鋰離子動(dòng)力電池是什么？

鋰離子動(dòng)力電池是目前比較環(huán)保的新能源電池之一，我們從鋰離子動(dòng)力電池材料、結

構、分類(lèi)、使用環(huán)境溫度和優(yōu)缺點(diǎn)這幾方面來(lái)深入理解鋰離子電池。

1、鋰離子動(dòng)力電池材料項目

目前較為常用的鋰電池材料有鉆酸鋰、鎳酸鋰以及錳酸鋰。用得最多的材料是鉆酸鋰

，循環(huán)性能好，制造也方便，缺點(diǎn)是鉆化合物價(jià)格較貴。鎳酸鋰的因為性質(zhì)不穩定，

制造困難，通常用得較多的是鉆酸鋰摻雜鎳的化合物，又稱(chēng)鎳鉆酸鋰。錳酸鋰也是非

常好的材料，在高溫下錳酸鋰的衰減比較快等諸多原因，目前應用多數還停留在實(shí)驗

室階段。
磷酸鐵鋰電池的磷酸基正極材料依其超長(cháng)的循環(huán)壽命，極好的安全性能，較好的高溫

性能，極其低廉的價(jià)格，而且低溫性能和倍率放電已經(jīng)可以達到鉆酸鋰的水平等，使

其成為最有希望的動(dòng)力電池材料。

2、鋰離子動(dòng)力電池的結構

電池一般包括：正極（positive）、負極（negative）、電解質(zhì)（electrolyte）、隔膜（separator）、正極引線(xiàn)（positivelead）、負極引線(xiàn)（negativeplate）、中心端子、絕緣材料（insulator）、安全閥（safetyvent）、密封圈（gasket）、PTC（正溫度控制端子）、電池殼。一般大家較關(guān)心正極、負極、電解質(zhì)。

3、鋰離子動(dòng)力電池分類(lèi)

（1）按照電池外形
圓柱形鋰離子電池：目前主要為18650（直徑18mm，長(cháng)度65mm）和26650（直徑26mm，長(cháng)度65mm）兩種型號，主要應用于筆記本和電動(dòng)工具領(lǐng)域；
方形鋰離子電池：種類(lèi)較多，主要應用于手機、數碼相機等領(lǐng)域；
扣式鋰離子電池：可滿(mǎn)足計算機、攝像機等對高比容量和薄型化的要求；
（2）按使用溫度
高溫鋰離子電池：主要應用于軍工、航天等領(lǐng)域，民用領(lǐng)域主要是汽車(chē)的GPS領(lǐng)域；
常溫鋰離子電池：目前商業(yè)化的鋰離子電池基本丟只能在-20~45℃范圍內工作；
低溫鋰離子電池：目前商業(yè)化的鋰離子電池基本丟只能在-40~55℃范圍內工作；
（3）按電解質(zhì)的狀態(tài)
液態(tài)鋰離子電池：電解質(zhì)為有機溶劑+鋰鹽；
聚合物鋰離子電池：聚合物的基體主要為HFP-PVDF、PEO、PAN和PMMA等；
全固態(tài)鋰離子電池：還處在實(shí)驗階段；
（4）按外殼材質(zhì)
鋼殼鋰離子電池：密封性較好；
鋁殼鋰離子電池：質(zhì)量輕；
鋁塑膜鋰離子電池：電池生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，電池的質(zhì)量比能量高；
（5）按正極材料分類(lèi)
鉆酸鋰電池：應用最廣，振實(shí)密度高，比能量高，電壓平臺穩，但是原來(lái)貴，對環(huán)境有污染，安全性差；
錳酸鋰：三維隧道的結構，鋰離子可以可逆地從尖晶石晶格中脫嵌，不會(huì )引起結構的塌陷，因而具有優(yōu)異的倍率性能和穩定性。環(huán)境友好，但能量密度低、高溫性能大；
磷酸鐵鋰電池：比表面積大，能量密度高，循環(huán)性能好，材料批量化生產(chǎn)很難達到較高的一致性，低溫放電性能不好；

（6）按負極材料分類(lèi)

石墨：電導性好，結晶度高，具有良好的層狀結構適合Li的脫嵌，容量在300mAh/g以上，充放電效率90%以上，良好的充放電平臺；
軟碳：結晶度低，晶粒尺寸小，與電解液相容性好，輸出電壓低，無(wú)明顯充放電平臺，不可逆容量較高，基本沒(méi)商業(yè)化；
硬碳：Li嵌入不會(huì )引起膨脹，又良好的充放電循環(huán)性能，較高的比容量，可達到400mAh/g以上，并且低溫性能好，是理想的電動(dòng)汽車(chē)電池負極材料，日本已經(jīng)商業(yè)化；
鈦酸鋰：“零應變”材料，電位較高不會(huì )形成鋰枝晶，目前研究較熱，但由于脹氣問(wèn)題至今未得到大規模應用；
硅基：超高的比容量，但由于粉化問(wèn)題，無(wú)法真正使用，仍處于實(shí)驗室研究階段；

4、鋰離子動(dòng)力電池使用的環(huán)境溫度
目前鋰離子動(dòng)力電池使用的環(huán)境溫度最低-40℃，最高70℃；而溫度范圍為-40℃——50℃，-20℃——60℃；
不同溫度下，鋰離子電池放電能力和放電容量也會(huì )不同，一般說(shuō)在常溫下放電性能是最好的，其他高溫或是低溫，放電性能都會(huì )降低。

5、鋰離子動(dòng)力電池優(yōu)點(diǎn)與不足

鋰離子動(dòng)力電池優(yōu)點(diǎn)
a、電壓高：?jiǎn)误w電池的工作電壓高達3.7-3.8V（電芯電壓最高可充到4.2V），是Ni-

Cd、Ni-H電池的3倍。
b、比能量大：目前能達到的實(shí)際比能量為555Wh/kg左右，即材料能達到150mAh/g以上

的比容量（3-4倍于Ni-Cd，2-3倍于Ni-MH），已接近于其理論值的約88%。
c、循環(huán)壽命長(cháng)：一般均可達到500次以上，甚至1000次以上，磷酸鐵鋰的可以達到

2000次以上。對于小電流放電的電器，電池的使用期限，將倍增電器的競爭力。
d、安全性能好：無(wú)公害，無(wú)記憶效應.作為L(cháng)i-ion前身的鋰電池，因金屬鋰易形成枝

晶發(fā)生短路，縮減了其應用領(lǐng)域：Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對環(huán)境有污染的元素：

部分工藝（如燒結式）的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應”，嚴重束縛電池的

使用，但Li-ion根本不存在這方面的問(wèn)題。
e、自放電?。菏覝叵鲁錆M(mǎn)電的Li-ion儲存1個(gè)月后的自放電率為2%左右，大大低于

Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。
f、可快速充放電：充電30分鐘容量可以達到標稱(chēng)容量的80%以上，現在磷鐵電池可以

達到10分鐘充電到標稱(chēng)容量的90%。
g、工作溫度范圍高：工作溫度為-25~55°C，隨著(zhù)電解液和正極的改進(jìn)，期望能擴寬

到-40~70°C。

鋰離子動(dòng)力電池缺點(diǎn)：

a、衰老：與其它充電電池不同，鋰離子電池的容量會(huì )緩慢衰退，與使用次數無(wú)關(guān)，而

與溫度有關(guān)?？赡艿臋C制是內阻逐漸升高，所以，在工作電流高的電子產(chǎn)品更容易體

現。用鈦酸鋰取代石墨似乎可以延長(cháng)壽命。
儲存溫度與容量永久損失速度的關(guān)系：

充電電量    儲存溫度0℃   儲存溫度25℃  儲存溫度40℃   儲存溫度60℃
40%~60%2%      2%/年          4%/年        15%/年          25%/年

100%           6%/年          20%/年        35%/年        80%/6月

b、不耐受過(guò)充：過(guò)充電時(shí)，過(guò)量嵌入的鋰離子會(huì )永久固定于晶格中，無(wú)法再釋放，可

導致電池壽命短及產(chǎn)氣造成氣鼓。

c、不耐受過(guò)放：過(guò)放電時(shí)，電極脫嵌過(guò)多鋰離子，可導致晶格坍塌，從而縮短壽命及

產(chǎn)氣造成氣鼓。
d、需要多重保護機制：由于錯誤使用會(huì )減少壽命，甚至可能導致爆炸，所以，鋰離子

電池設計時(shí)增加了多種保護機制。
保護電路：防止過(guò)充、過(guò)放、過(guò)載、過(guò)熱。
排氣孔：避免電池內部壓強過(guò)大。
隔膜特性：有較高的抗穿刺強度，防止內部短路；在電池內部溫度過(guò)高時(shí)還能融化，

阻止鋰離子通過(guò)，阻滯電池反應，升高內阻（至2kQ）。