锂离子电池及锂离子电池组介绍

锂离子电池是一种充电电池，它重要依靠锂离子在正极和负极之间通过电解质进行移动实现充电和放电。根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可分为液态锂离子电池和和聚合物锂离子电池两大类，前者使用液体电解质，而后者则以固体聚合物电解质代替，固体聚合物电解质有干态和胶态两种形式。这两类锂离子电池除了使用的电解液不同外，它们所使用的正、负极材料及工作原理都基本相同。目前，锂离子电池以含锂的化合物作正极，以碳素材料为负极，正负极材料中没有金属锂存在，只有锂离子。正极材料有钻酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂等材料，负极一般为石墨。

如图1所示，锂离子电池重要由正极、负极、电解质、隔膜及电池壳组成。隔膜采用多孔绝缘材料，重要起到隔离电池正、负极的用途，阻隔电子在电池的正、负极之间移动，但允许锂离子（Li+）通过隔膜上的微孔在正、负极间移动。锂离子电池充电时，Li＋在电场力的用途下，从正极的空隙脱嵌，经过电解液透过隔膜嵌入到负极，此时，负极处于富狸态，正极处于贫锂态；当放电时则相反，Li+从负极的空隙脱嵌，经过电解质嵌入到正极，此时的正极处于富锂态，负极处于贫锂态。因此，在充、放电循环时，Li＋分别在正、负极上发生嵌入脱嵌反应，Li＋便在正负极之间来回移动，电子则通过电池外部导线在电池正、负极间移动而形成充、放电电流。因此，人们又形象地把锂离子电池称为摇椅式电池。锂离子电池工作电压的大小取决于构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度。

由于单体锂离子电池的电压和容量较小，不能满足汽车的使用要求，需将n个单体锂离子电池组合连接形成电池组（俗称电池包），方能用作汽车的动力锂电池。通常，汽车动力锂电池组由几十个甚至上百个单体电池组装而成。在电池组中，单体电池的容量、电压等参数必然存在着个体差异，使得各个单体电池在充、放电时很难达到一致。而单体电池的过放电、过充电或内部短路将使电池出现升温现象，这不但会影响电池的使用寿命，而且也有安全隐患。因此，为保证电池组的使用安全和使用寿命，在锂离子电池组中一般都设置有电压、温度和电流等采集线，使电池管理系统（BMS）能对电池组进行参数采集，执行实时监控，确保电池组处于正常的工作状态。