鋰電池在傳統(tǒng)領(lǐng)域主要應(yīng)用于數(shù)碼產(chǎn)品，在新能源長(zhǎng)足發(fā)展的今天，普遍應(yīng)用于動(dòng)力電池、儲(chǔ)能領(lǐng)域。

電池技術(shù)本身并不怎么高深莫測(cè)，基本原理就是氧化還原反應(yīng)。但能量載體們涉及到的具體化學(xué)過(guò)程千變?nèi)f化。具體到實(shí)際應(yīng)用中涉及到材料學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理、表面、界面、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、工程機(jī)械加工、電子電路技術(shù)等交織在一起的諸多問(wèn)題。

鋰離子電池是一個(gè)復(fù)雜的體系，包含了正極、負(fù)極、隔膜、電解液、集流體和粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑等，涉及的反應(yīng)包括正負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)、鋰離子傳導(dǎo)和電子傳導(dǎo)，以及熱量的擴(kuò)散等。

一般而言，鋰離子電池的開(kāi)發(fā)分為幾個(gè)周期，首先是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的基礎(chǔ)研究，這一部分主要是適用扣式半電池，或者簡(jiǎn)單的軟包電池，這一步主要的目的是測(cè)試材料和配方的性能，因?yàn)殡姵氐慕Y(jié)構(gòu)沒(méi)有進(jìn)行優(yōu)化，因此這里得到的結(jié)果并不能直接應(yīng)用在生產(chǎn)上。

氧化還原反應(yīng)

在進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的初步測(cè)試和評(píng)估后，好的材料和配方就會(huì)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)階段——中試階段，在這一階段需要考慮電池的綜合性能，例如電池能量密度(正負(fù)極的涂布量)和快充、倍率等特性，并發(fā)現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中可能面臨的工藝問(wèn)題，及時(shí)做出調(diào)整。通過(guò)上述的過(guò)程，完善了電池配方和生產(chǎn)工藝后，成熟的產(chǎn)品才能最終投入正式生產(chǎn)。

由于影響鋰離子電池性能的因素眾多，因此設(shè)計(jì)和生產(chǎn)或接的每一個(gè)參數(shù)都會(huì)對(duì)電池最終的電性能和安全性產(chǎn)生重大的影響，因此我們有必要深入了解材料、設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)對(duì)于產(chǎn)品最終性能的影響。

電池材料選擇

鋰電池原材料資源的開(kāi)采、加工，主要有鋰資源、鈷資源和石墨。

能量密度、成本、安全性、熱穩(wěn)定性、循環(huán)壽命是動(dòng)力鋰電池的5個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，三元材料，錳酸鉀與磷酸鐵鋰任何一個(gè)在這5個(gè)方面都不具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致動(dòng)力鋰電池極材料路線的差異。

一款電池的設(shè)計(jì)要首先從材料的選擇開(kāi)始，需要根據(jù)目標(biāo)需求，例如能量密度、倍率特性、循環(huán)壽命和安全等指標(biāo)，選擇合適的材料。正極材料選擇方面，我們可以選擇橄欖石結(jié)構(gòu)的LiFePO4，這種材料更加適合應(yīng)用在對(duì)能量密度需求不高的大巴車上，此外還有高容量的層狀材料，例如NCM和NCM，這些材料更加適合應(yīng)用在純電動(dòng)汽車上，尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMN2O4則更加適合應(yīng)用在混合動(dòng)力汽車上。

負(fù)極材料方面，石墨一直是鋰電池負(fù)極材料的不二選擇，事實(shí)上如果只考慮能量密度的話，金屬錫更適合作為負(fù)極材料。

為了改善正負(fù)極的導(dǎo)電性，通常還需要在其中添加少量的導(dǎo)電劑，目前最常見(jiàn)的導(dǎo)電劑為炭黑類材料，碳纖維類材料，以及近幾年興起的碳納米管和石墨烯類材料。

此外，為了將電極粘附在集流體的表面還需要添加1-4%的粘結(jié)劑，目前的粘結(jié)劑主要分為兩大類一類是油系粘結(jié)劑，另一大類是水系粘結(jié)劑。

電池的四個(gè)部件非常關(guān)鍵：正極(放電為陰極)，負(fù)極(放電為陽(yáng)極)，電解質(zhì)，膈膜。正負(fù)極是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的地方，重要地位可以理解。但是電解質(zhì)有啥么用處?做功還很占重量。

電池內(nèi)部，金屬鋰在負(fù)極失去電子被氧化，成為鋰離子，通過(guò)電解質(zhì)向正極轉(zhuǎn)移;正極材料得到電子被還原，被正極過(guò)來(lái)的鋰離子中和。電解質(zhì)的理想作用，是運(yùn)送且僅運(yùn)送鋰離子。電池外部，電子從負(fù)極通過(guò)外界電路轉(zhuǎn)移到正極，中間進(jìn)行做功。理想情況下，電解質(zhì)應(yīng)該是好的鋰離子的載體，但絕不能是好的電子載體。因此在沒(méi)有外界電路時(shí)，電子無(wú)法在電池內(nèi)部從負(fù)極轉(zhuǎn)移到正極;只有存在外界電路時(shí)，電子轉(zhuǎn)移才能進(jìn)行。