钜大LARGE | 点击量：619次 | 2019年03月15日
你了解锂电池吗？深度解读新式高能电池
锂电池是20世纪开发成功的新式高能电池，能够理解为含有锂元素（包含金属锂、锂合金、锂离子、锂聚合物）的电池，可分为锂金属电池（很少的出产和运用）和锂离子电池（如今许多运用）。因其具有比能量高、电池电压高、作业温度范围宽、贮存寿数长等长处，已广泛应用于特种和民用小型电器中，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等，部分替代了传统电池。
你了解锂电池吗？深度解读新式高能电池
锂离子电池的由来及开展
1970年代埃克森的M.S.Whittingham选用硫化钛作为正极资料，金属锂作为负极资料，制成首个锂电池。
1980年，J.Goodenough发现钴酸锂能够作为锂离子电池正极资料。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
982年伊利诺伊理工大学（theIllinoisInsTItuteofTechnology）的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此进程是快速的，而且可逆。与此一起，选用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因而人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。
1983年M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极资料，具有低价、安稳和优良的导电、导锂功用。其分化温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使呈现短路、过充电，也能够避免了焚烧、爆破的风险。
1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现选用聚合阴离子的正极将发生更高的电压。
1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。
1996年Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的磷酸盐，如磷酸锂铁（LiFePO4），比传统的正极资料更具优越性，因而已成为当时主流的正极资料。
你了解锂电池吗？深度解读新式高能电池
锂离子电池(Li-ionBatteries)是锂电池开展而来。所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。举例来讲，扣子式电池就归于锂电池。锂电池的正极资料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池拼装完成后电池即有电压，不需充电。这种电池也能够充电，但循环功用不好，在充放电循环进程中，容易构成锂枝晶，形成电池内部短路，所以一般状况下这种电池是制止充电的。
后来，日本索尼公司发明晰以炭资料为负极，以含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电进程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。
20世纪90年代初，日本Sony动力开发公司和加拿大Moli动力公司别离研制成功了新式的锂离子蓄电池，不只功用良好，而且对环境无污染。跟着信息技能、手持式机械和电动汽车的迅猛开展，对高效能电源的需求急剧增加，锂电池已成为现在开展最为敏捷的范畴之一。
锂离子电池的结构及原理
锂离子电池的首要组成：
（1）正极——活性物质首要指钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂、镍钴锰酸锂等，导电集流体一般运用厚度在10--20微米的铝箔；
（2）隔阂——一种特殊的塑料膜，能够让锂离子通过，但却是电子的绝缘体，现在首要有PE和PP两种及其组合。还有一类无机固体隔阂，如氧化铝隔阂涂层就是一种无机固体隔阂，；
（3）负极——活性物质首要指石墨、钛酸锂、或近似石墨结构的碳资料，导电集流体一般运用厚度在7-15微米的铜箔；
（4）电解液——一般为有机系统，如溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，另有些聚合物电池运用凝胶状电解液；
（5）电池外壳——首要分为硬壳（钢壳、铝壳、镀镍铁壳等）和软包（铝塑膜）两种。
你了解锂电池吗？深度解读新式高能电池
当电池充电时，锂离子从正极中脱嵌，在负极中嵌入，放电时反之。这就需求一个电极在拼装前处于嵌锂状况，一般挑选相对锂而言电位大于3V且在空气中安稳的嵌锂过渡金属氧化物做正极，如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4。
做为负极的资料则挑选电位尽或许挨近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳资料包含天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物，包含SnO、SnO2、锡复合氧化物SnBxPyOz(x=0.4～0.6，y=0.6～0.4，z=(2＋3x＋5y)/2)等。
电解质选用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）等烷基碳酸脂调配的混合溶剂系统。
隔阂选用聚烯微多孔膜如PE、PP或它们复合膜，尤其是PP/PE/PP三层隔阂不只熔点较低，而且具有较高的抗穿刺强度，起到了热保险作用。
外壳选用钢或铝资料，盖体组件具有防爆断电的功用。
根本作业原理
当对电池进行充电时，正极的含锂化合物有锂离子脱出，锂离子通过电解液运动到负极。负极的炭资料呈层状结构，它有许多微孔，抵达负极的锂离子嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。
当对电池进行放电时（即咱们运用电池的进程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。咱们一般所说的电池容量指的就是放电容量。
在锂离子电池的充放电进程中，锂离子处于从正极→负极→正极的运动状况。这就像一把摇椅，摇椅的两头为电池的两极，而锂离子就在摇椅两头来回运动。所以锂离子电池又叫摇椅式电池。
你了解锂电池吗？深度解读新式高能电池
你了解锂电池吗？深度解读新式高能电池
充放电机理
锂离子电池的充电进程分为两个阶段：恒流充电阶段和恒压电流递减充电阶段。
锂离子电池过度充放电会对正负极形成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构呈现陷落，而陷落会形成充电进程中锂离子无法刺进；过度充电使过多的锂离子嵌入负极碳结构，而形成其间部分锂离子再也无法释放出来。
锂离子电池坚持功用最佳的充放电办法为浅充浅放。一般60%DOD是100%DOD条件下循环寿数的2~4倍。
锂离子电池首要功用指标
电池的容量
电池的容量有额外容量和实践容量之分。电池的额外容量是指电池在环境温度为20℃±5℃条件下，以5h率放电至中止电压时所应提供的电量，用C5表示。电池的实践容量是指电池在必定的放电条件下所放出的实践电量，首要受放电倍率和温度的影响（故严厉来讲，电池容量应指明充放电条件）。
容量单位：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。
电池内阻
电池内阻是指电池在作业时，电流流过电池内部所遭到的阻力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大，会导致电池放电作业电压降低，放电时刻缩短。内阻巨细首要受电池的资料、制作工艺、电池结构等要素的影响。电池内阻是衡量电池功用的一个重要参数。
电压
开路电压是指电池在非作业状况下即电路中无电流流过时，电池正负极之间的电势差。一般状况下，锂离子电池充溢电后开路电压为4.1—4.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右。通过对电池的开路电压的检测，能够判别电池的荷电状况。
作业电压又称端电压，是指电池在作业状况下即电路中有电流流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电作业状况下，当电流流过电池内部时，不需战胜电池的内阻所形成阻力，故作业电压总是低于开路电压，充电时则与之相反。锂离子电池的放电作业电压在3.6V左右。
放电渠道时刻
放电渠道时刻是指在电池满电状况下放电至某电压的放电时刻。例对某三元电池丈量其3.6V的放电渠道时刻，以恒压充到电压为4.2V，而且充电电流小于0.02C时中止充电即充溢电后，然后搁置10分钟，在任何倍率的放电电流下放电至3.6V时的放电时刻即为该电流下的放电渠道时刻。
因某些运用锂离子电池的用电器的作业电压都有电压要求，如果低于要求值，则会呈现无法作业的状况。所以放电渠道是衡量电池功用好坏的重要规范之一。
充放电倍率
充放电倍率是指电池在规则的时刻内放出其额外容量时所需求的电流值，1C在数值上等于电池额外容量，一般以字母C表示。如电池的标称额外容量为10Ah，则10A为1C（1倍率），5A则为0.5C，100A为10C，以此类推。
自放电率
自放电率又称荷电坚持才能，是指电池在开路状况下，电池所贮存的电量在必定条件下的坚持才能。首要受电池的制作工艺、资料、贮存条件等要素的影响。是衡量电池功用的重要参数。
功率
充电功率是指电池在充电进程中所耗费的电能转化成电池所能贮存的化学能程度的测量。首要受电池工艺，配方及电池的作业环境温度影响，一般环境温度越高，则充电功率要低。
放电功率是指在必定的放电条件下放电至结尾电压所放出的实践电量与电池的额外容量之比，首要受放电倍率，环境温度，内阻等要素影响，一般状况下，放电倍率越高，则放电功率越低。温度越低，放电功率越低。
循环寿数
电池循环寿数是指电池容量下降到某一规则的值时，电池在某一充放电准则下所经历的充放电次数。锂离子电池GB规则，1C条件下电池循环500次后容量坚持率在60%以上。
锂离子电池的首要分类
（一）、依据锂电池所用电解质资料不同，锂电池能够分为液态锂电池(lithiumionbattery,简称为LIB)和聚合物锂电池(polymerlithiumionbattery,简称为LIP)两大类。
（二）、按充电办法可分为：不行充电的及可充电的两类。
（三）、锂电池外型分：有方型锂电（如常用的手机电池）和柱形（如18650、18500）；
（四）、锂电池外包资料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；
（五）、锂电池从正负极资料（添加剂）分：钴酸锂(LiCoO2)电池、锰酸锂（LiMn2O4），磷酸铁锂电池，一次性二氧化锰锂电池
聚合物锂电池
聚合物锂电池所用的正负极资料与液态锂都是相同的，电池的作业原理也根本共同。它们的首要差异在于电解质的不同,锂电池运用的是液体电解质,而聚合物锂电池则以固体聚合物电解质来替代,这种聚合物能够是“干态”的,也能够是“胶态”的,现在大部分选用聚合物胶体电解质。
你了解锂电池吗？深度解读新式高能电池
聚合物锂电池可分为三类：
1、固体聚合物电解质锂电池。电解质为聚合物与盐的混合物，这种电池在常温下的离子电导率低，适于高温运用。
2、凝胶聚合物电解质锂电池。即在固体聚合物电解质中参加增塑剂等添加剂，然后进步离子电导率，使电池可在常温下运用。
3、聚合物正极资料的锂电池。选用导电聚合物作为正极资料，其能量是现有锂电池的3倍，是最新一代的锂电池。由于用固体电解质替代了液体电解质,与液态锂电池比较，聚合物锂电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等长处，也不会发生漏液与焚烧爆破等安全上的问题，因而能够用铝塑复合薄膜制作电池外壳，然后能够进步整个电池的容量；聚合物锂电池还能够选用高分子作正极资料，其质量比能量将会比现在的液态锂电池进步50％以上。此外,聚合物锂电池在作业电压、充放电循环寿数等方面都比锂电池有所进步。
你了解锂电池吗？深度解读新式高能电池
锂聚合物电池长处：
1、安全功用好
聚合物锂电池在结构上选用铝塑软包装，有别于液态电芯的金属外壳，一旦发生安全隐患，液态电芯容易爆破，而聚合物电芯最多只会气鼓。
2、厚度小，能做得更薄
一般液态锂电选用先定制外壳，后塞正负极村料的办法，厚度做到3.6mm以下存在技能瓶颈，聚合物电芯则不存在这一问题，厚度可做到1mm以下，契合时下手机需求方向。
3、分量轻
聚合物电池分量较平等容量规格的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%。
4、容量大
聚合物电池较平等尺寸规格的钢壳电池容量高10～15%，较铝壳电池高5～10%，成为彩屏手机及彩信手机的首选，现在市面上新出的彩屏和彩信手机也大多选用聚合物电芯。
5、内阻小
聚合物电芯的内阻较一般液态电芯小，现在国产聚合物电芯的内阻乃至能够做到35mΩ以下，极大的减低了电池的自耗电，延伸手机的待机时刻，完全能够到达与国际接轨的水平。这种支撑大放电电流的聚合物锂电更是遥控模型的抱负挑选，成为最有期望替代镍氢电池的产品。
6、形状可定制
聚合物电池可依据客户的需求增加或减少电芯厚度，开发新的电芯类型，价格便宜，开模周期短，有的乃至能够依据手机形状量身定做，以充分利用电池外壳空间，提升电池容量。
7、放电特性佳
聚合物电池选用胶体电解质，比较液态电解质，胶体电解质具有平稳的放电特性和更高的放电渠道。
8、保护板规划简单
由于选用聚合物资料，电芯不起火、不爆破，电芯本身具有满足的安全性，因而聚合物电池的保护线路规划可考虑省略PTC和保险丝，然后节省电池本钱。聚合物锂电池在安全性、体积、分量、容量、放电功用方面均具有极大优势。
磷酸铁锂电池
从正负极资料锂电池还分为：钴酸锂(LiCoO2)电池、锰酸锂（LiMn2O4），磷酸铁锂电池
Sony公司推出的榜首块锂电池中，正极资料是钴酸锂，负极资料为碳。其间，决定电池的可充电最大容量及开路电压的首要是正极资料。
磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极资料的锂电池。锂电池的正极资料有许多种，首要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元资料、磷酸铁锂等。其间钴酸锂是现在绝大多数锂电池运用的正极资料，而其它正极资料由于多种原因，现在在市场上还没有许多出产。磷酸铁锂也是其间一种锂电池。从资料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌进程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂完全相同。磷酸铁锂电池是用来做锂二次电池的,现在首要方向是动力电池，相对NI-MH,Ni-Cd电池有很大优势。
你了解锂电池吗？深度解读新式高能电池
磷酸铁锂电池的特性
1、超长寿数
长寿数铅酸电池的循环寿数在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿数到达2000次以上，规范充电（5小时率）运用，可到达2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、保护保护又半年”，最多也就1—1.5年时刻，而磷酸铁锂电池在相同条件下运用，将到达７－８年。归纳考虑，功用价格比将为铅酸电池的4倍以上。
2、运用安全
磷酸铁锂完全处理了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的磕碰下会发生爆破对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以通过严厉的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会发生爆破。
可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充溢，起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此功用。
3、耐高温
磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。作业温度范围广大（-20C--＋75C），有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。
4、容量
具有比一般电池（铅酸等）更大的容量。可充电池在常常处于充溢不放完的条件下作业，容量会敏捷低于额外容量值，这种现象叫做回忆效应。像镍氢、镍镉电池存在回忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池不管处于什么状况，可随充随用，无须先放完再充电。
平等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3分量是铅酸电池的1/3。该电池不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（SGS认证通过），无污染，契合欧洲RoHS规则，为肯定的绿色环保电池证。
5、无回忆效应
锂动力电池的功用首要取决于正负极资料，磷酸铁锂作为锂电池资料是近几年才呈现的事，国内开宣布大容量磷酸铁锂电池是2005年7月。其安全功用与循环寿数是其它资料所无法比较的，这些也正是动力电池最重要的技能指标。1C充放循环寿数达2000次。单节电池过充电压30V不焚烧，穿刺不爆破。磷酸铁锂正极资料做出大容量锂电池更易串联运用。以满足电动车频繁充放电的需求。具有无毒、无污染、安全功用好、原资料来源广泛、价格便宜，寿数长等长处，是新一代锂电池的抱负正极资料。
锂电池的正极为磷酸铁锂资料。这种新资料不是以往的锂电池正极材LiCoO2；LiMn2O4；LiNiMO2。其安全功用与循环寿数是其它资料所无法比较的，这些也正是动力电池最重要的技能指标。1C充放循环寿数达2000次。单节电池过充电压30V不焚烧，不爆破。穿刺不爆破。磷酸铁锂正极资料做出大容量锂电池更易并串联运用。
磷酸铁锂电池也有其缺陷：例如磷酸铁锂正极资料的振实密度较小，等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂电池，因而在微型电池方面不具有优势。
你了解锂电池吗？深度解读新式高能电池
在后工业时代，汽车普及的速度大大超过了咱们的幻想，在带来高效便利的一起，许多尾气的排放，也给环境增添了很大压力，而跟着石油价格飞涨、二氧化碳排放带来温室效应等问题的凸显，更是迫切需求寻觅替代传统动力的新式动力。液态氢、燃料电池等都是好的挑选，可是存在价格高、技能不成熟等问题，一般铅酸电池运用本钱相对较低，但分量重，能量密度低，运用寿数短，还存在潜在的重金属污染等问题。
你了解锂电池吗？深度解读新式高能电池
采新一代电动车用了新式的磷酸铁锂电池作为其动力核心，这种绿色环保动力具有许多特点和优势：
1、安全性相当高
要作为汽车动力，安全性是压倒一切的首要考虑要素。一般锂电池的安全性虽然能得到根本保证，可是在极端条件下存在起火、爆破的或许性。磷酸铁锂电池作为锂电池的二代产品，本身物理功用安稳，再配合电池组内置的过压、欠压、过流、过充等保护功用，不爆破不起火，是现在全球仅有肯定安全的锂离子电池。由于选用高热安稳性资料和细致工艺规划，电池安全和可靠性大为增强。与锂电池不当运用中或许呈现的爆破现象比较，磷酸铁锂电池即使扔在火中也不会发生爆破。高温安稳性可达400—500°C,保证了电池内在的高安全性;不会因过充、温度过高、短路、碰击而发生爆破或焚烧。通过严厉的安全测试，即使在最恶劣的交通事故中也不会发生爆破。
2、寿数长本钱低
作为动力电池，运用寿数(循环功用)与总体运用本钱密切相关，和一般锂电池500次左右的循环运用寿数比较，磷酸铁锂电池在室温下可充放电循环1500次，容量坚持率95%以上，而50%容量的循环寿数更是到达了2000次以上，电池的持续路程寿数大于50万公里，能够运用五年左右，是铅酸电池的8倍，镍氢电池的3倍，是钴酸锂电池的4倍左右。再加上其出产制形本钱本身就低于一般锂电池，无疑能大大降低电动车的运用和保护本钱。
一起磷酸铁锂电池放电功用也非常优异，功率曲线平稳，抗过放才能强，一般锂电电芯在低于3.2V后，再放电就是过放，或许会导致作废。可是磷酸铁锂电池在2.8V的时分还有能量释放，低于2.5V都不存在作废的问题。
3、运用处理便利
咱们知道，镍氢、镍镉电池存在较强的回忆效应，一般锂电池也有必定的回忆效应问题，需求尽量“满充溢放”，会给电动车日常运用带来不便，而磷酸铁锂电池无此现象，自放电小;无回忆效应，电池不管处于什么状况，可随充随用，无须先放完再充电，一起该电池快速充电特性优异，用专用充电器快充，半小时能足够95%左右。电池寿数终结后的处理问题，也值得咱们关注，磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属，无毒，无污染，契合规则，为肯定的绿色环保电池，铅酸电池中存在着许多的铅，在其废弃后若处理不当，将对环境构成二次污染，而磷酸铁锂资料不管在出产及运用中，均无污染。
上一篇：手机电池的发展历史
下一篇：电动车铅酸电池寿命短的原因是什么
