关于锂离子电池的那些事

一、聊一聊锂电池的那些事

在当今世界里，锂离子电池遍布在我们生活当中，其应用领域包括手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表、移动电源(充电宝)、电动自行车、电动汽车、电动公交车、旅游观光车、无人机，以及其他各类电动工具。作为众多电子设备的动力来源，可以说，离开了锂离子电池，当今的世界将会不敢想象。那么，锂离子电池到底是什么鬼？

一说到锂离子电池的构成，大家都知道锂是必不可少的组成部分，没错，就是我们化学课本元素周期表里的那个锂。但一个完整的锂离子电池可不光是只有锂，下面我们就来跟大家聊聊锂离子电池构成的那些事。

锂离子电池的基本构成

锂离子电池内部需要包含几种基本材料：正极活性物质、负极活性物质、隔离膜、电解质。那么这些材料都干嘛的呢？

正负极不难理解，要实现电荷移动，就需要存在电位差的正负极材料，那么什么是活性物质？我们知道，电池实际上是将电能和化学能相互转换，以实现能量的存储和释放。要实现这个过程，就需要正负极的材料很“容易”参与化学反应，要活泼，要容易氧化和还原，从而实现能量转换，所以我们需要“活性物质”来做电池的正负极。

电解质是干嘛的？通俗的讲，就是游泳池里面的“水”，让锂离子能够自由的游来游去，所以呢，离子电导率要高(游泳的阻力小)，电子电导率要小(绝缘)，化学稳定性要好(稳定压倒一切啊)，热稳定性要好(都是为了安全)，电位窗口要宽。基于这些原则，经过长期的工程探索，人们找到了由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、和必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的电解质。有机溶剂有PC(碳酸丙烯酯)，EC(碳酸乙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，DEC(碳酸二乙酯)，EMC(碳酸甲乙酯)等材料。电解质锂盐有LiPF6，LiBF4等材料。

隔离膜则是为了阻止正负极材料直接接触而加进来的，我们希望把电池做的尽可能的小，存储的能量尽可能的多，于是正负极之间的距离越来越小，短路成为一个巨大的风险。为了防止正负极材料短路，造成能量的剧烈释放，就需要用一种材料将正负极“隔离”开来，这就是隔离膜的由来。隔离膜需要具有良好的离子通过性，主要是给锂离子开放通道，让其可以自由通过，同时又是电子的绝缘体，以实现正负极之间的绝缘。目前市场上的隔膜主要有单层PP，单层PE，双层PP/PE，三层PP/PE/PP复合膜等。

二、新能源汽车

除了上面提到的4种主要材料之外，要想把锂离子电池从实验室的一个“实验品”变成一个可以商业化应用的产品，还需要其他一些不可或缺的材料。

我们先看电池的正极，除了活性物质之外，还有导电剂和粘结剂，以及用作电流载体的基体和集流体(正极通常是铝箔)。粘结剂要把作为活性物质的锂金属氧化物均匀的“固定”在正极基带上面，导电剂则要增强活性物质与基体的电导率，以达到更大的充放电电流，集流体负责充当电池内外部的电荷转移桥梁。

除了以上材料外，一个完整的锂离子电池还包括绝缘片、盖板、泄压阀、壳体(铝，钢，复合膜等)，以及其他一些辅助材料。

既然我们是汽车频道也要聊一些跟汽车有关的话题，目前市面上的电动车采用的锂电池主要分为三大类

磷酸铁锂电池--—代表车型：比亚迪E6

优点：磷酸铁锂电池属于锂离子二次电池，它的放电效率较高，倍率放电情况下充放电效率可达到90%以上，要比低速电动汽车使用的铅酸电池高出10%，因此适合作为动力电池使用。磷酸铁锂电池的安全性也很好，可以在390℃以内的高温下保持稳定，保证了电池内在的高安全性，不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧，可以轻松通过针刺实验。而且磷酸铁锂电池不含任何重金属，对人体没有直接危害。磷酸铁锂电池使用寿命较长。磷酸铁锂电池使用80%后进行快充，可以安全达到4000至5000次，70%后，也可以保证7000—8000次，理论寿命可以达到7~8年。

缺点：相比于其他类型的动力电池，磷酸铁锂电池价格较高，而且电池容量较小，同样的电池容量，磷酸铁锂电池的重量更重、体积更大，严重影响了电动车的续航。另外，磷酸铁锂电池报废后基本上不能回收再利用，没有可回收价值。

比亚迪E6

三元锂电池--代表车型：特斯拉ModelS

优点：三元锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池，能量密度大，体积比能量较高，并且价格相对低廉。

缺点：并且无法通过针剌实验，表明三元电池在内部短路、电池外壳损坏的情况下，很容易引发燃烧、爆炸等安全事故。另外，由于材料本身的性质，导致三元锂电池在使用寿命上相对较短，同时，由于全球全球镍、钴资源紧张，其大量应用可能导致市场价格上涨，也会增加未来的用车费用。

特斯拉ModelS

锰酸锂电池--代表车型：启辰晨风

优点：锰酸锂电池拥有较好的安全性能，而且振实密度较大，同样体积下电池中能装下更多的物质，拥有更高的电量。由于锰元素储量高，资源丰富，生产制造锰酸锂电池的成本也较低，能降低消费者的购车成本。

缺点：由于锰的本身性质不太稳定，易分解产生气体，因此多用于和其它材料混合使用，以降低电芯成本，但其循环寿命衰减较快。同时，不稳定性也会使电池本身容易发生鼓胀。另外，与其他锂离子材料相比，锰酸锂电池的耐高温性能也较差，相对寿命也会受到影响。

启辰晨风

sony在1992年开发出第一个锂离子电池。它的实用化，使人们的移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备重量和体积大大减小。使用时间大大延长。由于锂离子电池中不含有重金属铬，与镍铬电池相比，大大减少了对环境的污染。