钜大LARGE | 点击量：929次 | 2019年05月20日
解读锂离子电池
锂电池是20世纪开发成功的新式高能电池，可以理解为含有锂元素（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、作业温度规模宽、储存寿数长等利益，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，部分代替了传统电池。
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锂离子电池的由来及打开
1970年代埃克森的M.S.Whittingham选用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池。
1980年，J.Goodenough发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。
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，并且可逆。与此一同，选用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受注重，因此人们查验利用锂离子嵌入石墨的特性制造充电电池。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异的正极材料，具有低价、安稳和优异的导电、导锂功用。其分化温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即便出现短路、过充电，也可以避免了燃烧、爆炸的危险。
1989年，A.ManthiRam和J.Goodenough发现选用聚合阴离子的正极将发作更高的电压。
1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池改造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），比传统的正极材料更具优越性，因此已成为当时干流的正极材料。
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锂离子电池(Li-ionBatteries)是锂电池打开而来。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。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电。这种电池也可以充电，但循环功用欠好，在充放电循环进程中，简略构成锂枝晶，构成电池内部短路，所以一般情况下这种电池是阻止充电的。
后来，日本索尼公司发清楚以炭材料为负极，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，不只功用杰出，并且对环境无污染。跟着信息技术、手持式机械和电动轿车的迅猛打开，对高效能电源的需求急剧添加，锂电池已成为现在打开最为灵敏的范畴之一。
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——一种特别的塑料膜，可以让锂离子经过，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材料，导电集流体一般运用厚度在7-15微米的铜箔；
（4）电解液——一般为有机体系，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。
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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组装前处于嵌锂情况，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。
做为负极的材料则挑选电位尽或许挨近锂电位的可嵌入锂化合物，如各种碳材料包含天然石墨、组成石墨、碳纤维、中心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）等烷基碳酸脂分配的混合溶剂体系。
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，并且具有较高的抗穿刺强度，起到了热稳妥效果。
外壳选用钢或铝材料，盖体组件具有防爆断电的功用。
根柢作业原理
当对电池进行充电时，正极的含锂化合物有锂离子脱出，锂离子经过电解液运动到负极。负极的炭材料呈层状结构，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→正极的运动情况。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。所以锂离子电池又名摇椅式电池。
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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构成永久性损坏。过度放电导致负极碳片层结构出现凹陷，而凹陷会构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，而构成其间部分锂离子再也无法开释出来。
锂离子电池坚持功用最佳的充放电方法为浅充浅放。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政策
电池的容量
电池的容量有额定容量和实践容量之分。电池的额定容量是指电池在环境温度为20℃±5℃条件下，以5h率放电至接连电压时所应提供的电量，用C5标明。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（故严峻来讲，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下降，放电时间缩短。内阻巨细首要受电池的材料、制造工艺、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情况下即电路中无电流流过期，电池正负极之间的电势差。一般情况下，锂离子电池布满电后开路电压为4.1—4.2V左右，放电后开路电压为3.0V左右。经过对电池的开路电压的检测，可以判别电池的荷电情况。
作业电压又称端电压，是指电池在作业情况下即电路中有电流流过期电池正负极之间的电势差。在电池放电作业情况下，当电流流过电池内部时，不需战胜电池的内阻所构成阻力，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。
放电途径时间
放电途径时间是指在电池满电情况下放电至某电压的放电时间。例对某三元电池测量其3.6V的放电途径时间，以恒压充到电压为4.2V，并且充电电流小于0.02C时接连充电即布满电后，然后放置10分钟，在任何倍率的放电电流下放电至3.6V时的放电时间即为该电流下的放电途径时间。
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，假设低于要求值，则会出现无法作业的情况。所以放电途径是衡量电池功用好坏的重要标准之一。
充放电倍率
充放电倍率是指电池在规矩的时间内放出其额定容量时所需求的电流值，1C在数值上等于电池额定容量，一般以字母C标明。如电池的标称额定容量为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调，是指电池在开路情况下，电池所储存的电量在必定条件下的坚持才调。首要受电池的制造工艺、材料、储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消耗的电能转化成电池所能储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束电压所放出的实践电量与电池的额定容量之比，首要受放电倍率，环境温度，内阻等要素影响，一般情况下，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矩的值时，电池在某一充放电准则下所履历的充放电次数。锂离子电池GB规矩，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）、根据锂电池所用电解质材料不同，锂电池可以分为液态锂电池(lithiumionbattery,简称为LIB)和聚合物锂电池(polymerlithiumionbattery,简称为LIP)两大类。
（二）、按充电方法可分为：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）、锂电池外包材料分：铝壳锂电池，钢壳锂电池，软包电池；
（五）、锂电池从正负极材料（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材料与液态锂都是相同的，电池的作业原理也根柢一同。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代替,这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,现在大部分选用聚合物胶体电解质。
锂聚合物电池利益：
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，一旦发作安全隐患，液态电芯简略爆炸，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，后塞正负极村料的方法，厚度做到3.6mm以下存在技术瓶颈，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
聚合物电池分量较持平容量标准的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%。
4、容量大
聚合物电池较持平尺度标准的钢壳电池容量高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可以做到35mΩ以下，极大的减低了电池的自耗电，延伸手机的待机时间，彻底可以抵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志向挑选，成为最有希望代替镍氢电池的产品。
6、形状可定制
聚合物电池可根据客户的需求添加或削减电芯厚度，开发新的电芯类型，价格便宜，开模周期短，有的乃至可以根据手机形状量身定做，以充分利用电池外壳空间，进步电池容量。
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途径。
8、维护板规划简略
由于选用聚合物材料，电芯不起火、不爆炸，电芯自身具有满意的安全性，因此聚合物电池的维护线路规划可考虑省掉PTC和稳妥丝，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
从正负极材料锂电池还分为：钴酸锂(LiCoO2)电池、锰酸锂（LiMn2O4），磷酸铁锂电池
Sony公司推出的第一块锂电池中，正极材料是钴酸锂，负极材料为碳。其间，选择电池的可充电最大容量及开路电压的首要是正极材料。
磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂电池。锂电池的正极材料有许多种，首要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、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材料，而其它正极材料由于多种原因，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。从材料的原理上讲，磷酸铁锂也是一种嵌入/脱嵌进程，这一原理与钴酸锂，锰酸锂彻底相同。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。
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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，循环寿数抵达2000次以上，标准充电（5小时率）运用，可抵达2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1—1.5年时间，而磷酸铁锂电池在相同条件下运用，将抵达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
磷酸铁锂彻底处理了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在剧烈的磕碰下会发作爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严峻的安全测验即便在最恶劣的交通事故中也不会发作爆炸。
可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池布满，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。作业温度规模广大（-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布满不放完的条件下作业，容量会灵敏低于额定容量值，这种现象叫做回想效应。像镍氢、镍镉电池存在回想性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池不论处于什么情况，可随充随用，无须先放完再充电。
持平标准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认证经过），无污染，契合欧洲RoHS规矩，为必定的绿色环保电池证。
5、无回想效应
锂动力电池的功用首要取决于正负极材料，磷酸铁锂作为锂电池材料是近几年才出现的事，国内开发出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材料所无法比较的，这些也正是动力电池最重要的技术政策。1C充放循环寿数达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料做出大容量锂电池更易串联运用。以满意电动车一再充放电的需求。具有无毒、无污染、安全功用好、原材料来历广泛、价格便宜，寿数长等利益，是新一代锂电池的志向正极材料。
锂电池的正极为磷酸铁锂材料。这种新材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材料所无法比较的，这些也正是动力电池最重要的技术政策。1C充放循环寿数达2000次。单节电池过充电压30V不燃烧，不爆炸。穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材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点：例如磷酸铁锂正极材料的振实密度较小，等容量的磷酸铁锂电池的体积要大于钴酸锂等锂电池，因此在微型电池方面不具有优势。
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在后工业时代，轿车广泛的速度大大超过了咱们的愿望，在带来高效便当的一同，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，更是迫切需求寻觅代替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、技术不成熟等问题，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。
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采新一代电动车用了新式的磷酸铁锂电池作为其动力中心，这种绿色环保动力具有许多特征和优势：
1、安全性恰当高
要作为轿车动力，安全性是名列前茅的首要考虑要素。一般锂电池的安全性虽然能得到根柢保证，可是在极点条件下存在起火、爆炸的或许性。磷酸铁锂电池作为锂电池的二代产品，自身物理功用安稳，再协作电池组内置的过压、欠压、过流、过充等维护功用，不爆炸不起火，是现在全球仅有必定安全的锂离子电池。由于选用高热安稳性材料和细致工艺规划，电池安全和可靠性大为增强。与锂电池不当运用中或许出现的爆炸现象比较，磷酸铁锂电池即便扔在火中也不会发作爆炸。高温安稳性可达400—500°C,保证了电池内涵的高安全性;不会因过充、温度过高、短路、碰击而发作爆炸或燃烧。经过严峻的安全测验，即便在最恶劣的交通事故中也不会发作爆炸。
2、寿数长本钱低
作为动力电池，运用寿数(循环功用)与全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抵达了2000次以上，电池的继续旅程寿数大于50万公里，可以运用五年左右，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自身就低于一般锂电池，无疑能大大下降电动车的运用和维护本钱。
一同磷酸铁锂电池放电功用也非常优异，功率曲线平稳，抗过放才调强，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的时候还有能量开释，低于2.5V都不存在作废的问题。
3、运用处理便当
咱们知道，镍氢、镍镉电池存在较强的回想效应，一般锂电池也有必定的回想效应问题，需求尽量“满布满放”，会给电动车日常运用带来不方便，而磷酸铁锂电池无此现象，自放电小;无回想效应，电池不论处于什么情况，可随充随用，无须先放完再充电，一同该电池快速充电特性优异，用专用充电器快充，半小时能满意95%左右。电池寿数结束后的处理问题，也值得咱们注重，磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属，无毒，无污染，契合规矩，为必定的绿色环保电池，铅酸电池中存在着许多的铅，在其抛弃后若处理不当，将对环境构成二次污染，而磷酸铁锂材料不论在出产及运用中，均无污染。
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