,全球锂电池产业形成了中、日、韩三分天下的格局。

随着手机、笔记本电脑等便携电气设备的发展,全球锂离子电池的市场规模广阔。

4.2 国内锂离子电池产业拥有巨大的增长空间

虽然我国已是仅次于日本的锂离子电池生产大国,市场增长空间巨大,但并非强国,在全球锂离子电池产业链中仍处于低端。由于3G手机对多媒体功能的要求较高,而彩屏、摄像头、蓝牙、游戏和流媒体等功能或应用耗电量较高,导致大部分3G手机都面临着电池容量小、待机、操作时间短等问题。现阶段,3G手机配备的电池以锂离子电池为主,相信在未来的一段时间内3G手机配备的仍将是锂离子电池。

未来,随着HEV混合动力汽车、3G手机和其它电动工具的发展,国内锂电池市场份额将快速增长,国内锂电池企业拥有巨大的市场增长空间。

4.3 锂离子电池未来将以磷酸亚铁锂最有发展潜力

长期以来,二次电池已开始发生结构性转变,锂离子电池将逐渐取代铅酸、镍氢电池,锂离子电池中又以安全性最佳、具有大电流、循环寿命长的磷酸亚铁最具发展潜力。

5 燃料电池是未来电池行业的发展方向

燃料电池是继水力、火力、核能之后的第4代发电装置及替代内燃机的动力装置,其是作为能源利用的新技术,具有高效、洁净等优点,被认为是21世纪新型洁净发电方式之一,已成为当今世界能源领域的开发热点。

燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体电解质燃料电池(SOFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等五类。这五类电池类型不同、特点不同,用途也不尽相同,质子交换膜燃料电池代表着燃料电池的最新进展,其热效率高达45%-65%,比一般内燃机效率高20%-30%,因此该类电池在汽车应用领域最广。

燃料电池的应用范围很广,可应用于航天与军事上、便携式应用设备上、汽车上、建筑上等,包括日本、美国、德国、欧盟等国家,都在发展无环境污染的燃料电池汽车。

目前,由于燃料电池具有高效、洁净等优点,在很多领域上具备广阔的应用前景,但当前,燃料电池在应用上仍存在着不少问题,即造价问题、燃料电池的维护问题、燃料问题、氢源问题、技术尚未成熟等。

燃料电池技术的出现与发展,将会把人类由集中供电带进一种分散供电的新时代,且由于燃料电池供电,其无二氧化碳的排放,可减轻温室效应使全球气候变暖问题,解决了火力发电使全球环境污染的问题,是一个真正的绿色清洁能源。所以,我们要加速实现燃料电池的商品化进程,我国应在这场能源革命中有所作为,跟上全球技术发展的步伐。

6 结束语

总之,在未来一段时间内,锂离子电池仍是3G手机配备的主要电池。但随着人类面临着越来越严重的能源短缺和环境污染问题,燃料电池作为一种高能效、低排放、大规模、大功率的汽车动力和发电设备,其将是未来电池行业的发展方向。

参考文献:

1.李胜茂.2010-2015中国锂电池行业投资分析及前景预测报告.

2.锂离子电池市场机遇前所未有[J].电子元件与材料,2010,(2).

3.杜娟,廖世军.燃料电池技术及其国内外研究概况[J].广东化工,2004,(4).

4.刘伶,张乃庆,孙克宁,杨同勇,朱晓东.锂离子电池安全性能影响因素分析[J].稀有金属材料与工程,2010,39(5).

推荐访问:浅谈 锂离子电池 特性 发展 手机