鋰電池是20世紀開發(fā)成功的新式高能電池，可以理解為含有鋰元素（包含金屬鋰、鋰合金、鋰離子、鋰聚合物）的電池，可分為鋰金屬電池（很少的出產(chǎn)和運用）和鋰離子電池（如今許多運用）。因其具有比能量高、電池電壓高、作業(yè)溫度規(guī)模寬、儲存壽數(shù)長等利益，已廣泛應(yīng)用于特種和民用小型電器中，如移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等，部分代替了傳統(tǒng)電池。

深度解讀鋰離子電池

鋰離子電池的由來及打開

1970年代埃克森的M.S.Whittingham選用硫化鈦作為正極材料，金屬鋰作為負極材料，制成首個鋰電池。

1980年，J.Goodenough發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰可以作為鋰離子電池正極材料。

982年伊利諾伊理工大學(xué)（theIllinoisInsTItuteofTechnology）的R.R.Agarwal和J.R.Selman發(fā)現(xiàn)鋰離子具有嵌入石墨的特性，此進程是快速的，并且可逆。與此一同，選用金屬鋰制成的鋰電池，其安全隱患備受注重，因此人們查驗利用鋰離子嵌入石墨的特性制造充電電池。首個可用的鋰離子石墨電極由貝爾實驗室試制成功。

1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)異的正極材料，具有低價、安穩(wěn)和優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)鋰功用。其分化溫度高，且氧化性遠低于鈷酸鋰，即便出現(xiàn)短路、過充電，也可以避免了燃燒、爆炸的危險。

1989年，A.ManthiRam和J.Goodenough發(fā)現(xiàn)選用聚合陰離子的正極將發(fā)作更高的電壓。

1991年索尼公司發(fā)布首個商用鋰離子電池。隨后，鋰離子電池改造了消費電子產(chǎn)品的面貌。

1996年P(guān)ADhi和Goodenough發(fā)現(xiàn)具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽，如磷酸鋰鐵（LiFePO4），比傳統(tǒng)的正極材料更具優(yōu)越性，因此已成為當時干流的正極材料。

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鋰離子電池(Li-ionBatteries)是鋰電池打開而來。所以在介紹Li-ion之前，先介紹鋰電池。舉例來講，扣子式電池就歸于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，負極是鋰。電池組裝完成后電池即有電壓，不需充電。這種電池也可以充電，但循環(huán)功用欠好，在充放電循環(huán)進程中，簡略構(gòu)成鋰枝晶，構(gòu)成電池內(nèi)部短路，所以一般情況下這種電池是阻止充電的。

后來，日本索尼公司發(fā)清楚以炭材料為負極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電進程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。

20世紀90年代初，日本Sony動力開發(fā)公司和加拿大Moli動力公司別離研制成功了新式的鋰離子蓄電池，不只功用杰出，并且對環(huán)境無污染。跟著信息技術(shù)、手持式機械和電動轎車的迅猛打開，對高效能電源的需求急劇添加，鋰電池已成為現(xiàn)在打開最為靈敏的范疇之一。

鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及原理

鋰離子電池的首要組成：

（1）正極——活性物質(zhì)首要指鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等，導(dǎo)電集流體一般運用厚度在10--20微米的鋁箔；

（2）隔閡——一種特別的塑料膜，可以讓鋰離子經(jīng)過，但卻是電子的絕緣體，現(xiàn)在首要有PE和PP兩種及其組合。還有一類無機固體隔閡，如氧化鋁隔閡涂層就是一種無機固體隔閡，；

（3）負極——活性物質(zhì)首要指石墨、鈦酸鋰、或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳材料，導(dǎo)電集流體一般運用厚度在7-15微米的銅箔；

（4）電解液——一般為有機體系，如溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，另有些聚合物電池運用凝膠狀電解液；

（5）電池外殼——首要分為硬殼（鋼殼、鋁殼、鍍鎳鐵殼等）和軟包（鋁塑膜）兩種。

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當電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌，在負極中嵌入，放電時反之。這就需求一個電極在組裝前處于嵌鋰情況，一般挑選相對鋰而言電位大于3V且在空氣中安穩(wěn)的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。

做為負極的材料則挑選電位盡或許挨近鋰電位的可嵌入鋰化合物，如各種碳材料包含天然石墨、組成石墨、碳纖維、中心相小球碳素等和金屬氧化物，包含SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。

電解質(zhì)選用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂分配的混合溶劑體系。

隔閡選用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔閡不只熔點較低，并且具有較高的抗穿刺強度，起到了熱穩(wěn)妥效果。

外殼選用鋼或鋁材料，蓋體組件具有防爆斷電的功用。

根柢作業(yè)原理

當對電池進行充電時，正極的含鋰化合物有鋰離子脫出，鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極。負極的炭材料呈層狀結(jié)構(gòu)，它有許多微孔，抵達負極的鋰離子嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。

當對電池進行放電時（即咱們運用電池的進程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。咱們一般所說的電池容量指的就是放電容量。

在鋰離子電池的充放電進程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動情況。這就像一把搖椅，搖椅的兩頭為電池的兩極，而鋰離子就在搖椅兩頭來回運動。所以鋰離子電池又名搖椅式電池。

深度解讀鋰離子電池

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充放電機理

鋰離子電池的充電進程分為兩個階段：恒流充電階段和恒壓電流遞減充電階段。

鋰離子電池過度充放電會對正負極構(gòu)成永久性損壞。過度放電導(dǎo)致負極碳片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)凹陷，而凹陷會構(gòu)成充電進程中鋰離子無法刺進；過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結(jié)構(gòu)，而構(gòu)成其間部分鋰離子再也無法開釋出來。

鋰離子電池堅持功用最佳的充放電方法為淺充淺放。一般60%DOD是100%DOD條件下循環(huán)壽數(shù)的2~4倍。

鋰離子電池首要功用政策

電池的容量

電池的容量有額定容量和實踐容量之分。電池的額定容量是指電池在環(huán)境溫度為20℃±5℃條件下，以5h率放電至接連電壓時所應(yīng)提供的電量，用C5標明。電池的實踐容量是指電池在必定的放電條件下所放出的實踐電量，首要受放電倍率和溫度的影響（故嚴峻來講，電池容量應(yīng)指明充放電條件）。

容量單位：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。

電池內(nèi)阻

電池內(nèi)阻是指電池在作業(yè)時，電流流過電池內(nèi)部所遭到的阻力。有歐姆內(nèi)阻與極化內(nèi)阻兩部分組成。電池內(nèi)阻值大，會導(dǎo)致電池放電作業(yè)電壓下降，放電時間縮短。內(nèi)阻巨細首要受電池的材料、制造工藝、電池結(jié)構(gòu)等要素的影響。電池內(nèi)阻是衡量電池功用的一個重要參數(shù)。

電壓

開路電壓是指電池在非作業(yè)情況下即電路中無電流流過期，電池正負極之間的電勢差。一般情況下，鋰離子電池布滿電后開路電壓為4.1—4.2V左右，放電后開路電壓為3.0V左右。經(jīng)過對電池的開路電壓的檢測，可以判別電池的荷電情況。

作業(yè)電壓又稱端電壓，是指電池在作業(yè)情況下即電路中有電流流過期電池正負極之間的電勢差。在電池放電作業(yè)情況下，當電流流過電池內(nèi)部時，不需戰(zhàn)勝電池的內(nèi)阻所構(gòu)成阻力，故作業(yè)電壓總是低于開路電壓，充電時則與之相反。鋰離子電池的放電作業(yè)電壓在3.6V左右。

放電途徑時間

放電途徑時間是指在電池滿電情況下放電至某電壓的放電時間。例對某三元電池測量其3.6V的放電途徑時間，以恒壓充到電壓為4.2V，并且充電電流小于0.02C時接連充電即布滿電后，然后放置10分鐘，在任何倍率的放電電流下放電至3.6V時的放電時間即為該電流下的放電途徑時間。

因某些運用鋰離子電池的用電器的作業(yè)電壓都有電壓要求，假設(shè)低于要求值，則會出現(xiàn)無法作業(yè)的情況。所以放電途徑是衡量電池功用好壞的重要標準之一。

充放電倍率

充放電倍率是指電池在規(guī)矩的時間內(nèi)放出其額定容量時所需求的電流值，1C在數(shù)值上等于電池額定容量，一般以字母C標明。如電池的標稱額定容量為10Ah，則10A為1C（1倍率），5A則為0.5C，100A為10C，以此類推。

自放電率

自放電率又稱荷電堅持才調(diào)，是指電池在開路情況下，電池所儲存的電量在必定條件下的堅持才調(diào)。首要受電池的制造工藝、材料、儲存條件等要素的影響。是衡量電池功用的重要參數(shù)。

功率

充電功率是指電池在充電進程中所消耗的電能轉(zhuǎn)化成電池所能儲存的化學(xué)能程度的測量。首要受電池工藝，配方及電池的作業(yè)環(huán)境溫度影響，一般環(huán)境溫度越高，則充電功率要低。

放電功率是指在必定的放電條件下放電至結(jié)束電壓所放出的實踐電量與電池的額定容量之比，首要受放電倍率，環(huán)境溫度，內(nèi)阻等要素影響，一般情況下，放電倍率越高，則放電功率越低。溫度越低，放電功率越低。

循環(huán)壽數(shù)

電池循環(huán)壽數(shù)是指電池容量下降到某一規(guī)矩的值時，電池在某一充放電準則下所履歷的充放電次數(shù)。鋰離子電池GB規(guī)矩，1C條件下電池循環(huán)500次后容量堅持率在60%以上。

鋰離子電池的首要分類

（一）、根據(jù)鋰電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰電池可以分為液態(tài)鋰電池(lithiumionbattery,簡稱為LIB)和聚合物鋰電池(polymerlithiumionbattery,簡稱為LIP)兩大類。

（二）、按充電方法可分為：不行充電的及可充電的兩類。

（三）、鋰電池外型分：有方型鋰電（如常用的手機電池）和柱形（如18650、18500）；

（四）、鋰電池外包材料分：鋁殼鋰電池，鋼殼鋰電池，軟包電池；

（五）、鋰電池從正負極材料（添加劑）分：鈷酸鋰(LiCoO2)電池、錳酸鋰（LiMn2O4），磷酸鐵鋰電池，一次性二氧化錳鋰電池

聚合物鋰電池

聚合物鋰電池所用的正負極材料與液態(tài)鋰都是相同的，電池的作業(yè)原理也根柢一同。它們的首要差異在于電解質(zhì)的不同,鋰電池運用的是液體電解質(zhì),而聚合物鋰電池則以固體聚合物電解質(zhì)來代替,這種聚合物可以是“干態(tài)”的,也可以是“膠態(tài)”的,現(xiàn)在大部分選用聚合物膠體電解質(zhì)。

鋰聚合物電池利益：

1、安全功用好

聚合物鋰電池在結(jié)構(gòu)上選用鋁塑軟包裝，有別于液態(tài)電芯的金屬外殼，一旦發(fā)作安全隱患，液態(tài)電芯簡略爆炸，而聚合物電芯最多只會氣鼓。

2、厚度小，能做得更薄

一般液態(tài)鋰電選用先定制外殼，后塞正負極村料的方法，厚度做到3.6mm以下存在技術(shù)瓶頸，聚合物電芯則不存在這一問題，厚度可做到1mm以下，契合時下手機需求方向。

3、分量輕

聚合物電池分量較持平容量標準的鋼殼鋰電輕40%，較鋁殼電池輕20%。

4、容量大

聚合物電池較持平尺度標準的鋼殼電池容量高10～15%，較鋁殼電池高5～10%，成為彩屏手機及彩信手機的首選，現(xiàn)在市面上新出的彩屏和彩信手機也大多選用聚合物電芯。

5、內(nèi)阻小

聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小，現(xiàn)在國產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻乃至可以做到35mΩ以下，極大的減低了電池的自耗電，延伸手機的待機時間，徹底可以抵達與國際接軌的水平。這種支撐大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的志向挑選，成為最有希望代替鎳氫電池的產(chǎn)品。

6、形狀可定制

聚合物電池可根據(jù)客戶的需求添加或削減電芯厚度，開發(fā)新的電芯類型，價格便宜，開模周期短，有的乃至可以根據(jù)手機形狀量身定做，以充分利用電池外殼空間，進步電池容量。

7、放電特性佳

聚合物電池選用膠體電解質(zhì)，比較液態(tài)電解質(zhì)，膠體電解質(zhì)具有平穩(wěn)的放電特性和更高的放電途徑。

8、維護板規(guī)劃簡略

由于選用聚合物材料，電芯不起火、不爆炸，電芯自身具有滿意的安全性，因此聚合物電池的維護線路規(guī)劃可考慮省掉PTC和穩(wěn)妥絲，然后節(jié)省電池本錢。聚合物鋰電池在安全性、體積、分量、容量、放電功用方面均具有極大優(yōu)勢。

磷酸鐵鋰電池

從正負極材料鋰電池還分為：鈷酸鋰(LiCoO2)電池、錳酸鋰（LiMn2O4），磷酸鐵鋰電池

Sony公司推出的第一塊鋰電池中，正極材料是鈷酸鋰，負極材料為碳。其間，選擇電池的可充電最大容量及開路電壓的首要是正極材料。

磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰電池。鋰電池的正極材料有許多種，首要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其間鈷酸鋰是現(xiàn)在絕大多數(shù)鋰電池運用的正極材料，而其它正極材料由于多種原因，現(xiàn)在在市場上還沒有許多出產(chǎn)。磷酸鐵鋰也是其間一種鋰電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌進程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰徹底相同。磷酸鐵鋰電池是用來做鋰二次電池的,現(xiàn)在首要方向是動力電池，相對NI-MH,Ni-Cd電池有很大優(yōu)勢。

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磷酸鐵鋰電池的特性

1、超長壽數(shù)

長壽數(shù)鉛酸電池的循環(huán)壽數(shù)在300次左右，最高也就500次，而磷酸鐵鋰動力電池，循環(huán)壽數(shù)抵達2000次以上，標準充電（5小時率）運用，可抵達2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”，最多也就1—1.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在相同條件下運用，將抵達７－８年。歸納考慮，功用價格比將為鉛酸電池的4倍以上。

2、運用安全

磷酸鐵鋰徹底處理了鈷酸鋰和錳酸鋰的安全隱患問題，鈷酸鋰和錳酸鋰在劇烈的磕碰下會發(fā)作爆炸對消費者的生命安全構(gòu)成威脅，而磷酸鐵鋰以經(jīng)過嚴峻的安全測驗即便在最惡劣的交通事故中也不會發(fā)作爆炸。

可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池布滿，起動電流可達2C,而鉛酸電池現(xiàn)在無此功用。

3、耐高溫

磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃—500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。作業(yè)溫度規(guī)模廣大（-20C--＋75C），有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃—500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。

4、容量

具有比一般電池（鉛酸等）更大的容量。可充電池在常常處于布滿不放完的條件下作業(yè)，容量會靈敏低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做回想效應(yīng)。像鎳氫、鎳鎘電池存在回想性，而磷酸鐵鋰電池無此現(xiàn)象，電池不論處于什么情況，可隨充隨用，無須先放完再充電。

持平標準容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2/3分量是鉛酸電池的1/3。該電池不含任何重金屬與稀有金屬（鎳氫電池需稀有金屬），無毒（SGS認證經(jīng)過），無污染，契合歐洲RoHS規(guī)矩，為必定的綠色環(huán)保電池證。

5、無回想效應(yīng)

鋰動力電池的功用首要取決于正負極材料，磷酸鐵鋰作為鋰電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全功用與循環(huán)壽數(shù)是其它材料所無法比較的，這些也正是動力電池最重要的技術(shù)政策。1C充放循環(huán)壽數(shù)達2000次。單節(jié)電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰電池更易串聯(lián)運用。以滿意電動車一再充放電的需求。具有無毒、無污染、安全功用好、原材料來歷廣泛、價格便宜，壽數(shù)長等利益，是新一代鋰電池的志向正極材料。

鋰電池的正極為磷酸鐵鋰材料。這種新材料不是以往的鋰電池正極材LiCoO2；LiMn2O4；LiNiMO2。其安全功用與循環(huán)壽數(shù)是其它材料所無法比較的，這些也正是動力電池最重要的技術(shù)政策。1C充放循環(huán)壽數(shù)達2000次。單節(jié)電池過充電壓30V不燃燒，不爆炸。穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰電池更易并串聯(lián)運用。

磷酸鐵鋰電池也有其缺點：例如磷酸鐵鋰正極材料的振實密度較小，等容量的磷酸鐵鋰電池的體積要大于鈷酸鋰等鋰電池，因此在微型電池方面不具有優(yōu)勢。

深度解讀鋰離子電池

在后工業(yè)時代，轎車廣泛的速度大大超過了咱們的愿望，在帶來高效便當?shù)囊煌S多尾氣的排放，也給環(huán)境增添了很大壓力，而跟著石油價格飛漲、二氧化碳排放帶來溫室效應(yīng)等問題的凸顯，更是迫切需求尋覓代替?zhèn)鹘y(tǒng)動力的新式動力。液態(tài)氫、燃料電池等都是好的挑選，可是存在價格高、技術(shù)不成熟等問題，一般鉛酸電池運用本錢相對較低，但分量重，能量密度低，運用壽數(shù)短，還存在潛在的重金屬污染等問題。

深度解讀鋰離子電池

采新一代電動車用了新式的磷酸鐵鋰電池作為其動力中心，這種綠色環(huán)保動力具有許多特征和優(yōu)勢：

1、安全性恰當高

要作為轎車動力，安全性是名列前茅的首要考慮要素。一般鋰電池的安全性雖然能得到根柢保證，可是在極點條件下存在起火、爆炸的或許性。磷酸鐵鋰電池作為鋰電池的二代產(chǎn)品，自身物理功用安穩(wěn)，再協(xié)作電池組內(nèi)置的過壓、欠壓、過流、過充等維護功用，不爆炸不起火，是現(xiàn)在全球僅有必定安全的鋰離子電池。由于選用高熱安穩(wěn)性材料和細致工藝規(guī)劃，電池安全和可靠性大為增強。與鋰電池不當運用中或許出現(xiàn)的爆炸現(xiàn)象比較，磷酸鐵鋰電池即便扔在火中也不會發(fā)作爆炸。高溫安穩(wěn)性可達400—500°C,保證了電池內(nèi)涵的高安全性;不會因過充、溫度過高、短路、碰擊而發(fā)作爆炸或燃燒。經(jīng)過嚴峻的安全測驗，即便在最惡劣的交通事故中也不會發(fā)作爆炸。

2、壽數(shù)長本錢低

作為動力電池，運用壽數(shù)(循環(huán)功用)與全體運用本錢密切相關(guān)，和一般鋰電池500次左右的循環(huán)運用壽數(shù)比較，磷酸鐵鋰電池在室溫下可充放電循環(huán)1500次，容量堅持率95%以上，而50%容量的循環(huán)壽數(shù)更是抵達了2000次以上，電池的繼續(xù)旅程壽數(shù)大于50萬公里，可以運用五年左右，是鉛酸電池的8倍，鎳氫電池的3倍，是鈷酸鋰電池的4倍左右。再加上其出產(chǎn)制形本錢自身就低于一般鋰電池，無疑能大大下降電動車的運用和維護本錢。

一同磷酸鐵鋰電池放電功用也非常優(yōu)異，功率曲線平穩(wěn)，抗過放才調(diào)強，一般鋰電電芯在低于3.2V后，再放電就是過放，或許會導(dǎo)致作廢。可是磷酸鐵鋰電池在2.8V的時候還有能量開釋，低于2.5V都不存在作廢的問題。

3、運用處理便當

咱們知道，鎳氫、鎳鎘電池存在較強的回想效應(yīng)，一般鋰電池也有必定的回想效應(yīng)問題，需求盡量“滿布滿放”，會給電動車日常運用帶來不方便，而磷酸鐵鋰電池無此現(xiàn)象，自放電小;無回想效應(yīng)，電池不論處于什么情況，可隨充隨用，無須先放完再充電，一同該電池快速充電特性優(yōu)異，用專用充電器快充，半小時能滿意95%左右。電池壽數(shù)結(jié)束后的處理問題，也值得咱們注重，磷酸鐵鋰電池不含任何重金屬與稀有金屬，無毒，無污染，契合規(guī)矩，為必定的綠色環(huán)保電池，鉛酸電池中存在著許多的鉛，在其拋棄后若處理不當，將對環(huán)境構(gòu)成二次污染，而磷酸鐵鋰材料不論在出產(chǎn)及運用中，均無污染。